论文部分内容阅读
摘 要：基于微波反射、吸收等基本性质，本文设计了一种可以检测烟条内部是否缺包的系统，系统由三大部分组成，微波发射与接收模块、下位机数据处理模块、上位机显示模块。该系统安装在烟条提升机两侧，根据烟条通过该装置时检测到的微波信号，来判断烟条内部是否存在缺包。该系统检测原理简单，精度高，已经广泛应用于各个卷烟厂。
关键词：微波；烟条内部；缺包
一、引言
微波是指频率在300HZ-300GHZ之间的电磁波，主要应用在雷达和通信上，此外，也被应用于医疗、农业和工业生产中。微波具有三种基本特性：吸收性、穿透性、和反射性，其特性决定了微波能应用于检测物体的内部情况。
随着自动化的不断发展，烟草包装机械更加追求包装速度、质量以及安全性。然而，在包装过程中总会经常出现烟条内部缺包的情形，一旦此类产品流入市场，对公司和品牌将会造成不良影响，卷烟厂也将“缺包”定义为重大生产事故，因此烟条缺包检测产品也随着需求相继出现。目前，市场上检测条盒缺包的产品主要有两种：第一种是光子检测，其检测精度高，误剔率低，但是光子对人的身体有严重的损害；第二种是称重式，该产品虽然符合工业生产的安全标准，但是由于每只香烟本身的重量参差不齐，叠加起来后没有一个标准的重量，也导致了该产品检测精度不高，容易导致误剔，影响生产。本文提出的微波缺包检测方案，不仅绿色环保，而且能够保证足够高的检测精度。
二、检测系统设计
本检测产品安装在烟条提升通道的两侧，类似与一个“U”形结构，对经过的烟条进行检测，判断内部是否缺包。系统的原理图如图1所示，主要包括七个模块：微波信号产生模块、发射模块、接收模块、处理模块、控制器、报警装置以及同步传感器。微波发生模块主要负责稳定的微波信号生成；发射模块和接收模块通过微波天线向外发射或接收高频微波信号；微波处理模块主要是对采集到的微波信号进行滤波、放大、转换和处理。控制器主要负责数据的处理、系统的控制以人机交互界面的显示。报警器负责报警；同步传感器主要负责何时进行微波信号采集。
三、硬件设计
整个检测系统的硬件电路框图如图2所示。其原理如下：微波发射和产生模块进行信号的发送和接收；烟条在提升机通道提升时，当烟条的起始端被同步传感器检测到时，传感器向单片机发送一个上升沿信号，此时记为时刻TO；当烟条的末端被同步传感器检测到时，传感器向单片机会发送一个下降沿信号，此时记为时刻T1；单片机会将TO-T1时间段采集到的微波信号[4]进行处理判断，如果采集的信号存在某段区间（区间宽度根据调试结果设定最优值）内的信号值连续低于设定的阈值，则判定该条烟存在“缺包”，此时，单片机会给报警器和包装机机柜分别发送一个报警信号和一个剔除信号，进行报警和对应烟条的剔除处理。
四、下位机软件设计
下位机采用C语言编程，编程选用的开发工具为Keil，下位机软件流程图如图3所示。单片机上电时，下位机进行初始化，并且会接收到上位机发送来的一些参数，如阈值、采集数据时间间隔、剔除是否开启等。下位机初始化完毕后，当烟条经过同步传感器时，单片机会一直采集微波信号，直至同步传感器检测不到烟条，采集的微波信号个数与数据采集时间间隔相关。下位机会对采集后的数据进行处理并且打包发送到上位机，同时，下位机会对处理后的数据分别与阈值参数进行比较，比较的结果会发送到报警装置、包装机机柜以及上位机。当下一条烟条经过同步传感器时，程序重复之前的步骤。
五、上位机软件设计
上位机采用C#语言编程，编程选用的开发工具为VS 2010。
开发上位机主要是方便人机交互。上位机的工作界面如图4所示，其中红色曲线代表设定的阈值，白色曲线代表每条烟条经过检测设备后测得的实际微波信号值，白色曲线低于红色曲线时，代表该烟条正常，白色曲线有部分区间高于红色曲线时，代表烟条存在缺包缺陷，并将检测结果显示在曲线标题栏上。主界面右侧还显示了系统运行的时间、实际产量和缺包的烟条数。从主界面可以看出，上位机还设计了另外三个界面，设置界面、统计界面以及实验室。设置界面主要包括閾值参数设置、微波信号采集时间间隔设置、系统时间设置以及密码修改等功能；统计界面主要记录最近五百条缺包烟条的微波信号检测值，方便用户对缺包烟条进行分析。实验室界面可以显示检测的实时微波信号值，并能够对电路的输入输出点进行故障诊断，方便开发人员进行现场调试，进入该界面必须首先将
“已开启按钮”切换到“关闭”状态，防止检测装置调试时遇到缺包烟条导致包装机停机。
六、结束语
本文详细介绍了一种基于微波技术的烟条缺包检测系统的设计方案，该产品相对于市场上目前的产品来说，具有安全性高和检测精度高等优点，同时能够通过上位机界面实时显示检测曲线和复现缺包烟条检测曲线，该产品便于安装维护，具有很高的市场应用价值。但是该产品也存在不足，当烟条的包装纸含有很多金属时，检测效果不佳，后续将通过改变微波的发射频率来进行改进和优化。
参考文献：
[1]王博，张建文.微波辐射参数测试系统低功率密度测试方法研究[J].火控雷达技术.2016（03）.
[2]赵丽生.微波检测机理与矢量分析.物理实验[J]，2003；23（9）：35-36.
[3]余秀玲，熊建.微波的特点及应用[J].现代商贸工业. 2018（04）.
