1 前言
随着卷烟助燃剂的应用，卷烟纸燃烧速率随之加快，容易使卷烟燃烧锥堆积，同时由于叶组配方与烟丝结构变化，使得卷烟燃烧过程中一旦受到外部弹力更加容易出现燃烧锥脱落的现象，而且脱落的燃烧锥可能烧坏衣物，甚至引发火灾，严重影响消费者的抽吸体验和对该品牌卷烟的认可度。燃烧锥落头是指卷烟燃吸或弹烟过程中发生燃烧锥脱落或明显歪斜等现象［1]，研究哪些因素导致了卷烟燃烧锥脱落以及如何高效地进行燃烧锥落头性能检测日益得到卷烟企业的重视。Gao等通过对比分析消费者敲烟和弹烟两种行为 [2]，发现这两种施力方式对燃烧锥脱落影响程度明显不同。喻赛波等人分别研究了卷烟烟支单支质量、卷烟纸助燃剂含量、烟丝含水率和烟丝中梗签含量4个因素对细支卷烟燃烧锥落头倾向的影响规律，发现其影响效果为单支质量>助燃剂含量>烟丝含水率>梗签含量[3]。韩璐等人通过搭建临时试验台的方式，研究了不同卷烟纸成分对燃烧锥落头的影响，发现卷烟纸最优参数组合为透气度50 CU,定量34 g·m-2,助燃剂中钾盐占比50%,助燃剂质量分数1. 5%[4]。随着《卷烟燃烧锥落头倾向的测试》[5]行业标准的落实，为卷烟燃烧锥落头检测设备设计及发展提供了方法和技术支持。根据该标准设计一种卷烟燃烧锥落头自动测试仪器，替代临时搭建测试台，可保证测试结果的精准度和高效性。
MVVM模式可以实现视图（View）与模型（Model）完全剥离，使开发人员能够专注于自己的开发任务，而且同一个ViewModel可以绑定多个View大大提升代码利用率 [6]。梁文婧等人基于MVVM模式设计的中国科技云门户管理系统为很好的适应了中国科技云日益变化的需求及安全要求[7]。开发一款基于 MVVM 模式的卷烟燃烧锥落头自动测试仪上位机系统既能为用户提供简洁便利的用户界面，又能便于后续维护和满足客户需求变化。
2系统设计
为确保卷烟燃烧锥落头自动测试仪上位机系统具备稳健性、易用性和可维护性等特点，在软件设计之初进行了全面的详细规划。该系统的最终目标是以上位机为主控实现对执行机构控制、数据获取存储、故障处理及结果展示。为了实现该目标，系统采用了界面与业务逻辑分离的设计模式，利用MVVM模式实现视图（View）与模型(Model)的解耦，通过路由来切换展示界面，并实现UI的刷新，如下图所示（图1）。这样的设计有助于提高系统的灵活性和可扩展性，降低了对UI的依赖性，同时也方便后续的维护和升级工作。
图1 MVVM实现
每个页面都由View、Model和ViewModel三个部分组成。View层负责界面的设计，包括布局、样式和交互元素的展示。ViewModel层负责数据的调配和处理，将数据从Model层获取并加工后传递给View层展示。Model层负责处理数据的逻辑和操作，提供数据的获取、修改和存储等功能。通过通知机制，ViewModel能够及时与View进行交互，并根据数据的变化引发相应的界面变化。在开发过程中，为了提高效率和一致性，UI部分的基础组件选用了控件库提供的控件，以便快速搭建和定制界面。系统布置如下图2。
图2 系统部署
3 控制逻辑
控制逻辑采用多线程方式，通过modbus、SLMP、TCP/IP等协议交互动作信息，实现设备自动测量。线程分布如图3所示。
接烟盘采用转盘式结构，转盘上均布8个烟支夹持器，以转盘原点为起点开始统计，第一个夹持器位置布置上烟执行单元，第四个夹持器位置布置抽吸及点烟执行单元，第五个夹持器位置布置弹烟执行单元，第六个夹持器位置布置图像采集和拔烟执行单元。根据结构布局和执行动作类型，将转盘旋转、上烟动作、点烟动作、抽吸动作、拍照动作以及拔烟动作分别置于6个不同子线程中，通过控制子线程的运行与停止来控制设备的执行机构。工控机与控制板间的通讯协议为Modbus协议，工控机与PLC之间的通讯协议是SLMP协议[8]，工控机与相机之间的通讯协议是以太网TCP/IP协议，工控机与光源之间的通讯协议是串口通信。 
