基于FPGA的煙支檢測系統的設計

摘要：為了實現煙支剔除的自動化程度，減少人為干預量和提高剔除精度，文中給出了采用FPGA硬件編程方法將數據采集部件采集到的煙支數據經A／D轉換后送入FPGA，然后根據一定的判決算法輸出控制信號，以用于控制剔除閥動作，同時將數據通過計算機串口讀入上位機，以此實現機械剔除控制和顯示實現方法。
關鍵詞：FPGA；煙支檢測；數據處理；問題煙；剔除

0 引言
煙支在生產過程中，由于多種因素的影響，可能會使成品煙的煙絲填充不均勻，煙支的某節煙絲過少或過多，從而出現空頭煙、超重煙、超輕煙。本系統采用可編程器件控制煙支檢測，該方法較其他單獨硬件設計具有可重用性高，編程方便，設計成本低，開發周期短，控制靈活，剔除率高等優點；再者，現在的煙支剔除大部分都是人工挑選，故存在工人工作量大，挑選不干凈等問題，而該系統可使問題煙的判別、剔除工作自動進行，可對問題煙進行挑選，并能夠剔除問題煙。

1 硬件設計
煙支檢測系統是用于檢測煙支某些參數(如空頭煙、重量、密度等)的一個系統，該系統一般可由數據采集(傳感器)部件、數據處理部件、數據顯示部件、機械控制部件等幾個部分構成。其系統框圖如圖1所示。

其中數據采集部件是系統與被檢測參數最直接接觸的部分，它是整個系統的數據來源。后期處理是否跟實際一致，直接跟它相關。一般對應不同的物理量，應選擇不同的傳感器，如空頭煙檢測可選擇光電探頭或電容式探頭，重量控制可選擇重量傳感器，密度控制則應選擇密度傳感器。
數據處理部件是整個系統的核心，傳感器采集的數據主要送往該部件進行處理。它一般可由A／D采樣板，差分傳輸板，FPGA處理主板組成。傳感器一般得到的數據是模擬量，故應將數據送到數字處理系統進行處理，以將其轉化成數字量來進行后期處理。為了保證傳輸的正確性和可靠性，在A／D采樣板送出數據到系統主板之間應使用雙絞線差分傳輸。系統主板主要是以FPGA為核心的控制板，可實現數據處理(剔除)算法，并為后面的機械部分提供控制信號以及將采集和運算數據送到顯示器進行顯示，從而滿足系統設計的要求。
數據顯示部件也稱為人機交互接口，該部件是整個系統的最直觀的表現。它是用戶跟系統進行交互的主要部分，用戶可以在其上面選擇一些閾值和處理方法等參數，也可以控制系統的啟動和停止。同時，系統再將一些重要數據顯示出來，使用戶能夠直觀得出該系統的工作狀況等參數。
機械控制部件是整個系統動作的執行者，因為系統板內部都是弱電，不能驅動機械部件動作，故在其中間需加驅動電路，以使其能夠正常工作。其工作主要是當數據處理部件根據一定的判決算法得到某煙為問題煙時，對這些問題煙進行剔除。從而使系統能夠自動的檢測出問題煙并控制剔除動作，減少人工的干預量，達到自動化的目標。