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纸张计数显示装置😄

1、简介✏

纸张计数显示装置基于RT-Thread实时操作系统，硬件平台采用STM32F407单片机为主控制器，以具有抗电磁干扰（EMI）架构的FDC2214模块作为电容采集传感器，通过屏蔽双绞线连接至两铜极板，读取采集的数据并进行相应判断，应用触摸屏和语音模块进行状态显示与播报。FDC2214模块将采集到的数据通过IIC协议传输给主控制器，主控制器对原始数据进行卡尔曼滤波，抑制噪声对数据采集的影响。校准模式下，本系统利用最大隶属度法，确定电容模拟值及纸张数的论域，定义模糊子集和隶属函数，建立模糊规则控制表，求得模糊控制查询表。其根据采集到的两极板的数据，做出短路判断并读取多组实时数据，将其与模拟区间进行归类，选取最大可能性区间作为期望值，减小最终判断的差错率。

成果：在校准好后，50张以下100%正确

配置参数	主控制器	配置参数	主传感器
芯片型号	STM32F407ZGT6	芯片型号	FCD2214
CPU	32位 Cortex-M4(ARMv7)	分辨率	28位
主频	168MHz	通道数	4
RAM	192KB	接口	I2C
外存	1MB(FLASH)	最高输出速率	4.08ksps
单元	FPU、DSP	特性	抗电磁干扰(EMI)

系统结构简图：

2、目录说明🔖

STM32F407控制程序在：

+——2019-Electronic-Design-Competition
|---+ software:【软件设计】
|       ├──README.md
|       ├──rt-thread-master
|            └──bsp
|               └──stm32f407【控制程序】
|                  └──project.uvprojx【Keil5工程】
|---- ...

目录名	描述
2019电赛题目	2019年电赛A-H题题目及器件清单
docs	数据手册、设计图片、参考文献及设计文档
hardware	FDC2214、核心板原理图及PCB
hmi	串口屏幕设计UI及交互程序
matlab	matlab函数拟合及Kalman
mechanical	机械结构设计
others	一些关于电赛前的准备
software	纸张计数显示装置STM32程序
综合测评	综合测评题目及Multisim电路仿真

3、机械结构🔨

3维模型
实物图

4、软件说明💻

应用线程总体分为：

1.简单设备运行线程
- LED
- OLED
- Buzzer
- Flash
2.主测量应用线程
- HMI屏幕交互
- FD2214数据获取与转换
- 语音模块交互
3.系统监控线程
- Watch Dog🐕

5、硬件结构🛰

Controller PCB 3D

核心板(Core Controller)拥有外设：

外设名称	RGB LED	Key	Buzzer	Dial Switch	FCD2214	USART HMI	OLED	W25Q128	Voltage Detection	Current Detection	Zigbee	JY901	USR-C216	CP2102
控制(通讯)方式	GPIO	GPIO	GPIO	GPIO	I2C	USART	SPI	SPI	ADC	ADC	USART	USART	USART	USART
功能描述	指示灯	按键	蜂鸣器	拨码开关	电容传感器	串口触摸屏	显示屏	闪存芯片	电压检测	电流检测	2.4G无线通信	九轴	WiFi模块	串口转USB

整体实物图

6、交互界面🖼

电脑调试时的交互界面展示：

7、测试数据分析📊

(1)
保持测试环境不变，采集50个样本，通过MATLAB拟合出纸张页数与传感器原始数据的曲线关系，如图4-2所示。

拟合曲线

图4-2 纸张页数与模拟量的拟合函数关系图

(2) 根据(1)中采集的50个样本，确定电容模拟值及纸张数的论域，划分模糊子集，如表4-1
所示。

表4-1页数与模拟量区间对应表

页数/张	对应模拟量区间	页数/张	对应模拟量区间
1	[1680.00,1345.34]	6	[682.48,633.84]
2	[1345.34,1013.26]	7	[633.84,598.03]
3	[1013.26,845.12]	8	[598.03,569.46]
4	[845.12,748.79]	9	[569.46,546.28]
5	[748.79,682.48]	10	[546.28,529.16]