以下是F題的另外一組分享：復(fù)測(cè)此組別的第一名！我們來(lái)自湖南師范大學(xué)（專業(yè)：應(yīng)用電子技術(shù)）的參賽隊(duì)伍，在2019年電賽中獲得F題國(guó)一，復(fù)測(cè)測(cè)到135張，很高興受達(dá)爾聞邀請(qǐng)來(lái)給大家分享。

視頻是實(shí)驗(yàn)室無(wú)干擾環(huán)境下拍攝（測(cè)到200張）

4天3晚，我們?cè)趺炊冗^(guò)的？Day1：綜合分析了一下， F題測(cè)紙張數(shù)量和電磁炮的工作量可能是比較小的，但是對(duì)于電磁炮，我們沒(méi)有準(zhǔn)備相應(yīng)元器件，最初是打算選擇做D題三極管特性測(cè)試儀，經(jīng)過(guò)近2個(gè)小時(shí)的仿真驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)工作量太大，就放棄了D題，雖然容易獲得分?jǐn)?shù)，但是很難做到高分，最終破釜沉舟的確認(rèn)選擇F題。經(jīng)過(guò)整個(gè)白天都未找到測(cè)試方案，一直在使用RLC測(cè)試儀測(cè)試不同紙張時(shí)的電容規(guī)律。在晚上，大概九點(diǎn)多，想到了RC分壓檢測(cè)電壓變化，識(shí)別紙張數(shù)，在此時(shí)嘗試用555搭建了RC振蕩器，到大概凌晨2點(diǎn)多時(shí)，完成了程序編寫(xiě)，通過(guò)STM32的ADC抓取10kHz時(shí)“電容”或者電阻端的電壓峰值，以此峰值的識(shí)別紙張數(shù)，其結(jié)果不太理想。用示波器檢測(cè)被測(cè)電壓波形時(shí)，紙張數(shù)的變化會(huì)造成振蕩頻率的明顯變化。Day2：驗(yàn)證測(cè)頻的可靠性，這是第二天我們所做的事情。初步做到了60張左右，可靠性較高。Day3&4: 優(yōu)化極板結(jié)構(gòu)，電路穩(wěn)定性及抗干擾性優(yōu)化以及軟件優(yōu)化，最后確定作品實(shí)體，完成作品制作，然后訓(xùn)練操作流程，提高操作效率及穩(wěn)定性。該說(shuō)的就基本講完了，比較隨意的放置紙張測(cè)試時(shí)，本裝置的能測(cè)的準(zhǔn)確紙張數(shù)在120張左右，在我們規(guī)范的操作下可以做到200張（只做了200的量程），據(jù)推測(cè)，在電磁環(huán)境極好的環(huán)境下應(yīng)該可以做到300到400張左右（頻率的變化曲線呈現(xiàn)為遞增型指數(shù)函數(shù)）。軟硬件方案分享本次設(shè)計(jì)制做的紙張計(jì)數(shù)顯示裝置由兩塊平行極板（極板 A、極板B）分別通過(guò)導(dǎo)線 a 和導(dǎo)線 b 連接到測(cè)量顯示電路，裝置可測(cè)量并顯示置于極板 A 與極板 B 之間的紙張數(shù)量。

硬件部分：

1）極板加緊固定裝置的論證與選擇

根據(jù)題目給定說(shuō)明和要求可知，極板 A與極板B是需要相互平行且?jiàn)A緊的，因此初步得到以下兩種方式。

方案一：采用夾子的方式將兩塊極板進(jìn)行夾緊。這種方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制做方便，使用靈活。但是存在諸多不足，如：極板之間受力不均勻、夾子容易松動(dòng)、極板相對(duì)面不固定等因素都會(huì)影響等效電容的大小，造成測(cè)量出現(xiàn)誤差。

方案二：用放置重物壓緊，四周打定位孔用螺栓插入，使其相對(duì)面積基本保持不變。這種方式制做稍微繁瑣，但兩個(gè)極板之間的受力較為均勻，調(diào)試方便，穩(wěn)定性較好。

