電容式二維煙箱缺條檢測系統

　　卷煙生產中，在煙條裝箱打包時，裝箱打包機在煙條生產流量很大或來料不足時工作不正常，常出現煙箱中缺條現象。針對缺條現象，提出了采用微電容檢測芯片 AD7746構成的電容傳感器對煙箱進行二維檢測。該系統分上位機和下位機兩部分，上位機和下位機之間采用RS485通訊。上位機采用LabVIEW編寫的煙箱管理軟件;下位機系統采用主從單片機結構，主機采用一片P89C51RD2單片機，從機則由十片P89C669單片機構成。測量結果表明，系統檢測效果可靠，具有很好的應用前景。

　　1 系統構成與實現

　　1.1 系統測試原理

　　如圖1所示，煙箱中采用5x5x2的結構排列煙條，在每5條煙兩端設置一對平行極板，就構成了10對平板電容器，其電容為：

　　C=ε·s/d (1)

　　式中ε是極板間介質的介電常數，s是平板電容器兩極板相對的有效面積，d是極板間距離。由式(1)可知，只要改變ε、s、d中任意一個值，電容值C就會發生改變。由于香煙與空氣的介電常數差別很大，當煙箱中出現缺條時，則相應位置的介電常數就會發生變化，由此與之對應的行電容傳感器和列電容傳感器數值會發生變化，通過二維電容值與標準值之間的計算比較，可以檢測箱煙缺條情況。

　　在實際測量中，由于箱煙盒的尺寸大，平板電容器間的有效距離很大，所測電容值很小，只有幾個皮法。經過比較，自行設計的微電容檢測電路噪聲大，精度不高，分辨率小，無法保證測量的可靠性。而采用AD公司的高精度電容/數字轉換芯片AD7746是24位數字輸出的電容值測量芯片，AD7746是一個具有高分辨率的∑-△型電容數字轉換器(CDC)，被測電容可直接連在器件的輸入端，其分辨率高達24位無失真碼、最高有效位21位，線性度為±0.01%，精確度高達±4pF(出廠校準)。采樣頻率/通頻帶為10Hz到90 Hz，具有I2C兼容的串行接口，能在2.7～5.25 V的單電源供電下工作，工作環境溫度范圍從-40～+125℃。

　　圖1中，極板的設計采用PCB板外敷絕緣陶瓷，減少平板電容的邊緣寄生電容，并且保證了機械強度。極板與AD7746之間的連接采用SMA屏蔽線，減少寄生電容和提高抗干擾能力。

　　1.2 上位機系統結構

　　上位機軟件采用LabVIEW2009來編程實現。LabVIEW是圖形化編程語言的典型代表。圖形化編程語言的特點是基于通用計算機等標準軟硬件資源平臺，構建層次分明、功能強大且人機界面友好的測試監控系統，因此在測控領域中得到了越來越廣泛的應用。上位機主要對接收上來的數據進行監控，以保證系統的正常運行，并對重要的數據進行及時的保存。

　　上位機使用LabVIEW開發平臺，設計出煙箱缺條管理系統。上位機通過RS232轉RS485方式與主控制器進行通訊，通過上位機參數設置通知下位機進行數據采集，記錄缺條信息等。

　　上位機系統主要完成以下任務：

　　1)對煙箱檢測下位機裝置進行參數設置并控制采樣;

　　2)采集生產流水線上的煙箱實時數據;

　　3)自動生成各種實時、歷史生產報表;

　　4)鏈接數據庫保存歷史數據，查詢缺條信息;

　　5)對缺條煙箱顯示缺條位置圖樣，報警并向剔除裝置發出剔除控制信號;

　　6)對正常煙箱和不同位置缺條的煙箱體現在10組電容極板上的數據進行自學習，配合人為干預提高檢測準確度。

　　如圖2所示，上位機煙箱缺條管理平臺系統主要包括串口通訊、參數設置、系統報警、數據存儲、報表輸出、剔除信號輸出等6大模塊;利用LabVIEW建立與下位機進行串口通訊的子VI，對接收到的數據進行處理，判斷是否發生缺條。當發生缺條時，上位機除了產生剔除控制信號、報警之外，還將缺條信息存入數據庫中，方便操作人員日后查詢等。圖3為煙箱缺條管理平臺的參數設置前面板圖。