基于FPGA的煙支檢測系統的設計
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2 器件選型
2．1 數據采集部件(探頭)的選擇
數據采集部件一般位于整個系統的最前端，它的選型對系統的穩定性、可行性有很大影響，本系統選擇光電傳感器作為探頭來對煙支的數據進行采集，它的靈敏度直接與剔除率有關。為了讓剔除效果達到最好，探頭靈敏度必須調整到合適的設置值。
靈敏度包括靜態靈敏度和動態靈敏度兩種，靜態靈敏度主要是在靜態情況下探頭的光反射強度與探頭距煙頭的距離、日光、煙頭密度及探頭電壓等之間的關系；動態靈敏度是動態情況下的性能指標。本系統是讓探頭工作在不同的靈敏度下分析剔除率和誤剔率，從而選定剔除性能最好的靈敏度器件。動態靈敏度的另一個影響因素為動態位置誤差，即在采樣時間內，由輪盤(與軸編碼器同步)轉動造成的位置變化所引起的探頭誤差，這里主要從位置誤差和探頭作用距離上比較，圖2所示是動態位置誤差示意圖。本文引用地址：http://www.104case.com/article/191273.htm
在圖2中，R表示推煙板曲軸的輪盤半徑，一次采樣過程的起點為p1，結束位置為p2，該段持續時間內的曲軸誤差為δr，其中：
若所選A／D采樣速率為50kHz，采樣周期為2×15-5s，那么，按每分鐘400轉計算，一次采樣時間內的輪盤轉動弧度為：
取采樣10次的平均，其位置誤差不到4μm。而根據探頭的位置響應曲線，探頭的最佳檢測距離在離煙2～3．5mm處，2mm>>4μm，所以，理想情況下由動態位置引起的誤差可忽略不計。
根據以上分析，本設計選用韓國KODENSHI公司的SG-2BC傳感器。
2．2 A／D轉換器的選擇
ADS7841E是德州儀器公司開發的一塊4通道，12位，帶串行接口的模數轉換芯片，它是一塊低功耗、高速度、高精確度的A／D采樣芯片，電壓為2．7～5 V，可達到200kHz的轉換速率。根據筆者對探頭的測試，探頭檢測的最小變化為0．5V左右，而A／D采樣的分辨率為3．3／212V≈8×10-4V，所以，該AD采樣芯片完全可以滿足設計要求。
2．3 FPGA的選擇
該系統采用EP3C16Q型FPGA進行控制邏輯編程。該器件是ALXERA公司生產的CycloneII系列高性能現場可編程門陣列，而且具有豐富的邏輯資源。EP3C16Q具有15408個邏輯單元、56個嵌入式乘法器和4個鎖相環(PLL)，其內部的RAM容量為504Kbits，系統頻率高達260MHz，而且穩定性很高。采用單片FPGA實現邏輯控制和數據處理功能可以簡化電路設計，提高系統的可靠性并節約成本。設計時，只需一根下載電纜連接到目標板上，就可以多次重復編程，而且電路調試十分方便。
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