摘 要：基于微波反射、吸收等基本性質(zhì)，本文設(shè)計了一種可以檢測煙條內(nèi)部是否缺包的系統(tǒng)，系統(tǒng)由三大部分組成，微波發(fā)射與接收模塊、下位機(jī)數(shù)據(jù)處理模塊、上位機(jī)顯示模塊。該系統(tǒng)安裝在煙條提升機(jī)兩側(cè)，根據(jù)煙條通過該裝置時檢測到的微波信號，來判斷煙條內(nèi)部是否存在缺包。該系統(tǒng)檢測原理簡單，精度高，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個卷煙廠。

關(guān)鍵詞：微波；煙條內(nèi)部；缺包

一、引言

微波是指頻率在300HZ-300GHZ之間的電磁波，主要應(yīng)用在雷達(dá)和通信上，此外，也被應(yīng)用于醫(yī)療、農(nóng)業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)中。微波具有三種基本特性：吸收性、穿透性、和反射性，其特性決定了微波能應(yīng)用于檢測物體的內(nèi)部情況。

隨著自動化的不斷發(fā)展，煙草包裝機(jī)械更加追求包裝速度、質(zhì)量以及安全性。然而，在包裝過程中總會經(jīng)常出現(xiàn)煙條內(nèi)部缺包的情形，一旦此類產(chǎn)品流入市場，對公司和品牌將會造成不良影響，卷煙廠也將“缺包”定義為重大生產(chǎn)事故，因此煙條缺包檢測產(chǎn)品也隨著需求相繼出現(xiàn)。目前，市場上檢測條盒缺包的產(chǎn)品主要有兩種：第一種是光子檢測，其檢測精度高，誤剔率低，但是光子對人的身體有嚴(yán)重的損害；第二種是稱重式，該產(chǎn)品雖然符合工業(yè)生產(chǎn)的安全標(biāo)準(zhǔn)，但是由于每只香煙本身的重量參差不齊，疊加起來后沒有一個標(biāo)準(zhǔn)的重量，也導(dǎo)致了該產(chǎn)品檢測精度不高，容易導(dǎo)致誤剔，影響生產(chǎn)。本文提出的微波缺包檢測方案，不僅綠色環(huán)保，而且能夠保證足夠高的檢測精度。

二、檢測系統(tǒng)設(shè)計

本檢測產(chǎn)品安裝在煙條提升通道的兩側(cè)，類似與一個“U”形結(jié)構(gòu)，對經(jīng)過的煙條進(jìn)行檢測，判斷內(nèi)部是否缺包。系統(tǒng)的原理圖如圖1所示，主要包括七個模塊：微波信號產(chǎn)生模塊、發(fā)射模塊、接收模塊、處理模塊、控制器、報警裝置以及同步傳感器。微波發(fā)生模塊主要負(fù)責(zé)穩(wěn)定的微波信號生成；發(fā)射模塊和接收模塊通過微波天線向外發(fā)射或接收高頻微波信號；微波處理模塊主要是對采集到的微波信號進(jìn)行濾波、放大、轉(zhuǎn)換和處理?？刂破髦饕?fù)責(zé)數(shù)據(jù)的處理、系統(tǒng)的控制以人機(jī)交互界面的顯示。報警器負(fù)責(zé)報警；同步傳感器主要負(fù)責(zé)何時進(jìn)行微波信號采集。

三、硬件設(shè)計

整個檢測系統(tǒng)的硬件電路框圖如圖2所示。其原理如下：微波發(fā)射和產(chǎn)生模塊進(jìn)行信號的發(fā)送和接收；煙條在提升機(jī)通道提升時，當(dāng)煙條的起始端被同步傳感器檢測到時，傳感器向單片機(jī)發(fā)送一個上升沿信號，此時記為時刻TO；當(dāng)煙條的末端被同步傳感器檢測到時，傳感器向單片機(jī)會發(fā)送一個下降沿信號，此時記為時刻T1；單片機(jī)會將TO-T1時間段采集到的微波信號[4]進(jìn)行處理判斷，如果采集的信號存在某段區(qū)間（區(qū)間寬度根據(jù)調(diào)試結(jié)果設(shè)定最優(yōu)值）內(nèi)的信號值連續(xù)低于設(shè)定的閾值，則判定該條煙存在“缺包”，此時，單片機(jī)會給報警器和包裝機(jī)機(jī)柜分別發(fā)送一個報警信號和一個剔除信號，進(jìn)行報警和對應(yīng)煙條的剔除處理。

