視覺檢測233010基于微波技術的煙條缺包檢測系統設計

摘 要：基于微波反射、吸收等基本性質，本文設計了一種可以檢測煙條內部是否缺包的系統，系統由三大部分組成，微波發射與接收模塊、下位機數據處理模塊、上位機顯示模塊。該系統安裝在煙條提升機兩側，根據煙條通過該裝置時檢測到的微波信號，來判斷煙條內部是否存在缺包。該系統檢測原理簡單，精度高，已經廣泛應用于各個卷煙廠。

關鍵詞：微波；煙條內部；缺包

一、引言

微波是指頻率在300HZ-300GHZ之間的電磁波，主要應用在雷達和通信上，此外，也被應用于醫療、農業和工業生產中。微波具有三種基本特性：吸收性、穿透性、和反射性，其特性決定了微波能應用于檢測物體的內部情況。

隨著自動化的不斷發展，煙草包裝機械更加追求包裝速度、質量以及安全性。然而，在包裝過程中總會經常出現煙條內部缺包的情形，一旦此類產品流入市場，對公司和品牌將會造成不良影響，卷煙廠也將“缺包”定義為重大生產事故，因此煙條缺包檢測產品也隨著需求相繼出現。目前，市場上檢測條盒缺包的產品主要有兩種：第一種是光子檢測，其檢測精度高，誤剔率低，但是光子對人的身體有嚴重的損害；第二種是稱重式，該產品雖然符合工業生產的安全標準，但是由于每只香煙本身的重量參差不齊，疊加起來后沒有一個標準的重量，也導致了該產品檢測精度不高，容易導致誤剔，影響生產。本文提出的微波缺包檢測方案，不僅綠色環保，而且能夠保證足夠高的檢測精度。

二、檢測系統設計

本檢測產品安裝在煙條提升通道的兩側，類似與一個“U”形結構，對經過的煙條進行檢測，判斷內部是否缺包。系統的原理圖如圖1所示，主要包括七個模塊：微波信號產生模塊、發射模塊、接收模塊、處理模塊、控制器、報警裝置以及同步傳感器。微波發生模塊主要負責穩定的微波信號生成；發射模塊和接收模塊通過微波天線向外發射或接收高頻微波信號；微波處理模塊主要是對采集到的微波信號進行濾波、放大、轉換和處理。控制器主要負責數據的處理、系統的控制以人機交互界面的顯示。報警器負責報警；同步傳感器主要負責何時進行微波信號采集。

三、硬件設計

整個檢測系統的硬件電路框圖如圖2所示。其原理如下：微波發射和產生模塊進行信號的發送和接收；煙條在提升機通道提升時，當煙條的起始端被同步傳感器檢測到時，傳感器向單片機發送一個上升沿信號，此時記為時刻TO；當煙條的末端被同步傳感器檢測到時，傳感器向單片機會發送一個下降沿信號，此時記為時刻T1；單片機會將TO-T1時間段采集到的微波信號[4]進行處理判斷，如果采集的信號存在某段區間（區間寬度根據調試結果設定最優值）內的信號值連續低于設定的閾值，則判定該條煙存在“缺包”，此時，單片機會給報警器和包裝機機柜分別發送一個報警信號和一個剔除信號，進行報警和對應煙條的剔除處理。

四、下位機軟件設計

下位機采用C語言編程，編程選用的開發工具為Keil，下位機軟件流程圖如圖3所示。單片機上電時，下位機進行初始化，并且會接收到上位機發送來的一些參數，如閾值、采集數據時間間隔、剔除是否開啟等。下位機初始化完畢后，當煙條經過同步傳感器時，單片機會一直采集微波信號，直至同步傳感器檢測不到煙條，采集的微波信號個數與數據采集時間間隔相關。下位機會對采集后的數據進行處理并且打包發送到上位機，同時，下位機會對處理后的數據分別與閾值參數進行比較，比較的結果會發送到報警裝置、包裝機機柜以及上位機。當下一條煙條經過同步傳感器時，程序重復之前的步驟。

五、上位機軟件設計

上位機采用C#語言編程，編程選用的開發工具為VS 2010。

開發上位機主要是方便人機交互。上位機的工作界面如圖4所示，其中紅色曲線代表設定的閾值，白色曲線代表每條煙條經過檢測設備后測得的實際微波信號值，白色曲線低于紅色曲線時，代表該煙條正常，白色曲線有部分區間高于紅色曲線時，代表煙條存在缺包缺陷，并將檢測結果顯示在曲線標題欄上。主界面右側還顯示了系統運行的時間、實際產量和缺包的煙條數。從主界面可以看出，上位機還設計了另外三個界面，設置界面、統計界面以及實驗室。設置界面主要包括閾值參數設置、微波信號采集時間間隔設置、系統時間設置以及密碼修改等功能；統計界面主要記錄最近五百條缺包煙條的微波信號檢測值，方便用戶對缺包煙條進行分析。實驗室界面可以顯示檢測的實時微波信號值，并能夠對電路的輸入輸出點進行故障診斷，方便開發人員進行現場調試，進入該界面必須首先將

“已開啟按鈕”切換到“關閉”狀態，防止檢測裝置調試時遇到缺包煙條導致包裝機停機。

六、結束語

本文詳細介紹了一種基于微波技術的煙條缺包檢測系統的設計方案，該產品相對于市場上目前的產品來說，具有安全性高和檢測精度高等優點，同時能夠通過上位機界面實時顯示檢測曲線和復現缺包煙條檢測曲線，該產品便于安裝維護，具有很高的市場應用價值。但是該產品也存在不足，當煙條的包裝紙含有很多金屬時，檢測效果不佳，后續將通過改變微波的發射頻率來進行改進和優化。

參考文獻：

[1]王博，張建文.微波輻射參數測試系統低功率密度測試方法研究[J].火控雷達技術.2016（03）.

[2]趙麗生.微波檢測機理與矢量分析.物理實驗[J]，2003；23（9）：35-36.

[3]余秀玲，熊建.微波的特點及應用[J].現代商貿工業. 2018（04）.

[4]鄭敏杰.微波自動測量系統的數據采集卡研制[D].廈門大學.2008.

作者簡介：

汪星星，1991年04月04日，男，安徽省黃山市，研究生，初級工程師.