CN203828059U

CN203828059U - 一种基于dsp微处理器和微波检测的烟支重量控制装置

Info

Publication number: CN203828059U
Application number: CN201420110205.0U
Authority: CN
Inventors: 袁战军
Original assignee: Shaanxi Institute of International Trade and Commerce
Current assignee: Shaanxi Institute of International Trade and Commerce
Priority date: 2014-03-12
Filing date: 2014-03-12
Publication date: 2014-09-17
Anticipated expiration: 2024-03-12

Abstract

本实用新型涉及卷烟机的烟支重量控制技术，公开了一种基于DSP微处理器和微波检测的烟支重量控制装置。该装置包括微波检测单元，数据采集接口电路；用于产生同步脉冲和增量脉冲信号并传输给DSP微处理器的轴编码器；进行烟支重量调整的劈刀电机、进行紧头位置调整的紧头电机、进行剔除故障烟支的剔除阀；用于进行人机交互和系统监控的工控机和触摸屏；微波检测单元的输出端电连接数据采集接口电路的输入端，数据采集接口电路的输出端电连接DSP微处理器的ADC端，轴编码器的两个输出端分别电连接DSP微处理器的CAP1端和CAP3端，DSP微处理器的三个I/O输出端分别电连接劈刀电机、紧头电机、剔除阀的控制端。

Description

一种基于DSP微处理器和微波检测的烟支重量控制装置

技术领域

本实用新型涉及卷烟机的烟支重量控制技术，特别涉及一种基于DSP微处理器和微波检测的烟支重量控制装置。

背景技术

烟支重量控制装置是卷烟机的一个重要组成部分，其主要功能是对烟支重量进行在线检测，并对采样数据进行处理后，通过控制执行机构实现对烟支重量和紧头位置的调整，并剔除故障烟支，该系统控制效果的好坏直接影响到烟支质量和原材料消耗量。目前，我国高速卷烟机的烟支重量检测普遍采用以锶（Sr）90放射源为检测探头的核扫描器，锶（Sr）90具有放射性污染，对周围人员会构成潜在危害；同时，核扫描器检修也需要专门机构的人员进行，费用高；因此，放射源检测的应用受到了制约。

PASSIM型卷烟机以其较好的卷接质量、作业率高成为国内各大中型卷烟厂的主力机型，目前国内主要使用的是PASSIM7K和PASSIM8K两种机型。但是，经过多年使用，PASSIM型卷烟机烟支重量控制系统也暴露出以下不足：（1）该系统采用8085单片机控制，由模拟电路及分立集成电路组成，系统结构复杂，线路板多，易发生故障，且故障处理较困难，导致卷烟机工作的可靠性降低；（2）系统没有提供网络通信功能，使企业对卷烟机的在线监控和指令下达无法实现，并且生产中所采集的大量数据在用于短暂控制后被丢弃，无法完成数据备份、数据传输，不利于企业及时了解生产设备的运行状况。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于DSP微处理器和微波检测的烟支重量控制装置，该装置能够解决以往采用核扫描器检测烟支密度时存在放射性污染和检修费用高的问题；采用高性能的DSP微处理器芯片为核心，来简化硬件结构，增加系统的可靠性，提高烟支重量采样、调控、紧头跟踪、烟支剔除的实时性；使系统具有网络通信功能，可以通过人机交互界面输入控制指令和设置参数，并显示生产运行状态和各种统计数据。

为达到上述技术目的，本实用新型采用如下技术方案予以实现。

一种基于DSP微处理器和微波检测的烟支重量控制装置，其特征在于，包括：

用于检测烟支密度的微波检测单元，所述微波检测单元包含谐振腔、产生微波信号的微波发生器、用于接收烟支通过谐振腔的微波信号的检波器、用于控制所述微波发生器和检波器并将检测到的烟支密度信号传输出去的微波控制器；

