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內含：
- 電賽論文
- 程序設計
- 機械結構設計
- 硬件電路設計
- 綜合測評相關設計
- 交互顯示設計
- 設計詳細說明
紙張計數顯示裝置Github倉庫說明😄
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1、簡介✏️
紙張計數顯示裝置基於RT-Thread實時操作系統，硬件平臺採用STM32F407單片機爲主控制器，以具有抗電磁干擾（EMI）架構的FDC2214模塊作爲電容採集傳感器，通過屏蔽雙絞線連接至兩銅極板，讀取採集的數據並進行相應判斷，應用觸摸屏和語音模塊進行狀態顯示與播報。FDC2214模塊將採集到的數據通過IIC協議傳輸給主控制器，主控制器對原始數據進行卡爾曼濾波，抑制噪聲對數據採集的影響。校準模式下，本系統利用最大隸屬度法，確定電容模擬值及紙張數的論域，定義模糊子集和隸屬函數，建立模糊規則控制表，求得模糊控制查詢表。其根據採集到的兩極板的數據，做出短路判斷並讀取多組實時數據，將其與模擬區間進行歸類，選取最大可能性區間作爲期望值，減小最終判斷的差錯率。
- 成果：在校準好後，50張以下
100%正確
| 配置參數 | 主控制器 | 配置參數 | 主傳感器 |
|---|---|---|---|
| 芯片型號 | STM32F407ZGT6 | 芯片型號 | FCD2214 |
| CPU | 32位 Cortex-M4(ARMv7) | 分辨率 | 28位 |
| 主頻 | 168MHz | 通道數 | 4 |
| RAM | 192KB | 接口 | I2C |
| 外存 | 1MB(FLASH) | 最高輸出速率 | 4.08ksps |
| 單元 | FPU、DSP | 特性 | 抗電磁干擾(EMI) |
- 系統結構簡圖：
2、目錄說明🔖
STM32F407控制程序在：
+——2019-Electronic-Design-Competition
|---+ software:【軟件設計】
| ├──README.md
| ├──rt-thread-master
| └──bsp
| └──stm32f407【控制程序】
| └──project.uvprojx【Keil5工程】
|---- ...
| 目錄名 | 描述 |
|---|---|
| 2019電賽題目 | 2019年電賽A-H題題目及器件清單 |
| docs | 數據手冊、設計圖片、參考文獻及設計文檔 |
| hardware | FDC2214、核心板原理圖及PCB |
| hmi | 串口屏幕設計UI及交互程序 |
| matlab | matlab函數擬合及Kalman |
| mechanical | 機械結構設計 |
| others | 一些關於電賽前的準備 |
| software | 紙張計數顯示裝置STM32程序 |
| 綜合測評 | 綜合測評題目及Multisim電路仿真 |
3、機械結構🔨
- 3維模型
- 實物圖
4、軟件說明💻
應用線程總體分爲：
-
1.簡單設備運行線程
- LED
- OLED
- Buzzer
- Flash
-
2.主測量應用線程
- HMI屏幕交互
- FD2214數據獲取與轉換
- 語音模塊交互
-
3.系統監控線程
- Watch Dog🐕
5、硬件結構🛰
- 核心板(Core Controller)擁有外設：
| 外設名稱 | RGB LED | Key | Buzzer | Dial Switch | FCD2214 | USART HMI | OLED | W25Q128 | Voltage Detection | Current Detection | Zigbee | JY901 | USR-C216 | CP2102 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 控制(通訊)方式 | GPIO | GPIO | GPIO | GPIO | I2C | USART | SPI | SPI | ADC | ADC | USART | USART | USART | USART |
| 功能描述 | 指示燈 | 按鍵 | 蜂鳴器 | 撥碼開關 | 電容傳感器 | 串口觸摸屏 | 顯示屏 | 閃存芯片 | 電壓檢測 | 電流檢測 | 2.4G無線通信 | 九軸 | WiFi模塊 | 串口轉USB |
- 整體實物圖
6、交互界面🖼
- 電腦調試時的交互界面展示：
7、測試數據分析📊
(1)
保持測試環境不變，採集50個樣本，通過MATLAB擬合出紙張頁數與傳感器原始數據的曲線關係，如圖4-2所示。
圖4-2 紙張頁數與模擬量的擬合函數關係圖
- (2) 根據(1)中採集的50個樣本，確定電容模擬值及紙張數的論域，劃分模糊子集，如表4-1
所示。
表4-1頁數與模擬量區間對應表
| 頁數/張 | 對應模擬量區間 | 頁數/張 | 對應模擬量區間 |
|---|---|---|---|
| 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] |
- (3)根據（2）中劃分的模糊子集，保持測試環境不變，固定測量35張紙張，採集數據如表4-2所示，採集到的原始數據90%落入35張頁數所對應的區間[401.35,399.50]，如圖4-35
表4-2 紙張數爲35的實時數據
| 測試組別 | 原始數據 | 測試組別 | 原始數據 |
|---|---|---|---|
| 1 | 400.896 | 6 | 400.824 |
| 2 | 401.049 | 7 | 400.591 |
| 3 | 400.157 | 8 | 401.111 |
| 4 | 399.912 | 9 | 400.443 |
| 5 | 401.125 | 10 | 398.529 |
- 測試結果
表4-4 工作模式下紙張測試結果表
| 範圍 | 測試次數 | 正確次數 | 正確率 |
|---|---|---|---|
| 1~10 | 25 | 25 | 100% |
| 11~20 | 25 | 25 | 100% |
| 20~30 | 25 | 25 | 100% |
| 30~40 | 25 | 25 | 100% |
| 40~50 | 25 | 25 | 100% |
| 50~60 | 25 | 23 | 92% |
| 60~70 | 25 | 20 | 80% |
| 70~80 | 25 | 16 | 64% |
8、綜合測評演練📐
- 選定2017綜合測評題目【符合信號發生器】，進行綜合測評訓練
雖然測評訓練的時候做的還行，但是實際當天綜測比賽的時候，還是會手忙腳亂，現在想起那天焊接電路顫抖的雙手都有點好笑🤣🤣。
- 綜測訓練測試結果：