图3 上位机逻辑控制架构
上位机控制程序为系统主控，工作包括：用户选择测试参数并开始测量；协调控制板、PLC、相机完成上烟、点烟、抽吸、弹烟以及图像处理；获取并保存测量信息数据；绘制展示测试结果。主控系统的控制流程如下：
图4 控制流程图
4 图像处理算法
对原始图像进行灰度化处理，调用cvSmooth函数进行中值滤波处理，去除噪声，然后进行图像分割和特征提取，这里主要是提取出燃烧锥，依据燃烧锥的形态判断是否落头。
落头判断内容：检测是否存在燃烧锥区域，若未包含燃烧锥区域则判断燃烧锥掉落，否者执行后续处理。检测炭线的宽度，若炭线超出阈值（即燃烧锥与烟支分离较大但未脱落），则判定未落头。检测燃烧锥长度，若燃烧锥长度小于阈值（燃烧锥完全脱落），则判定为落头。
5 数据存储及人机界面
上位机软件系统人机界面主要包含主界面、参数配置界面、批次查询界面、曲线查询界面、故障信息查询界面以及调试界面，图5对应人机界面主界面。数据存储采用SQLite，分别创建Camera、PLC、ControlBoard、System4个数据库，其中System数据库主要用于存储品牌信息、抽吸信息、弹烟信息；Camera主要用于存储测试结果、相机的故障信息、相机状态信息；PLC主要用于存储PLC运行状态信息和PLC故障信息；ControlBoard主要用于存储工控板运行状态信息和工控板故障信息；上述所有内容均按创建表格的形式实现。
图5 主界面
6 结语
卷烟燃烧锥落头倾向测量仪采用基于MVVM架构的上位机系统设计，以上位机做为测量仪主控，实现了自动上烟、自动点烟、自动检测、自动拔烟、烟蒂自动收集等功能，实现了对卷烟燃烧锥特征提取和测试数据汇总存储，实现了数据曲线查看和抽吸口数、燃烧锥长度、已燃烧长度以及落头信息显示，方便客户使用和查询，提升测试效率。该方法将应用的UI以及基础表示和业务逻辑剥离，使程序更易测试、维护和升级。
[1] 卷烟燃烧锥落头倾向测试装置的设计. 桑瑶烁;张明建;洪流;徐振宇;张龙;张翼;李志刚;李斌.烟草科技,2019
[2] Gao L Y，Zhang Y，Hong L，et al. Observation and measurement of smokers’ash removal behavior in China ［J］. Beiträge zur Tabakforschung International/ Contributions to Tobacco Research，2018，28（1）：42-50.
[3] 细支卷烟燃烧锥落头倾向的影响因素. 喻赛波;谭超;王诗太;赵瑜;伍毅子;范红梅;李克;谭海风;刘琦;陈潜;金勇.烟草科技,2020
[4] 卷烟纸参数对细支卷烟燃烧锥落头倾向的影响. 韩路;田海英;楚文娟;李耀光;高明奇;郝辉;李国政;曹珂;付瑜峰.轻工学报,2020
[5] YC/T 558-2018 卷烟燃烧锥落头倾向的测试［S］.
[6] 高照.基于MVVM模式的协同工作平台的设计与实现 [D].北京邮电大学,2020.
[7]梁文婧,张宏海,张蕾蕾,王妍.基于MVVM模式的中国科技云门户管理系统的设计与实现[J].数据与计算发展前沿,2022,4(02):99-108.
[8] 侯玉宝.三菱Q系列PLC从入门到精通【M】.北京：中国电力出版社，2017.