用于将所述微波控制器输出的烟支密度信号进行滤波、放大处理的数据采集接口电路；

用于产生同步脉冲和增量脉冲信号并传输给DSP微处理器的轴编码器；

以及进行烟支重量调整的劈刀电机、进行紧头位置调整的紧头电机、进行剔除故障烟支的剔除阀；

用于进行人机交互和系统监控的工控机和触摸屏，所述工控机通过其I/O接口电连接触摸屏，通过CAN总线接口电路与所述DSP微处理器电连接；

所述微波检测单元的输出端电连接数据采集接口电路的输入端，所述数据采集接口电路的输出端电连接所述DSP微处理器的ADC端，所述轴编码器的两个输出端分别电连接所述DSP微处理器的CAP1端和CAP3端，所述DSP微处理器的三个I/O输出端分别电连接劈刀电机、紧头电机、剔除阀的控制端。

本实用新型的特点和进一步改进在于：

所述数据采集接口电路由用于抑制高频干扰的二阶低通滤波电路和用于放大信号的一级放大电路组成，所述二阶低通滤波电路的输入端电连接所述微波检测单元的输出端，所述二阶低通滤波电路的输出端电连接所述一级放大电路的输入端，所述一级放大电路的输出端电连接所述DSP微处理器的ADC端。

所述DSP微处理器两个I/O输出端分别与劈刀电机和紧头电机之间通过两个输出接口电路电连接；所述输出接口电路包含脉冲分配器和功率驱动电路，所述脉冲分配器由两个光耦和一个步进电机脉冲分配器组成；所述功率驱动电路采用三级晶体管，第一级采用3DG6晶体管，第二级采用3DK4晶体管，第三级采用3DD15晶体管；所述两个光耦的输入端分别电连接所述DSP微处理器的PWM1端和T1PWM端，所述两个光耦的输出端与一个步进电机脉冲分配器连接成三相六拍的工作方式，每个步进电机脉冲分配器的A端、B端、C端对应电连接三个功率驱动电路。

所述二阶低通滤波电路采用运放LM741。

所述一级放大电路采用运放LM324。

所述光耦采用6N137。

所述步进电机脉冲分配器采用CH250。

所述轴编码器为绝对式编码器。

所述DSP微处理器采用TMS320F2812DSP微处理器。

所述劈刀电机、紧头电机分别采用三相步进电机。

本实用新型的基于DSP微处理器和微波检测的烟支重量控制装置具有以下优点：

（1）采用微波检测单元取代原先以放射源为探头的核扫描器，实现了对在线烟支密度及含水率的检测，此方法安全性高，对人员无伤害，对环境无污染，检修费用低，安装调试方便。

（2）采用高性能的DSP微处理器，加快了系统的数据处理速度，提高了烟支重量采样、调控、紧头跟踪、烟支剔除的实时性；减少了系统外围电路，精简了硬件结构，增加了系统的可靠性。

（3）具有良好的人机界面和对话功能，采用触摸屏可以输入控制指令和设置参数，并显示生产状态和运行数据（如：日产量、好烟计数、坏烟计数、有效运行作业率和原材料消耗等）。

（4）采用CAN总线与网络技术实现了烟支重量DSP微处理器与工控机、企业网络之间的数据通信，完成了生产过程的远程监控与管理。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

图1为本实用新型的一种基于DSP微处理器和微波检测的烟支重量控制装置结构示意框图；

图2为图1中数据采集接口电路的结构示意框图；

图3为劈刀电机、紧头电机的输出接口电路示意框图；

图4为图3中的脉冲分配器电路示意框图；

图5为图3中的功率驱动电路示意框图；

图中：1、谐振腔；2、微波发生器；3、微波控制器；4、检波器；5、数据采集接口电路；6、DSP微处理器；7、劈刀电机；8、紧头电机；9、剔除阀；10、轴编码器；11、CAN总线接口电路；12、其他设备；13、企业网络；14、工控机；15、触摸屏。

具体实施方式

参照图1，为本实用新型的一种基于DSP微处理器和微波检测的烟支重量控制装置，为陕西省科学技术研究发展计划项目（2013k07-44）。

DSP为数字信号处理(Digital Signal Processing，简称DSP)，该装置包括用于检测烟支密度的微波检测单元，微波检测单元包含谐振腔1、产生微波信号的微波发生器2、用于接收烟支通过谐振腔1的微波信号的检波器4、用于控制微波发生器2和检波器4并将检测到的烟支密度信号传输出去的微波控制器3；用于将微波控制器3输出的烟支密度信号进行滤波、放大处理的数据采集接口电路5；用于产生同步脉冲和增量脉冲信号并传输给DSP微处理器6的轴编码器10；以及进行烟支重量调整的劈刀电机7、进行紧头位置调整的紧头电机8、进行剔除故障烟支的剔除阀9；用于进行人机交互和系统监控的工控机14和触摸屏15，工控机14通过其I/O接口电连接触摸屏15，通过CAN总线接口电路11与DSP微处理器6电连接；轴编码器10为绝对式编码器，DSP微处理器6采用TMS320F2812，劈刀电机7、紧头电机8分别采用三相步进电机。