上述兩個(gè)方案通過(guò)實(shí)際的比較之后，發(fā)現(xiàn)方案一存在諸多的缺陷，如兩級(jí)板之間相對(duì)面積難以保證，夾子受力不均勻，難以很好的壓合極板，且?jiàn)A子通過(guò)多次的夾取紙張，夾力會(huì)減弱。而方案二便沒(méi)有這些問(wèn)題，最后選擇方案二來(lái)做本次設(shè)計(jì)。

2）測(cè)量方案的論證與選擇

方案一：振蕩器頻率測(cè)量法。采用TI公司的NE555芯片搭建成多諧振蕩電路，將原本C1起振電容用A、B兩塊極板代替，那么NE555的3腳輸出的振蕩頻率將會(huì)隨著極板電容容量的變換而變化，通過(guò)單片機(jī)測(cè)量該頻率，經(jīng)過(guò)多次數(shù)據(jù)的校驗(yàn)就可以完成對(duì)紙張的測(cè)量。

方案二：FDC2214電容測(cè)量芯片。使用TI公司生產(chǎn)的FDC2214完成本次設(shè)計(jì)。這是一塊高分辨率、高速，電容-數(shù)字轉(zhuǎn)換器。芯片的激勵(lì)頻率可從10 kHz至10 MHz，分辨率高達(dá)28位，完全可以滿足本次設(shè)計(jì)所需。芯片通過(guò)I^C通訊協(xié)議與單片機(jī)完成數(shù)據(jù)交換，因而使用方便接線簡(jiǎn)單。

上述二個(gè)方案中，方案一雖然簡(jiǎn)單但是存在不足，如：分壓電阻不夠精密，制做的激勵(lì)源產(chǎn)生的信號(hào)頻率、幅度都難以穩(wěn)定；而且發(fā)出交流信號(hào)，單片機(jī)存在采樣不完整的缺陷。

方案二，雖然電路結(jié)構(gòu)、原理都較為簡(jiǎn)單，但是其輸出的信號(hào)是TTL信號(hào)，頻率和幅度都較為穩(wěn)定，反應(yīng)測(cè)量極板電容量變化的特征是頻率一個(gè)參數(shù)，因而便于分析和程序的編寫(xiě)。不足之處就是NE555的工作范圍有一定的頻率限制，網(wǎng)站查閱資料后可知該器件最高工作頻率為500KHz。

方案二中FDC2X1X系列芯片因靈敏度和分辨率都較高，因而這個(gè)方案存在外界干擾和電源干擾的問(wèn)題，而且激勵(lì)頻率過(guò)高時(shí)，在500mm長(zhǎng)的線長(zhǎng)都會(huì)受到較強(qiáng)的電磁干擾，且制做本次設(shè)計(jì)的條件有限，無(wú)法增加屏蔽罩、屏蔽網(wǎng)或其余的看干擾方式。

綜上所述決定選擇方案一。

3）主控芯片的選用

方案一：使用Arduino系列的Mage2560。

Mage2560是Arduino系列AVRATmega的8位單片機(jī)，處理核心是ATmega2560，具有54路數(shù)字輸入/輸出口，同時(shí)具有15路10位AD模擬輸入口，4路UART接口，使用16MHz晶振作為輸入工作時(shí)鐘，處理速度為8MHz。

方案二：使用ST公司的STM32F103

STM32系列是一款基于Cortex-M3內(nèi)核的中低端的32位ARM微控制器，最高工作頻率可達(dá)72MHz。內(nèi)部帶有豐富的高速、高精度的定時(shí)器，將其時(shí)鐘源配置為外部時(shí)鐘，就可以對(duì)外部脈沖信號(hào)進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)，還帶有單周期乘法和硬件除法。

