纸张计数装置：测多少张不重要，关键是准确！（源码开源）

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我们是来自中国民航大学的参赛队员（胡冀威王启鑫 莫浩杰），在2019全国电赛F题中取得国一的成绩，在此分享我们的作品，感谢达尔闻邀约。

作品的源码可以在“达尔闻说”公众号，回复：F题代码，即可获得。

我们的作品应用FDC2214电容传感器芯片测量电容值所用的LC谐振原理，采用矩阵压缩拟合算法和中值平均滤波算法，设计并制作一套应用电容传感器FDC2214计量纸张的系统。系统主要由STM32F407处理器及其最小系统、FDC2214电容传感器芯片及其外围电路、二线制平行电容极板及其固定结构构成。

赛前准备与赛题选择

赛前准备：我们组一开始准备时就准备的控制类，也做了往年的一些真题，比如风力摆、板球控制系统等等，也准备了单片机控制板，电机驱动板等常用的模块。8月1日清单公布后至7日赛题公布之前，我们组参照网上的一些赛题预测与自己的想法来准备了一些器件，按照控制类的惯例买了云台、小车…，怎么说呢？

赛题公布后：赛题公布后一直有人吐槽今年的出题，感觉今年没了控制类和电源类，反正我们学校电源组的同学都惊呆了。经过简单讨论后我们组先选了3道题：A题、F题、H题；我的队友去年做的是无线充电小车，被无线充电的谐振坑惨了，直接就说不考虑无线充电了；电磁炮的话我以前稍有了解，感觉太危险就没有考虑；就只剩下F题了。

仔细读题后感觉这题和2018年的手势识别题很像，只不过要求变高了，要求极板大小50mm，线长500mm。找了块FDC2214的板子接上极板后放几张纸测试了下，数据变化还挺大的，方案基本可行，便确定了题目。

作品硬件组成

STM32主控板：系统的总控制器，采用STM32F407VGT6单片机，上面集成了常用的按键和OLED显示屏。

FDC2214传感器板：

极板：极板粘贴在上层的亚克力板和下层的纤维板上，为了保证极板的突出不会让纸张产生形变，周围贴了一圈垫片用来把纸张垫起来。垫片就是将极板上的铜层腐蚀掉后做成的。极板通过屏蔽线连接FDC2214的IN0A、IN0B。

显示屏：主控板上面自带的显示屏太小了，不方便评委老师查看测试结果，用了一块串口屏来显示测试结果。

软件代码（开源）

FDC2214传感器配置：根据数据手册上的说明得知，当传感器配置为差分模式时，具有更高的灵敏度，因此在程序上将传感器配置为差分模式。为了能测量更多的纸张数量，将传感器配置为全电流模式，增强驱动力。

/*!
 *  @brief      FDC2214初始化函数
 *  @return     1：成功；0：失败
 *  @since      v1.0
 *  Sample usage:       FDC2214_Init();
 */
uint8_t FDC2214_Init(void)
{
    uint16_t deviceID = 0;

    deviceID = FDC2214_Read16(FDC2214_Addr, FDC2214_DEVICE_ID); //读器件ID

    if (deviceID == FDC2214_ID)
    {
        FDC2214_Reset();
        FDC2214_SetRcount(FDC2214_Channel_0, 600);                                     //600 cycles 转换周期
        FDC2214_SetSettleCount(FDC2214_Channel_0, 200);                                //200 cycles 等待时间
        FDC2214_SetChannelClock(FDC2214_Channel_0, 2, 1);                              //设置时钟分频，1分频，40MHz
        FDC2214_SetActiveChannel(FDC2214_Channel_0);                                   //开启通道0
        FDC2214_SetCurrentMode(0);                                                     //全电流激活模式
        FDC2214_SetClockSource(1);                                                     //外部时钟源
        FDC2214_SetHighCurrentMode(1);                                                 //高电流传感器驱动
        FDC2214_SetMUX_CONFIG(0, FDC2214_Channel_Sequence_0_1, FDC2214_Bandwidth_10M); //关闭自动扫描，10MHz带宽
        FDC2214_SetSleepMode(0);                                                       //退出睡眠状态，开始工作
        return 1;
    }

    return 0;
}

纸张数的计算：DealData_BaseData是一个数组，记录了不同纸张数的FDC2214读数，比如DealData_BaseData[0]记录的是1张纸的FDC2214读数、DealData_BaseData[1]记录的是22张纸的FDC2214读数，以此类推。通过计算当前读数与基准值的误差，然后进行排序，最小的即为最接近的纸张数。

static int cmpfunc(const void *a, const void *b)
{
    return ((dealData *)a)->error - ((dealData *)b)->error;
}

//计算纸张数
uint16_t DealData_Calculate(void)
{
    uint32_t dataTemp = 0;
    dataTemp = FDC2214_Data;//缓存FDC2214数据
    DealData_Init(0);
    for (uint16_t i = 0; i < PAPER_COUNT; i++)
    {
        DealData_ErrorData[i].error = fabs((double)((int32_t)dataTemp - (int32_t)DealData_BaseData[i]));//记录当前值与存储基准值的误差
    }
    qsort(DealData_ErrorData, PAPER_COUNT, sizeof(dealData), cmpfunc);//将误差从小到大快速排序

    return DealData_ErrorData[0].index;//返回最小值，及最接近的值
}

自校准程序：因为采用对数函数进行拟合y=A*ln(x)+B，需要计算出2个参数A、B，采用矩阵来计算这两个参数，这样的优点是可以输入多个已知数来进行计算，提高准确度。矩阵运算库采用的是CMSIS-DSP库。计算后得出A、B两个参数，将这两个参数带入y=A*ln(x)+B中，计算出当纸张数为X时的理论FDC2214读数，然后将这个数填入DealData_BaseData作为基准值。

自校准程序以及作品的全部程序，可以在“达尔闻说”公众号，回复：F题代码，即可获得。

写在最后，一些建议

• 一定要找好队友，不一定要那种特别强，但也尽量别找基础比较弱的，3个人要配合好，别都到了测评现场还在吵架。

• 单片机就不用多说了，TI的、ST的都行，找一款自己用得最熟的。把常用的程序模块化，比如ADC、PWM、定时器、OLED显示等等。用的时候直接复制过来用，可以节约很多时间。
• 程序上尽量有一个可以调参数的菜单，这样可以脱机调参数，而不必每次都连电脑改参数了。菜单推荐GitHub上一个开源的OLED菜单SOLGUI，用起来也比较方便。https://github.com/MaxwellXyao/SOLGUI_V2
• 常用的模块还是要多备点，能自己做的尽量自己做，避免出现2018年TI杯省赛那样要求在板子上打上序列号。

END达尔闻 TI杯及国一优秀作品方案解析系列
C题线路负载及故障检测装置（湖南理工学院）F题测多少张纸才能获得国一？（上海海事大学）H题国一电磁炮打靶，做过才知道多心酸(河北地质大学)B题轴距仅210mm的四旋翼有多稳（上海大学）D题简易放大器电路特性仪，拿国一不简易（南京邮电大学）F题纸张计数精准测量出200张纸？！（湖南师范大学）A题无线充电小车，车小能量大（南京邮电大学）A题小车充电一分钟，到底能跑多远（西北大学）达尔闻 2019年电赛培训及猜题，采访集锦国奖出炉！竞赛获奖名单，戳这里>>
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