测纸方案都一样，200张与60张的区别只在细微之处

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我们是来自苏州大学的庄悦、杨泰铭、赵文翔，在2019年电赛中选择F题，并有幸获得国一。感谢苏大电子信息学院副院长陈小平教授向达尔闻Momo推荐了我们，让我们在比赛后，对自己的作品进行深刻的复盘，同时也希望我们的一些经验能够帮助更多的同学。（下拉文末有STM32开发板抽奖活动）

以下是我们作品的演示视频：

与测200张的方案对比，差距在哪里

在分享我们的方案前，看到达尔闻已经分享过3篇关于F题的解析，最好的参赛作品能够测到200多张（200张方案解析），而我们的作品只能准确测到六十张，校准过程也比较繁琐。经过我们仔细讨论后，差距分析如下：

极板结构的设计还有改进空间。两块极板之间的相对位置会因操作问题有细微的变化，不能保证完全的正对。校准和测量的位置差异会使作品精确度降低。

数据处理方式较为单一。我们使用的是区间测量法，在纸张数量小余四十张时，FDC2214的通道值数值变化比较明显，但因为数据变化的非线性，纸张数越多，就要求作品有一个较稳定的测量环境，抗干扰能力较弱，若对数据做一些处理再与纸张数建立联系，效果会有所改善。

抗干扰措施做的不够完善。校准过程由于是逐张校验，意味着人为的不可控干扰会提高，例如人站的位置，放纸的情况，按键的动作等等都会影响测量的结果。

系统硬件方案组成

纸张计数显示装置主要由STM32 单片机模块、平行极板、FDC2214 电容传感模块、LCD显示模块组成。

当平行极板中放入不同的纸张数目时，传感器的电容值会发生变化，将测量到的数据发送到控制器STM32进行记录处理，实现自校准和纸张测量的功能。LCD显示模块和按键可实时交互，按键实现自校准模式和测量模式的切换，LCD显示校准和测试结果。

STM32 单片机模块：核心处理器，在设计中用到了IIC接口模块、定时器、LCD显示模块、按键模块等。（下拉文末有STM32开发板抽奖活动）

FDC2214传感器：LC 谐振电路原理的电容检测传感器。

平行极板结构：两块极板的长度大于A4纸的宽度，极板宽度为70mm，且极板两端各加工出两个固定孔，用于固定两板以保持覆铜部分正对面积恒定。极板的一面加工出边长 50mm±1mm 的正方形覆铜板，另一面有用于焊接导线 a、b 的过孔焊盘。调试过程中保持两板平行，放入纸张后用固定重物压紧后再测试，此方法可保证纸张间没有空隙，保证测量精确度。

硬件模块调试：FDC2214模块的SCK和SDA引脚分别与STM32的PB10、PB11连接完成通信工作，VDD接口3.3V，GND接地，芯片其余非测量接口均悬空，芯片外围电路的LC振荡模块使用的是18uH的电感和33pF的电容，两块金属铜板分别连接50cm的导线接在测量端口两端，STM32中的程序能实现读取测量值的功能。

系统软件设计与测试

我们准备两个测试方案，一是区间测量，二是函数拟合方式。区间测量方式将获得的FDC2214传感器模块的数据值与数据值区间比对，将对应的纸张数量打印在LCD指定位置上。同时可以用按键对五十以上的张数对应基准值进行三次函数拟合预置替换；除此之外准备了备用的快速校验功能，通过读取十张，二十张，三十张，四十张，五十张纸对应的通道值，快速拟合产生结果。

软件工程流程图：

在自校验模式中，读入不同纸张的厚度，FDC2214传感器模块会向STM32输入不同的数据值，取该数据值一秒内的平均值读入单片机中，作为对应纸张数量的基准值。完成自校验后，装置参考整个基准值数组，再给定不同纸张厚度对应的数据值区间。

关键模块程序：

case KEY1_PRES:  //控制LED1翻转   
          {  if(judge){                       //测量模式
          LCD_ShowString(10,150,200,16,16,"number of paper:");  
for(tempt=0;(tempt<=59&&now);tempt++)
                   {  
if (x[tempt]<=ChValue[2]&&ChValue[2]<=s[tempt])
                      {LCD_ShowxNum(155,150,tempt+1,2,16,0);
                        LCD_ShowxNum(85,270,x[tempt],9,16,0);
                        LCD_ShowxNum(85,290,s[tempt],9,16,0);
                        now=0;}
                      }                          
          
          now=1;
          BEEP=!BEEP;
            delay_ms(250);
          BEEP=!BEEP;
        }
          
if(judge==0)                             //校验模式
          {tempt=0;
            xx[0]=ChValue[2];
            ss[0]=ChValue[2];
for(;tempt<30;tempt++)
            {   delay_ms(50);  
if(  ChValue[2]<xx[0])
              {  xx[0]=ChValue[2];
              }
if(ChValue[2]>ss[0])
              {ss[0]=ChValue[2];
              }    
            xx[1]+=ChValue[2]  ;                
            }
                        fs=xx[1]-(xx[0]+ss[0]);
            fs/=28;
                                           
          LCD_ShowString(10,170,200,16,16,"        now is rocord:");
          LCD_ShowString(10,190,200,16,16,"now is successful rocord:");
          s[round]=1.1*fs;
          x[round]=0.9*fs;
          LCD_ShowxNum(210,190,round++,2,16,0);
          LCD_ShowxNum(185,170,round,2,16,0);
          LCD_ShowxNum(85,230,fs,9,16,0);
            xx[1]=0;
if(round-1)
             {
              save=(s[round-2]+x[round-1]);
              save/=2;
              s[round-2]=save-1;
              x[round-1]=save;            
             }
          }
        }
break;

函数拟合结果：

考虑到不同的环境会带来测量上的差异，我们在程序上的设计有10%的余量，虽然数值不同，但是通道值随纸张数目的变化趋势会在拟合函数中得到体现，这也是我们能够实现校验次数小而测量结果比较精确的原因。

为了提高测量精度，我们选择了区间测量方法。在处理区间上下界的时候，考虑到电容值的增长随极板间距增大会变缓慢。设计算法时考虑到这一点，让区间的下界取的偏大，而不是简单的二分。例如20张纸对应通道值200,21张纸对应通道值210的话。由于电容和张数成倒数关系，20.5张纸对应的通道值必然大于205。所以可以让电容值大于206的结果才归于21张，而不是205。

赛后感想

此次参加电赛，最想感谢的就是我们学院、指导老师和实验室同学为我们提供的帮助。

我们准备的是电源类的题目，但没想到今年与电源有关的A题是没有接触过的，所以临时决定尝试F题。虽然刚开始有点乱了阵脚，但是好在我们赛前的培训学习打了比较好的知识基础。

在综合测评中，基本的实现原理在《模拟电子线路》中都有过接触，在比赛前期我们完成过大部分电路的焊接与测试，所以较为顺利地通过了这一关。

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END

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