基于FPGA的烟支检测系统的设计
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2 器件选型
2．1 数据采集部件(探头)的选择
数据采集部件一般位于整个系统的最前端，它的选型对系统的稳定性、可行性有很大影响，本系统选择光电传感器作为探头来对烟支的数据进行采集，它的灵敏度直接与剔除率有关。为了让剔除效果达到最好，探头灵敏度必须调整到合适的设置值。
灵敏度包括静态灵敏度和动态灵敏度两种，静态灵敏度主要是在静态情况下探头的光反射强度与探头距烟头的距离、日光、烟头密度及探头电压等之间的关系；动态灵敏度是动态情况下的性能指标。本系统是让探头工作在不同的灵敏度下分析剔除率和误剔率，从而选定剔除性能最好的灵敏度器件。动态灵敏度的另一个影响因素为动态位置误差，即在采样时间内，由轮盘(与轴编码器同步)转动造成的位置变化所引起的探头误差，这里主要从位置误差和探头作用距离上比较，图2所示是动态位置误差示意图。本文引用地址：https://www.eepw.com.cn/article/191273.htm
在图2中，R表示推烟板曲轴的轮盘半径，一次采样过程的起点为p1，结束位置为p2，该段持续时间内的曲轴误差为δr，其中：
若所选A／D采样速率为50kHz，采样周期为2×15-5s，那么，按每分钟400转计算，一次采样时间内的轮盘转动弧度为：
取采样10次的平均，其位置误差不到4μm。而根据探头的位置响应曲线，探头的最佳检测距离在离烟2～3．5mm处，2mm>>4μm，所以，理想情况下由动态位置引起的误差可忽略不计。
根据以上分析，本设计选用韩国KODENSHI公司的SG-2BC传感器。
2．2 A／D转换器的选择
ADS7841E是德州仪器公司开发的一块4通道，12位，带串行接口的模数转换芯片，它是一块低功耗、高速度、高精确度的A／D采样芯片，电压为2．7～5 V，可达到200kHz的转换速率。根据笔者对探头的测试，探头检测的最小变化为0．5V左右，而A／D采样的分辨率为3．3／212V≈8×10-4V，所以，该AD采样芯片完全可以满足设计要求。
2．3 FPGA的选择
该系统采用EP3C16Q型FPGA进行控制逻辑编程。该器件是ALXERA公司生产的CycloneII系列高性能现场可编程门阵列，而且具有丰富的逻辑资源。EP3C16Q具有15408个逻辑单元、56个嵌入式乘法器和4个锁相环(PLL)，其内部的RAM容量为504Kbits，系统频率高达260MHz，而且稳定性很高。采用单片FPGA实现逻辑控制和数据处理功能可以简化电路设计，提高系统的可靠性并节约成本。设计时，只需一根下载电缆连接到目标板上，就可以多次重复编程，而且电路调试十分方便。
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