卷煙生產的最后一套工序是煙條裝箱打包。據現場多次觀察和了解，箱打包機有時會工作混亂，特別是在條打包機生產流量較大或來料不夠的情況下，箱打包機的工作不正常，出現缺1～10條煙的情況；為了不損害顧客、經銷商及廠家之間的互利關系，煙廠在此崗位派出較多的員工，進行監視，查漏補缺，工人的勞動強度大。經某廠提出要求，筆者設計了煙箱缺條自動檢測器。

　　1現有設備及缺陷

　　現有設備檢查煙箱缺條與否主要是利用光電探測，其基本原理是將五組發光二極管和光電接收管安裝在煙條裝箱打包機里面，發光二極管發射光信號，有煙條時二極管發出的光經煙條表面反射到光電接收管。但當有煙條斜放時，可能出現一組發光二極管發出的光被另一組光電接收管接收的情況，該方法無法做出可靠的判斷。

　　2電容型煙箱缺條檢測器的原理及電路實現

　　2.1基本原理

　　電容傳感器能將非電量的變化變換為電容的變化，設計時采用平板電容器，其電容為：(2--1)

　　式中ε是極板間介質的介電常數；s是兩塊極板對著的有效面積；d是極板間距離。由式(2—1)可見，只要改變d、s、ε三者之一，都可使電容改變。圖2—1是交流電橋測量電路，C2是平板電容傳感器，其余3個元件參數是已知的。利用電容傳感器檢測煙箱時，把整個煙箱充當電容器的介質，當煙箱中的煙條數改變時，C2相應改變，并影響交流電橋的輸出電壓，故可用該方法來制作煙箱缺條檢測器。

　　2.2檢測器工作原理

　　系統框圖如圖2—2。儀器整體分為兩部分，虛線框為檢測部分，其余為數據處理部分。工作過程如下：當有煙箱到來時，接近開關輸出高電平，接至單片機位P1.7并啟動正弦振蕩電路工作，正弦振蕩信號加在交流電橋上，輸出信號Uo。為保證交流測量電路可靠工作，需在后面加上一級放大器放大隔離，再由精密整流電路整流，由于此處電壓較高，需加上取樣電路，使輸出電壓在0～1OV之間。另外單片機P1.0、P1.1、P1.2輸出選擇信號至電子開關，電子開關將5路信號之一切換到電壓頻率電路輸入端，因輸入電壓與輸出的頻率成正比，輸出的二值信號激發發光二極管，光信號由光纖傳遞至光電接收電路，二值信號送人單片機8051的T1計數，數據存人RAM，完畢后P1.3輸出高電平，啟動電磁鐵1，移動5個電容傳感器一定距離(小于等于一條煙的寬度)，再重復上面的動作。單片機比較采集到的10個數據和內部的標準數據，若某一數據超出一定的偏差范圍，就判斷相應的一堆缺條，并從P1.4輸出高電平，啟動電磁鐵2，將煙箱推出流水線。

　　2.3設計制作時采用的技術方法

　　(1)一箱煙分5層10堆，共計50條。為了可靠的判斷煙箱缺條與否，若采用一個平行板電容器，有可能會出現如缺一條煙而輸出的電壓卻與不缺煙時的輸出電壓一樣的情況。為了避免這種情況，采用了5個平板式電容傳感器，分兩次采集10堆煙充當介質時的輸出電壓，CPU將所得數據進行比較，就可以判斷煙包缺條與否。這樣設計的第1個好處是利用相鄰產品的參數比較接近；第2個好處是將整箱煙較大的整體質量誤差，分散為個體較小的質量誤差，這些質量上的誤差與介質類別、介質有效厚度的改變相比，可以將其忽略不計；第3個好處是可忽略溫度變化對電容傳感器結構穩定性和介電常數的影響。

　　(2)由于一條卷煙生產線所生產的煙不可能是同一個品牌。為了使煙箱缺條檢測器適用于各品牌的缺條檢測，設計了一個具有讀人標準數據功能的按鍵。操作者可選擇5條質量標準的煙，然后按讀人鍵，單片機便將它作為標準數據；這樣避免了繁瑣的調試和設置數據。

　　(3)為了消除邊緣效應的影響，在電容傳感器結構設計時，采用保護環的結構，這也是為什么不直接采用10個電容傳感器的原因。#p#分頁標題#e#

　　(4)任何一個電容等效為一個電容C和一個漏電阻R的并聯，兩者組成一個復阻抗加在測量電路中去影響輸出，嚴重時將導致傳感器的輸出產生緩慢的零點漂移。影響漏電阻R主要是電容傳感器的表面電阻，故在設計制作電容傳感器時將陶瓷和薄銅片粘在一起，既解決了漏電阻太小的問題又解決了散熱的問題。

　　(5)系統只是判斷煙箱缺條情況，沒有閉合回路控制過程，并考慮到提高系統抗干擾能力，故不用價格較高的A／D轉換器，而是用電壓頻率轉換器(V／F)和單片機內部硬件資源，代替A／D轉換器采集數據，這樣簡單方便，成本較低。圖2—3是具體的電路，LM331和運放OP—27組成V／F轉換器，輸入和輸出的關系如式(2—2)：(2--2)

　　V／F轉換器完成A／D轉換功能時，其轉換的分辨率與定時器定時的長短和輸入脈沖的最大頻率有關。8051的定時器T1作計數時，可計數的最高頻率為單片機晶體振蕩頻率的1／24，當foc=12MHz時，外部最高的頻率可達500kUz，而圖2—3當輸入電壓為0～1OV時輸出的頻率為f0=10~10kHz。取最高頻率f0=10kHz，則脈沖周期為0.1ms；分辨率為10位，定時時間為210×0.1ms：102.4ms，而定時器T0在工作方式1時為16位定時器，當foc=12MHz時，其最大的定時時間為：tomax=65.536ms，現取定時器T0定時時間為50ms，在軟件中設定定時器溢出次數為2次。定時50ms內可計的機器周期數為50000，定時器的初值為3CBOH。模數轉換流程如圖2--4所示。

　　3使用結果

　　采用模擬實驗，在煙箱中模仿缺1～3條煙、煙條斜放等情況，檢測器都可以自動識別，效果良好。

　　[參考文獻]

　　采用模擬實驗,在煙箱中模仿缺1~3條煙、煙條斜放等情況，檢測器都可以自動識別，效果良好。

　　[1]趙新民，王祁.智能儀器設計基礎[M).哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，1999.

　　[2]王幸之，等.單片機應用系統抗干擾技術[M).北京：北京航空航天大學出版社，2000.

　　[3]楊振江.A／D、D/A轉換器接口技術與實用線路[M].西安：西安電子科技大學出版社，1996.

　　作者簡介：陳文光(1968-)，男，講師，湖南大學研究生，主要從事電子技術應用方面的研究與教學。