微波检测单元的输出端电连接数据采集接口电路5的输入端，数据采集接口电路5的输出端电连接DSP微处理器6的ADC端，轴编码器10的两个输出端分别电连接DSP微处理器6的CAP1端和CAP3端，DSP微处理器6的三个I/O输出端分别电连接劈刀电机7、紧头电机8、剔除阀9的控制端。

如图2所示的数据采集接口电路的结构示意框图，数据采集接口电路5由用于抑制高频干扰的二阶低通滤波电路和用于放大信号的一级放大电路组成，二阶低通滤波电路采用运放LM741，一级放大电路采用运放LM324；二阶低通滤波电路的输入端电连接微波检测单元的输出端，二阶低通滤波电路的输出端电连接一级放大电路的输入端，一级放大电路的输出端电连接DSP微处理器6的ADC端。

如图3所示的劈刀电机、紧头电机的输出接口电路示意框图。DSP微处理器6两个I/O输出端分别与劈刀电机7和紧头电机8之间通过两个输出接口电路电连接；输出接口电路包含脉冲分配器和功率驱动电路，脉冲分配器由两个光耦和一个步进电机脉冲分配器组成，光耦采用6N137，步进电机脉冲分配器采用CH250，如图4所示；功率驱动电路采用三级晶体管，第一级采用3DG6晶体管，第二级采用3DK4晶体管，第三级采用3DD15晶体管；两个光耦的输入端分别电连接DSP微处理器6的PWM1端和T1PWM端，两个光耦的输出端与一个步进电机脉冲分配器连接成三相六拍的工作方式，每个步进电机脉冲分配器的A端、B端、C端对应电连接三个功率驱动电路，如图5所示。

微波控制器3发出锯齿波扫频信号并输出给微波发生器2，通过微波发生器2产生特定频率段的微波，将此微波作用于谐振腔1，当不同密度及含水率的烟支穿过谐振腔1时引起谐振腔1幅频特性曲线发生变化，经检波器4检测和微波控制器3的分析、处理，得到烟支密度信号并输出给DSP微处理器6。从烟支重量微波检测单元输出的烟支密度信号较弱，一般为10mV左右，不能直接送到TMS320F2812的ADC模块进行A/D转换，必须先经过数据采集接口电路5的滤波、放大等处理。数据采集接口电路5如图2所示，该电路主要包括：烟支密度信号的二阶低通滤波电路和一级放大电路。二阶低通滤波电路选用运放LM741,其供电电压为±15V，该滤波电路可有效地抑制高频干扰，提高信噪比和测量精度。放大电路选用运放LM324，反馈电阻R7可以调节，用于控制输出信号的大小，同时在放大电路的输出端接稳压二极管D1来实现过压保护，避免输出信号超过DSP的ADC模块所允许的电压值。

轴编码器10为绝对式编码器，安装在主机切刀传动箱后部，与主机切刀同速，轴编码器10每转一周输出一个同步脉冲ECP和256个增量脉冲；一个同步脉冲ECP表征一支烟，可为单支烟的重量采样和紧头位置计算提供时间基准；而增量脉冲可用来控制DSP微处理器6对单支烟进行256点采样。

DSP微处理器6采用TMS320F2812，利用ADC模块采样烟支密度信号，通过CAP1、CAP3引脚捕获同步脉冲和增量脉冲，并计算烟支平均重量、单支烟重量和紧头位置。

