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[摘 要]使用DSP处理器为核心，配合简单的外围电路，利用软件来完成卷烟生产过程中，烟支质量检测（主要包括烟支的漏气、空头检测）工作。实际生产中，使器件数和体积都明显减小，增强了可靠性，通过上位机可以在线检测数据并进行观察，一旦出现问题，可以直观的找出原因，方便了用户现场调试维护。
[关键词]DSP技术、卷烟机、质量检测
中图分类号：G717 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）09-0348-01
1、引言
在PROTOS卷烟机中，烟支质量检测主要包括烟支的漏气、空头检测。漏气烟支主要是指用来卷烟丝的包装纸上有破损，或者滤嘴没有粘结好等情况；另外，由于受各种因素影响，烟支在生产过程中容易出现烟支松头，即烟支点燃端烟丝填充不饱满，出现空松和凹陷，直接影响烟支外观和吸食效果。这种烟支一旦在生产中没有被检测剔除，会给烟厂带来很大的负面影响，因此烟支的质量检测一直是一个重点、难点。
原机采用了多块电路板在烟机卷接部分完成烟支松头、漏气及显示方面的功能。一旦出现问题，需要专业人士找出问题并及时进行维修，由于功能分散在多块电路板上，调试维修很不方便。本文采用一个单独完整的检测装备来代替原先的装置，使用DSP处理器为核心，配合简单的外围电路，利用软件来完成原先多个电路板完成的工作。实际生产中，使器件数和体积都明显减小，增强了可靠性，通过上位机可以在线检测数据并进行观察，一旦出现问题，可以直观的找出原因，方便了用户现场调试维护。
2、 DSP处理器简介
数字信号处理（Digital Signal Processing，简称DSP）是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。在过去的二十多年时间里，数字信号处理已經在通信等领域得到极为广泛的应用。（图1典型的DSP系统）
输入信号首先进行滤波和抽样，然后进行A/D（Analog to Digital）变换将信号变换成数字比特流。根据奈奎斯特抽样定理，为保证信息不丢失，抽样频率至少必须是输入带宽信号最高频率的2倍。
DSP芯片的输入是A/D变换后得到的以抽样形式表示的数字信号，DSP芯片对输入的数字信号进行某种形式的处理，数字处理是DSP的关键。最后，经过处理后的数字样值再经D/A（Digital to Analog）变换转换为模拟样值，之后再进行内插和平滑滤波就可得到连续的模拟波形。
3、系统组成工作原理
如图2所示，系统以DSP处理器为核心单元完成烟支质量检测功能，主要包括时钟处理单元，A/D采集处理单元、信号分析处理单元和通信单元几个部分。
时钟处理单元配合A/D采集处理单元同步采集处理各种传感器传来的模拟信号，经过A/D转换、滤波处理后的数字量送给信号分析处理单元，对单支烟的特征值进行分析判断当前烟支的好坏，如果判定是好烟，将其检测数字量值传递给上位机，并使其由检测鼓轮送到装盘机部分；如果判定是坏烟，根据时钟处理单元送来的信号，当这支不合格烟到达剔除阀位置时，该阀门释放压缩空气以剔出不合格卷烟，并通过指示灯显示剔除原因（如缺嘴、漏气等等），同时对剔除烟支做计数。
为了使检测更加直观，系统采用了良好的人机界面，使用RS-485总线将检测数据上传给LCD触摸屏，触摸屏上可以看到实时的检测数据和废烟剔除分类统计数据；同时可以在上位机上设置烟支各项指标的灵敏度，送给DSP检测系统。一旦系统工作出现故障，可以在上位机上方便的找出原因并解决。
烟支检测和剔除同步信号是通过卷接机后身的固定齿盘和接近开关产生的机器时钟信号，包括多时钟脉冲和双时钟脉冲。当正常生产烟支时，固定齿盘每转一圈，产生1个多时钟脉冲和20个双时钟脉冲，同时在检测鼓轮上经过两支烟。这些时钟脉冲信号送入DSP处理器，经过时钟处理单元，产生对每支烟的检测时钟脉冲，在这个脉冲的上升沿触发AD采集传感器信号并进行A/D转换。
4、软件设计简介
本系统软件程序的设计，根据设计的要求，从整体上利用模块编程技术进行设计，主要包括主程序模块、中断服务子程序模块和通信模块。
4.1、主程序模块
主程序模块完成系统初始化的工作，初始化包括I/O口的设置、中断的设置、内部A/D模块和通信模块及其他外设的初始化工作及内部RAM变量赋初值。
4.2、中断服务子程序模块
烟支生产速度很快，由于系统是在线检测剔除，必须在很短的时间完成A/D采样转换，数据分析处理，还要给出输出信号，因此这些工作必须通过中断方式来完成。
中断是通过双时钟和多时钟脉冲信号经过时钟处理单元产生出来的单支烟检测脉冲的上升沿来触发，通过A/D单元对模拟量采样滤波，得到当前特征值的数字量，对检测值进行绝对比较和相对比较，首先根据事先在上位机上设置的绝对门槛数值进行比较，如果数字值低于绝对阈值，则卷烟直接被列入“不合格”一类剔除；此外通过软件 “容错算法”，以生产过程中的512支好烟的平均值作为标准，平均值是随着烟支生产实时更新的（创建一个512个数据的先进先出队列，新数据存在队列尾部，最早的数据出列），如果检测值高于绝对阈值，再同平均值作相对比较，同时考虑容错的情况，最终判定烟支质量，减少了烟支的误剔、漏剔情况。同时，容错带的范围也可以在上位机上设置，以提高或降低检测的灵敏度，中断服务的流程图如图4所示