四、下位機(jī)軟件設(shè)計

下位機(jī)采用C語言編程，編程選用的開發(fā)工具為Keil，下位機(jī)軟件流程圖如圖3所示。單片機(jī)上電時，下位機(jī)進(jìn)行初始化，并且會接收到上位機(jī)發(fā)送來的一些參數(shù)，如閾值、采集數(shù)據(jù)時間間隔、剔除是否開啟等。下位機(jī)初始化完畢后，當(dāng)煙條經(jīng)過同步傳感器時，單片機(jī)會一直采集微波信號，直至同步傳感器檢測不到煙條，采集的微波信號個數(shù)與數(shù)據(jù)采集時間間隔相關(guān)。下位機(jī)會對采集后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并且打包發(fā)送到上位機(jī)，同時，下位機(jī)會對處理后的數(shù)據(jù)分別與閾值參數(shù)進(jìn)行比較，比較的結(jié)果會發(fā)送到報警裝置、包裝機(jī)機(jī)柜以及上位機(jī)。當(dāng)下一條煙條經(jīng)過同步傳感器時，程序重復(fù)之前的步驟。

五、上位機(jī)軟件設(shè)計

上位機(jī)采用C#語言編程，編程選用的開發(fā)工具為VS 2010。

開發(fā)上位機(jī)主要是方便人機(jī)交互。上位機(jī)的工作界面如圖4所示，其中紅色曲線代表設(shè)定的閾值，白色曲線代表每條煙條經(jīng)過檢測設(shè)備后測得的實際微波信號值，白色曲線低于紅色曲線時，代表該煙條正常，白色曲線有部分區(qū)間高于紅色曲線時，代表煙條存在缺包缺陷，并將檢測結(jié)果顯示在曲線標(biāo)題欄上。主界面右側(cè)還顯示了系統(tǒng)運行的時間、實際產(chǎn)量和缺包的煙條數(shù)。從主界面可以看出，上位機(jī)還設(shè)計了另外三個界面，設(shè)置界面、統(tǒng)計界面以及實驗室。設(shè)置界面主要包括閾值參數(shù)設(shè)置、微波信號采集時間間隔設(shè)置、系統(tǒng)時間設(shè)置以及密碼修改等功能；統(tǒng)計界面主要記錄最近五百條缺包煙條的微波信號檢測值，方便用戶對缺包煙條進(jìn)行分析。實驗室界面可以顯示檢測的實時微波信號值，并能夠?qū)﹄娐返妮斎胼敵鳇c進(jìn)行故障診斷，方便開發(fā)人員進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試，進(jìn)入該界面必須首先將

“已開啟按鈕”切換到“關(guān)閉”狀態(tài)，防止檢測裝置調(diào)試時遇到缺包煙條導(dǎo)致包裝機(jī)停機(jī)。

六、結(jié)束語

本文詳細(xì)介紹了一種基于微波技術(shù)的煙條缺包檢測系統(tǒng)的設(shè)計方案，該產(chǎn)品相對于市場上目前的產(chǎn)品來說，具有安全性高和檢測精度高等優(yōu)點，同時能夠通過上位機(jī)界面實時顯示檢測曲線和復(fù)現(xiàn)缺包煙條檢測曲線，該產(chǎn)品便于安裝維護(hù)，具有很高的市場應(yīng)用價值。但是該產(chǎn)品也存在不足，當(dāng)煙條的包裝紙含有很多金屬時，檢測效果不佳，后續(xù)將通過改變微波的發(fā)射頻率來進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。

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作者簡介：

汪星星，1991年04月04日，男，安徽省黃山市，研究生，初級工程師.