执行单元的劈刀电机7、紧头电机8均采用三相步进电机，DSP微处理器6通过TMS320F2812事件管理器A（EVA）的PWM1、T1PWM引脚经脉冲分配器和功率驱动电路控制劈刀电机7，PWM1脚电平高、低决定步进电机旋转方向，T1PWM脚输出的脉冲个数决定步进电机旋转角度；同理，使用EVA的PWM2、T2PWM引脚分别控制紧头电机8的旋转方向和角度；通过通用数字I/O口GPIOB的四个引脚GPIOB0-GPIOB3分别控制剔除鼔轮的内、外排采样剔除阀9和内、外排重量剔除阀9，根据同步脉冲ECP和右移脉冲，判断故障烟支并剔除。

DSP微处理器6通过TMS320F2812的CAN模块经CAN总线接口电路11接至CAN总线，工控机14通过CAN接口适配卡与CAN总线相连，实现系统的CAN总线通信功能；人机界面包括工控机14和触摸屏15，通过触摸屏15可以输入控制指令和设置参数，并显示生产状态和运行数据，将工控机14连接到企业网络13中，有利于企业进行监控和管理；在CAN物理总线上还可以根据需要接入其他设备12。

本实用新型的工作原理是：

系统通过烟支重量微波检测单元对进入谐振腔1的烟支密度进行检测后输出给烟支重量DSP微处理器6，经TMS320F2812的ADC模块转换后得到烟支密度数字量，根据CAP1、CAP3引脚捕获的同步脉冲和增量脉冲将连续烟支的重量区分为单支烟重量，并计算烟支平均重量、单支烟重量和烟支紧头位置；接着，根据烟支平均重量和目标重量的偏差，驱动劈刀电机7调节劈刀盘高度，改变烟丝削减量，实现烟支重量控制；依据烟支紧头位置偏差，控制紧头电机8调整劈刀盘相位，消除偏差；对单支烟重量超过门限值的故障烟支，控制相关剔除阀9予以剔除；同时，采用CAN总线与网络技术实现烟支重量DSP微处理器6与工控机14、企业网络之间的数据通信，完成生产过程的远程监控与管理。

尽管以上结合附图对本实用新型的实施方案进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在说明书的启示下，在不脱离本实用新型权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本实用新型保护之列。

Claims

1.一种基于DSP微处理器和微波检测的烟支重量控制装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于DSP微处理器和微波检测的烟支重量控制装置，所述数据采集接口电路由用于抑制高频干扰的二阶低通滤波电路和用于放大信号的一级放大电路组成，所述二阶低通滤波电路的输入端电连接所述微波检测单元的输出端，所述二阶低通滤波电路的输出端电连接所述一级放大电路的输入端，所述一级放大电路的输出端电连接所述DSP微处理器的ADC端。

3.根据权利要求2所述的一种基于DSP微处理器和微波检测的烟支重量控制装置，所述二阶低通滤波电路采用运放LM741。

4.根据权利要求2所述的一种基于DSP微处理器和微波检测的烟支重量控制装置，所述一级放大电路采用运放LM324。

5.根据权利要求1所述的一种基于DSP微处理器和微波检测的烟支重量控制装置，所述DSP微处理器两个I/O输出端分别与劈刀电机和紧头电机之间通过两个输出接口电路电连接；所述输出接口电路包含脉冲分配器和功率驱动电路，所述脉冲分配器由两个光耦和一个步进电机脉冲分配器组成；所述功率驱动电路采用三级晶体管，第一级采用3DG6晶体管，第二级采用3DK4晶体管，第三级采用3DD15晶体管；所述两个光耦的输入端分别电连接所述DSP微处理器的PWM1端和T1PWM端，所述两个光耦的输出端与一个步进电机脉冲分配器连接成三相六拍的工作方式，每个步进电机脉冲分配器的A端、B端、C端对应电连接三个功率驱动电路。

6.根据权利要求5所述的一种基于DSP微处理器和微波检测的烟支重量控制装置，所述光耦采用6N137。

7.根据权利要求5所述的一种基于DSP微处理器和微波检测的烟支重量控制装置，所述步进电机脉冲分配器采用CH250。

8.根据权利要求1所述的一种基于DSP微处理器和微波检测的烟支重量控制装置，所述轴编码器为绝对式编码器。

9.根据权利要求1所述的一种基于DSP微处理器和微波检测的烟支重量控制装置，所述DSP微处理器采用TMS320F2812。

10.根据权利要求1所述的一种基于DSP微处理器和微波检测的烟支重量控制装置，所述劈刀电机、紧头电机分别采用三相步进电机。