5、结束语
本系统安装调试投入运行后，运行稳定，检测、剔除准确，提高了生产效率和机台的有效作业率。为烟厂做出了贡献，受到了烟厂员工的一致好评。
[关键词]DSP技术、卷烟机、质量检测
中图分类号：G717 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）09-0348-01
1、引言
在PROTOS卷烟机中，烟支质量检测主要包括烟支的漏气、空头检测。漏气烟支主要是指用来卷烟丝的包装纸上有破损，或者滤嘴没有粘结好等情况；另外，由于受各种因素影响，烟支在生产过程中容易出现烟支松头，即烟支点燃端烟丝填充不饱满，出现空松和凹陷，直接影响烟支外观和吸食效果。这种烟支一旦在生产中没有被检测剔除，会给烟厂带来很大的负面影响，因此烟支的质量检测一直是一个重点、难点。
原机采用了多块电路板在烟机卷接部分完成烟支松头、漏气及显示方面的功能。一旦出现问题，需要专业人士找出问题并及时进行维修，由于功能分散在多块电路板上，调试维修很不方便。本文采用一个单独完整的检测装备来代替原先的装置，使用DSP处理器为核心，配合简单的外围电路，利用软件来完成原先多个电路板完成的工作。实际生产中，使器件数和体积都明显减小，增强了可靠性，通过上位机可以在线检测数据并进行观察，一旦出现问题，可以直观的找出原因，方便了用户现场调试维护。
2、 DSP处理器简介
数字信号处理（Digital Signal Processing，简称DSP）是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。在过去的二十多年时间里，数字信号处理已經在通信等领域得到极为广泛的应用。（图1典型的DSP系统）
输入信号首先进行滤波和抽样，然后进行A/D（Analog to Digital）变换将信号变换成数字比特流。根据奈奎斯特抽样定理，为保证信息不丢失，抽样频率至少必须是输入带宽信号最高频率的2倍。
DSP芯片的输入是A/D变换后得到的以抽样形式表示的数字信号，DSP芯片对输入的数字信号进行某种形式的处理，数字处理是DSP的关键。最后，经过处理后的数字样值再经D/A（Digital to Analog）变换转换为模拟样值，之后再进行内插和平滑滤波就可得到连续的模拟波形。
3、系统组成工作原理
如图2所示，系统以DSP处理器为核心单元完成烟支质量检测功能，主要包括时钟处理单元，A/D采集处理单元、信号分析处理单元和通信单元几个部分。
时钟处理单元配合A/D采集处理单元同步采集处理各种传感器传来的模拟信号，经过A/D转换、滤波处理后的数字量送给信号分析处理单元，对单支烟的特征值进行分析判断当前烟支的好坏，如果判定是好烟，将其检测数字量值传递给上位机，并使其由检测鼓轮送到装盘机部分；如果判定是坏烟，根据时钟处理单元送来的信号，当这支不合格烟到达剔除阀位置时，该阀门释放压缩空气以剔出不合格卷烟，并通过指示灯显示剔除原因（如缺嘴、漏气等等），同时对剔除烟支做计数。
为了使检测更加直观，系统采用了良好的人机界面，使用RS-485总线将检测数据上传给LCD触摸屏，触摸屏上可以看到实时的检测数据和废烟剔除分类统计数据；同时可以在上位机上设置烟支各项指标的灵敏度，送给DSP检测系统。一旦系统工作出现故障，可以在上位机上方便的找出原因并解决。
烟支检测和剔除同步信号是通过卷接机后身的固定齿盘和接近开关产生的机器时钟信号，包括多时钟脉冲和双时钟脉冲。当正常生产烟支时，固定齿盘每转一圈，产生1个多时钟脉冲和20个双时钟脉冲，同时在检测鼓轮上经过两支烟。这些时钟脉冲信号送入DSP处理器，经过时钟处理单元，产生对每支烟的检测时钟脉冲，在这个脉冲的上升沿触发AD采集传感器信号并进行A/D转换。
4、软件设计简介
本系统软件程序的设计，根据设计的要求，从整体上利用模块编程技术进行设计，主要包括主程序模块、中断服务子程序模块和通信模块。
4.1、主程序模块
主程序模块完成系统初始化的工作，初始化包括I/O口的设置、中断的设置、内部A/D模块和通信模块及其他外设的初始化工作及内部RAM变量赋初值。
4.2、中断服务子程序模块
烟支生产速度很快，由于系统是在线检测剔除，必须在很短的时间完成A/D采样转换，数据分析处理，还要给出输出信号，因此这些工作必须通过中断方式来完成。
中断是通过双时钟和多时钟脉冲信号经过时钟处理单元产生出来的单支烟检测脉冲的上升沿来触发，通过A/D单元对模拟量采样滤波，得到当前特征值的数字量，对检测值进行绝对比较和相对比较，首先根据事先在上位机上设置的绝对门槛数值进行比较，如果数字值低于绝对阈值，则卷烟直接被列入“不合格”一类剔除；此外通过软件 “容错算法”，以生产过程中的512支好烟的平均值作为标准，平均值是随着烟支生产实时更新的（创建一个512个数据的先进先出队列，新数据存在队列尾部，最早的数据出列），如果检测值高于绝对阈值，再同平均值作相对比较，同时考虑容错的情况，最终判定烟支质量，减少了烟支的误剔、漏剔情况。同时，容错带的范围也可以在上位机上设置，以提高或降低检测的灵敏度，中断服务的流程图如图4所示
5、结束语
本系统安装调试投入运行后，运行稳定，检测、剔除准确，提高了生产效率和机台的有效作业率。为烟厂做出了贡献，受到了烟厂员工的一致好评。