2019年F题:纸张计数显示装置+496874A

4个月前

简介:2019年电子设计大赛F题,通过FDC2214进行极板电容检测,并通过算法计算出纸张数。0-60张稳定测量

开源协议: GPL 3.0

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描述

作者联系方式 QQ:1010053598,源码更新至V1.3版本 4月28号重新编 项目使用立创EDA重绘,附件中包含代码,AD版PCB,以及参考论文。算法很简单主要是函数拟合及滤波算法, 2019年电子设计大赛F题,通过FDC2214进行极板电容检测,并通过算法计算出纸张数。0-60张稳定测量 演示链接:https://www.bilibili.com/video/BV1Qf4y1s7Cz/

题目分析

2019年的纸张计数装置原理上与2018年的手势检测是同一类型,都是通过平行极板的电容值反应极板间距变化或者电介质变化。 题目上有几个需要注意的点 1、极板形状为50mm±1 mm 的正方形。 2、极板导线长度为500mm±5mm。 3、有短路检测功能 4、一键启动测量5s内给出结果。

设计思路

系统框图: 图片1.png

FDC2214采集极板间电容值通过STM32进行分析处理后在OLED上进行相应显示

h项目使用立创EDA重绘,附件中包含代码,AD版PCB,以及参考论文。算法很简单主要是函数拟合以及滤波算法, 2019年电子设计大赛F题,通过FDC2214进行极板电容 检测,并通过算法计算出纸张数。0-60张稳定测量 实物图:   题目分析 2019年的纸张计数装置原理上与2018年的手势检测是同一类型,都是通过平行极板的电容值反应极板间距变化或者电介质变化。 题目上有几个需要注意的点 1、极板形状为50mm±1 mm 的正方形。 2、极板导线长度为500mm±5mm。 3、有短路检测功能 4、一键启动测量5s内给出结果。 设计思路 系统框图: 

FDC2214采集极板间电容值通过STM32进行分析处理后在OLED上进行相应显示

原理说明

平行极板电容器公式:  根据平行极板电容器公式可以看出,在介电常数与极板正对面积不变的情况下,C与D成反比例关系。因此C与D必然可以用一个线性函数进行表达。 采集1-60张所有纸张数的电容值,用matlab进行函数拟合。

从matlab拟合结果可以看出1-30张有极佳的函数相关性。反解出函数表达式移植入程序中就可以得到不同电容值下的纸张数目 核心算法为

在校准模式下采集三个点,利用这三个点进行函数拟合。利用这个函数就可以计算出三个点范围内所有的纸张数。 在1-60张范围下因为纸张数目以及各种环境因素和机构因素的干扰,所以不可能1-60张只用三个点。本方案采用分段拟合的方式进行精度提高 1,5,10 10,15,20 20,25,30 30,35,40 40,45,50 50,55,60 在以上分段后结果准确度达到100%

实物展示

后记

2019这个题目堪称最水,FDC2214一个东西用两年。算法还是非常简单的暴力函数拟合。 1-30张很容易就可以达到,主要是30张以后随着纸张数增加相邻数目的电容差值非常的小, 所以这个时候对读数的稳定性要求非常高,校准的时候跟测量的时候相同基准点的数值不可以差超过0.3%。 针对30张以后我主要采取了以下措施 1、提升FDC2214硬件稳定性 FDC2214板卡的稳定性以及纹波处理,淘宝上那堆板子基本一点滤波处理都没有读出来的数飘的很。 2、硬件机构上严格统一 3、极片使用重物压实 将极片内纸间空气尽量挤出去,减小影响。

在经过以上处理后测量纸张数提高到了65张,65张内测量成功率为99%. PS:有没有比65张还多的大佬可以在评论区交流一下



文档

PCB_2019年F题:纸张计数显示装置+496874A

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BOM

ID Designator Footprint Quantity
1 BUZZER1 BUZ-TH_BD12.0-P7.60-D0.6-FD 1
2 C3,C6,C7,C8,C9,C12,C14,C15,C18,C22,C25 C0603 11
3 C4,C5 C0603 2
4 C10,C16 C0603 2
5 C11,C17,C21 C0603 3
6 C13,C20 CAP-SMD_L3.2-W1.6-R-RD 2
7 C19,C23 C0603 2
8 C24 C0603 1
9 C41 C0603 1
10 C42,C43,C44,C45 C0603 4
11 DE1,DE2,DE3 DEBUG PAD 3
12 H1 HDR-TH_4P-P2.54-V-F 1
13 H2 HDR-TH_4P-P2.54-V-F 1
14 L1 IND-SMD_L2.5-W2.0 1
15 L5 IND-SMD_L2.5-W2.0 1
16 LED1 LED0603_RED 1
17 P4 CONN-TH_2P-P5.00_WJ128V-5.0-2P 1
18 Q1 SOT-23_L2.9-W1.3-P1.90-LS2.4-BR 1
19 R1 R0603 1
20 R2 R0603 1
21 R3,R4,R5,R21 R0603 4
22 R6,R7,R10,R11 R0603 4
23 R8,R9,R19,R20 R0603 4
24 R12 R0603 1
25 SW1,SW2,SW3,SW4,SW5 SW-SMD_L6.0-W3.5-LS8.8 5
26 SW6 SW-SMD_SS-3235S-L3.00 1
27 U1 LQFP-64_L10.0-W10.0-P0.50-LS12.0-BL 1
28 U2 SOT-89-3_L4.5-W2.5-P1.50-LS4.2-BR 1
29 U3 QFN-16_L4.0-W4.0-P0.50-BL-EP 1
30 USBC1 USB-TYPE-C_16PIN-MALE-TYPE-C-31-M-12 1
31 X2 OSC-SMD_L5.0-W3.2 1
32 X3 OSC-SMD_4P-L3.2-W2.5-BL_SIT8008BI 1

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