[4]郑敏杰.微波自动测量系统的数据采集卡研制[D].厦门大学.2008.
作者简介：
汪星星，1991年04月04日，男，安徽省黄山市，研究生，初级工程师.
关键词：微波；烟条内部；缺包
一、引言
微波是指频率在300HZ-300GHZ之间的电磁波，主要应用在雷达和通信上，此外，也被应用于医疗、农业和工业生产中。微波具有三种基本特性：吸收性、穿透性、和反射性，其特性决定了微波能应用于检测物体的内部情况。
随着自动化的不断发展，烟草包装机械更加追求包装速度、质量以及安全性。然而，在包装过程中总会经常出现烟条内部缺包的情形，一旦此类产品流入市场，对公司和品牌将会造成不良影响，卷烟厂也将“缺包”定义为重大生产事故，因此烟条缺包检测产品也随着需求相继出现。目前，市场上检测条盒缺包的产品主要有两种：第一种是光子检测，其检测精度高，误剔率低，但是光子对人的身体有严重的损害；第二种是称重式，该产品虽然符合工业生产的安全标准，但是由于每只香烟本身的重量参差不齐，叠加起来后没有一个标准的重量，也导致了该产品检测精度不高，容易导致误剔，影响生产。本文提出的微波缺包检测方案，不仅绿色环保，而且能够保证足够高的检测精度。
二、检测系统设计
本检测产品安装在烟条提升通道的两侧，类似与一个“U”形结构，对经过的烟条进行检测，判断内部是否缺包。系统的原理图如图1所示，主要包括七个模块：微波信号产生模块、发射模块、接收模块、处理模块、控制器、报警装置以及同步传感器。微波发生模块主要负责稳定的微波信号生成；发射模块和接收模块通过微波天线向外发射或接收高频微波信号；微波处理模块主要是对采集到的微波信号进行滤波、放大、转换和处理。控制器主要负责数据的处理、系统的控制以人机交互界面的显示。报警器负责报警；同步传感器主要负责何时进行微波信号采集。
三、硬件设计
整个检测系统的硬件电路框图如图2所示。其原理如下：微波发射和产生模块进行信号的发送和接收；烟条在提升机通道提升时，当烟条的起始端被同步传感器检测到时，传感器向单片机发送一个上升沿信号，此时记为时刻TO；当烟条的末端被同步传感器检测到时，传感器向单片机会发送一个下降沿信号，此时记为时刻T1；单片机会将TO-T1时间段采集到的微波信号[4]进行处理判断，如果采集的信号存在某段区间（区间宽度根据调试结果设定最优值）内的信号值连续低于设定的阈值，则判定该条烟存在“缺包”，此时，单片机会给报警器和包装机机柜分别发送一个报警信号和一个剔除信号，进行报警和对应烟条的剔除处理。
四、下位机软件设计
下位机采用C语言编程，编程选用的开发工具为Keil，下位机软件流程图如图3所示。单片机上电时，下位机进行初始化，并且会接收到上位机发送来的一些参数，如阈值、采集数据时间间隔、剔除是否开启等。下位机初始化完毕后，当烟条经过同步传感器时，单片机会一直采集微波信号，直至同步传感器检测不到烟条，采集的微波信号个数与数据采集时间间隔相关。下位机会对采集后的数据进行处理并且打包发送到上位机，同时，下位机会对处理后的数据分别与阈值参数进行比较，比较的结果会发送到报警装置、包装机机柜以及上位机。当下一条烟条经过同步传感器时，程序重复之前的步骤。
五、上位机软件设计
上位机采用C#语言编程，编程选用的开发工具为VS 2010。
开发上位机主要是方便人机交互。上位机的工作界面如图4所示，其中红色曲线代表设定的阈值，白色曲线代表每条烟条经过检测设备后测得的实际微波信号值，白色曲线低于红色曲线时，代表该烟条正常，白色曲线有部分区间高于红色曲线时，代表烟条存在缺包缺陷，并将检测结果显示在曲线标题栏上。主界面右侧还显示了系统运行的时间、实际产量和缺包的烟条数。从主界面可以看出，上位机还设计了另外三个界面，设置界面、统计界面以及实验室。设置界面主要包括閾值参数设置、微波信号采集时间间隔设置、系统时间设置以及密码修改等功能；统计界面主要记录最近五百条缺包烟条的微波信号检测值，方便用户对缺包烟条进行分析。实验室界面可以显示检测的实时微波信号值，并能够对电路的输入输出点进行故障诊断，方便开发人员进行现场调试，进入该界面必须首先将
“已开启按钮”切换到“关闭”状态，防止检测装置调试时遇到缺包烟条导致包装机停机。
六、结束语
本文详细介绍了一种基于微波技术的烟条缺包检测系统的设计方案，该产品相对于市场上目前的产品来说，具有安全性高和检测精度高等优点，同时能够通过上位机界面实时显示检测曲线和复现缺包烟条检测曲线，该产品便于安装维护，具有很高的市场应用价值。但是该产品也存在不足，当烟条的包装纸含有很多金属时，检测效果不佳，后续将通过改变微波的发射频率来进行改进和优化。
参考文献：
[1]王博，张建文.微波辐射参数测试系统低功率密度测试方法研究[J].火控雷达技术.2016（03）.
[2]赵丽生.微波检测机理与矢量分析.物理实验[J]，2003；23（9）：35-36.
[3]余秀玲，熊建.微波的特点及应用[J].现代商贸工业. 2018（04）.
[4]郑敏杰.微波自动测量系统的数据采集卡研制[D].厦门大学.2008.
作者简介：
汪星星，1991年04月04日，男，安徽省黄山市，研究生，初级工程师.