《电子技术应用》
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基于DSP与线阵CCD传感器的电子数粒机控制系统
来源:电子技术应用2012年第6期
齐晓光, 隋修武, 李大鹏
天津工业大学 机械工程学院 天津市现代机电装备技术重点实验室,天津300387
摘要: 设计了基于DSP与线阵CCD传感器的电子数粒机,包括以DSP为核心的主控模块、以双线阵CCD传感器构成的成像模块及以CPLD为核心的数据采集模块。该系统具有计数、剔残功能及人性化的人机界面。实验证明,该系统数粒速度快、运行稳定可靠。
中图分类号: TP271+.5
文献标识码: A
文章编号: 0258-7998(2012)06-0135-03
The control system of electronic counting-machine based on DSP and CCD sensor
Qi Xiaoguang, Sui Xiuwu, Li Dapeng
Tianjin Key Laboratory of Advanced Mechatronics Equipment Technology, School of Mechanical Engineering, Tianjin Polytechnic University, Tianjin 300387, China
Abstract: In order to meet the requirements of speed and precision for pharmaceutical packaging machinery, the control system of electronic counting-machine was designed based on DSP and linear CCD sensor. The system consists of the master control module based on digital signal processor(DSP), the imaging module based on double CCD sensors, the data acquisition module based on complex programmable logic device(CPLD).The interface of man-machine communication based on the modbus protocol and the program of picking and counting are designed. Practice shows that the system is high in counting speed, stable and reliable in performance.
Key words : electronic counting-machine; TMS320VC5509;TCD1209D;EMP30464A

 在新版药品GMP(Good Manufacturing Practices)总则出台后,国内制药企业为了适应新版GMP对医药包装机械的可说明性、可追踪性,及在线检测、在线清洗及全线监控等方面的要求,纷纷改进技术,以提高包装自动化和包装质量水平[1]。

    目前,全球电子数粒机市场90%的份额被外资企业占据,国内的光电数粒设备主要采用光电管作为检测前端,且运行速度、精确度、稳定性等方面与进口设备仍有相当大的差距,尤其是在高速、高精确度生产条件下使用的技术还有待进一步提高[1]。为了满足高速、高精确度的生产需要,本文设计开发了基于DSP和高速线阵CCD图像传感器的电子数粒机。该数粒机与传统光电管式数粒机相比,分辨率更高、计数更快、灌装精度更准。同时还可以检测出药片尺寸和粘连,以便剔除装入不合格药片的药瓶,从而大大提高了设备的数粒效率和灌装质量。
1 系统原理及组成
 数粒机采用模块化设计方法,包括振动落料模块、成像模块、主控模块、外围控制模块和人机模块。振动落料模块,根据人机模块上输入的参数,使药片按照一定的速度从进料板上落下。当药片经过成像模块的检测通道时,引起成像模块中CCD光敏面上的光强发生变化。CCD传感器的输出信号,通过数据采集模块进入主控模块;主控模块对信号进行处理,得到药片x和y方向的尺寸,并与人机模块输入的药片规格比较得出药片是否为合格产品。如果合格,则进行计数;否则做好标志,待该瓶进入传送带时,对该药瓶进行剔除。外围控制模块完成对灌装工艺的驱动。
2 成像模块
    成像模块主要为系统提供完整清晰的图像,以EMP3064A为核心的CCD驱动电路为两路CCD提供同步驱动信号。
2.1 光路设计
    选用典型的两相单沟道线性CCD芯片TCD1209D,其光敏单元数为2 048个,每个光敏单元尺寸为14 μm×14 μm[2],成像长度为:

 


 数据采集模块是在EPM7128的控制下,由TLC5510把成像模块输入的模拟电压的变化转换为数字量的变化;数字信号经AL422B缓存后,送到以TSM320VC5509为核心的DSP主控模块,完成数据的采集。
   数据采集模块的读写操作都是由DSP给出的基准时钟经过EPM7128完成TLC5510和AL422B的时序配合。
4 主控模块
   主控模块以TMS320VC5509为核心,通过检测药片x向和y方向的尺寸,来判断药片的大小,从而判断药片是否合格,并对合格药片进行计数。
   TMS320VC5509是TI公司生产的高性能、低功耗的数字信号处理器,主控模块结构如图3所示。

  
5 人机模块
 通过EB500编写MT506TV界面如图5所示。用户登录时可以在用户登录窗口完成身份认证和工作班组的设置,并在完成一个班次之后导出本班组生产数据;参数设置界面可以设置本次开机工作灌装药片的尺寸参数;在对不同透明度药片进行灌装时,可以通过阈值设置窗口设定不同的阈值参数;手动控制界面是在调试设备时,通过手动控制各个环节完成灌装工艺;动画演示显示灌装工艺流程;当设备出现故障不能完成灌装时,会发出警报,设备调整之后通过警报解除界面解除警报。

6 实验及结论
    用φ=9 mm的片剂对该系统进行48 h连续工作验证,计数速度达到10 000粒/min~12 000粒/min,装瓶误差在5~10瓶以内,且能准确对装入残片的药瓶进行处理。
    该系统计数速度高,运行稳定,具有对残片/连片的剔除功能,受粉尘影响小,提高了电子数粒机的速度和性能,由此该系统必将有良好的市场前景。
参考文献
[1] 廉鲁.美国医药包装工业现状及我国的差距[J].中国包装工程,2005,26(3):15-16.
[2] 王庆友. 图像传感器应用技术[M]. 电子工业出版社,北京:电子工业出版社,2003.
[3] TOSHIBA Corp. TCD1209D datasheet[S]. 1999.
[4] 项大鹏,杨江,杨建.基于CPLD的线阵CCD驱动时序电路设计[J].大地测量与地球动力学,2010,30(2):123-125.

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