方案三：使用高精度浮點(diǎn)型DSP

DSP具有高速實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)處理能力，擅長(zhǎng)復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理，而電容從放電規(guī)律呈現(xiàn)出指數(shù)函數(shù)變化規(guī)律，由此可以推知由于電容改變而改變的振蕩頻率的變化規(guī)律也應(yīng)該遵循這種類似的指數(shù)變化規(guī)律，浮點(diǎn)型DSP具有指數(shù)運(yùn)算能力。（利用MATABLE數(shù)據(jù)擬合確定函數(shù)模型）

注：本人不太會(huì)使用浮點(diǎn)型DSP，所以舍棄了DSP這種最優(yōu)的主控方案。

綜上方案， Mage2560其處理速度還是定時(shí)器采樣速度、精度都遠(yuǎn)低于STM32，為了保證系統(tǒng)的測(cè)量的精度和題目所限制的時(shí)間，決定選用方案二。

硬件部分電路組成

軟件部分：

本題，我們的核心是檢測(cè)RC振蕩頻率。通過(guò)不同紙張數(shù)所對(duì)應(yīng)的不同容值，RC振蕩器產(chǎn)生不同的頻率，根據(jù)頻率變化規(guī)律，確定紙張數(shù)。

關(guān)鍵部分就是先做一個(gè)較高精度的頻率計(jì)。具體實(shí)現(xiàn)方法就不多說(shuō)，畢竟大家都是大佬！

自校準(zhǔn)的完成：通過(guò)對(duì)每一張紙的頻率進(jìn)行準(zhǔn)確記錄，生成一張校驗(yàn)表，表的序號(hào)加1即為紙張數(shù)；

一鍵測(cè)量：記錄當(dāng)前所測(cè)紙張的頻率值，再與校驗(yàn)表比對(duì)，通過(guò)做差求絕對(duì)值的方法來(lái)確定當(dāng)前頻率所對(duì)應(yīng)的紙張數(shù)，按照題目要求打印輸出即可；

這里就已經(jīng)基本完成了程序設(shè)計(jì)，但是為了在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)測(cè)試較多的紙張數(shù)，在此基礎(chǔ)上添加了校驗(yàn)數(shù)據(jù)掉電保持功能和校驗(yàn)數(shù)據(jù)修改功能，在測(cè)試前確認(rèn)以前的校驗(yàn)數(shù)據(jù)是否還有效，如果有效，就將不再修改校驗(yàn)數(shù)據(jù)，否則，修改不正常的校驗(yàn)數(shù)據(jù)，具體實(shí)現(xiàn)——簡(jiǎn)單的內(nèi)部FLASH存儲(chǔ)讀寫(xiě)操作，這里也就不說(shuō)了。簡(jiǎn)單的流程如下：

總結(jié)

1、合理規(guī)劃、注意時(shí)間的高效利用；

2、合理分工，軟硬件本屬于一體，軟、硬件多多交流；

3、電路上電前一定要做短路檢測(cè)，防止損壞電路；

4、檢測(cè)電路中特殊點(diǎn)的阻值，習(xí)慣于以此預(yù)測(cè)并防止電路產(chǎn)生重大故障。

---

推薦閱讀：

學(xué)生時(shí)代，我做過(guò)最有價(jià)值的事情是什么？

//end

大家好，我是張巧龍，一名電子技術(shù)愛(ài)好者，會(huì)寫(xiě)一些關(guān)于硬件與軟件結(jié)合的技術(shù)文章。

若覺(jué)得文章對(duì)你有幫助，轉(zhuǎn)發(fā)分享，也是我們繼續(xù)更新的動(dòng)力。

關(guān)注下方公眾號(hào)，后臺(tái)回復(fù)：更多資源。

送你一份學(xué)習(xí)資源大禮包~

長(zhǎng)按識(shí)別圖中二維碼關(guān)注

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的方案解析：纸张计数精准测量出200张纸？！第1名妥妥的的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

如果覺(jué)得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯(cuò)，歡迎將生活随笔推薦給好友。