摘 要

近年来，印刷和包装作为现代加工服务业，同时又具有文化产业的属性，在我国各种文化产业中起着至关重要的作用，是我国经济高质量发展的重要组成部分。在一些对纸张进行打包，制造的行业，为了准确把握本公司存发货数量，经常需要对纸张的数目进行检测。因而研究出新的一套非常精确，抗干扰能力强的纸张计数系统设备显得尤为重要。

基于此本次设计基于STM32芯片设计了一套纸张数量测量装置，该设计主要内容包括纸张数量测量装置的硬件和软件设计。该装置用FDC2214制作的检测纸张数量的传感器、供电电源、由STM32F103芯片为主要的控制器、按键及OLED显示屏等组成。该系统通过由极板和FDC2214构成的纸张计数检测器来检测纸张数目，当极板之间所夹的纸张数量不同时，由FDC2214来获取一个电容值，用这个值判断两极板之间的纸张数目，STM32F103进行数据处理，在OLED上显示结果。同时为了调试方便也可以利用串口将测试结果打印到电脑上显示出来。该系统基本实现了题目要求的所有功能，纸张数识别的工作过程较为准确稳定。

关键词：纸张数量测量装置；STM32F103；FDC2214电容传感器；OLED显示模块

Abstract

In recent years, as a modern processing service industry, printing and packaging have the attributes of cultural industry, which plays an important role in various cultural industries in China and is an important part of high-quality economic development in China. In some paper packaging, manufacturing industries, in order to accurately grasp the company's storage and delivery quantity, often need to test the number of paper. Therefore, it is very important to develop a new paper counting system which is very accurate and has strong anti-interference ability.

Based on this design, a set of paper quantity measuring device is designed based on STM32 chip. The design mainly includes the hardware and software design of the paper quantity measuring device. The device is made of fdc2214 sensor, power supply, STM32F103 chip as the main controller, key and OLED display. In this system, the number of paper is detected by a paper counting detector composed of a polar plate and fdc2214. When the number of paper sandwiched between the polar plates is different, fdc2214 obtains a capacitance value, which is used to judge the number of paper between the two polar plates. STM32F103 processes the data and displays the results on OLED. At the same time, for the convenience of debugging, the test results can also be printed on the computer by using the serial port. The system basically realizes all the functions required by the title, and the working process of paper number recognition is more accurate and stable.

Key words: paper quantity measuring device; STM32F103; fdc2214 capacitance sensor; OLED display module

目录

1绪论 1

1.1设计背景 1

1.2设计意义 1

1.3国内外研究现状 2

1.4本设计的基本内容、目标、所需完成的工作 2

1.5本章小结 3

2系统方案设计 4

2.1系统结构框图 4

2.2系统主控芯片方案选择 5

2.3显示模块方案选择 6

2.4传感器模块方案选择 7

2.5电容极板的方案选择 8

2.6机械结构的方案选择 9

2.7连接方式的方案选择 9

2.6本章小结 10

3硬件电路设计 11

3.1控制模块设计 11

3.2电容采集模块 11

3.3电容转换模块 13

3.4按键电路和蜂鸣器 14

3.5显示模块 15

3.6本章小结 16

4软件设计方案 17

4.1主程序设计 17

4.2训练程序设计 18

4.3测试程序设计 19

4.4本章小结 20

5系统调试与分析 21

5.1训练模式调试结果 21

5.2测试模式调试结果 22

5.3调试过程中的干扰分析 23

结论 24

参考文献 25

附录 26

附录A 电路原理图 26

附录B 主程序 27

附录C 实物图 40

致谢 41

1绪论

1.1设计背景

印刷和包装产业作为我们国家的重要支柱产业，已经成为我国高质量发展的重要组成部分，我们国家印刷产业的生产总值高，利润高，从业人员多，是世界上的印刷大国。在印刷和包装行业，为了准确把握本公司存发货数量，经常需要对纸张进行计数和统计^[10]。由于纸张数量规模庞大以及现代生活中人们对绿色环保理念的倡导和对印刷纸张质量的高要求，因而研究出新的一套非常精确，抗干扰能力强的纸张计数系统设备显得尤为重要。这对于印刷和包装行业的纸张自动化计数也具有十分重要的意义。目前采用的纸张计数方法主要包括人工测量方法、物理测量方法和机械设备测量方法。人工计数通常需要一名操作员进行手工计数，这种计数方法不仅容易使操作工人在长时间工作时产生视觉疲劳，其准确性也会因为不同的人产生不同的差异。如果是物理测量方法，我们可以测量纸张的厚度，或者纸张的高度。首先计算分析当前种类的纸张的平均厚度或者重量，然后测量计算纸堆的总高度或者总重量，最后二者相除得到纸张总数量。在该方法存在多个因素会导致计算得到的纸张数量不准确，如每张纸在厚度和重量上存在的差异、天平或者卷尺等测量设备不够精确、最后读数时存在误差等。事实上，在加工（如胶印、资金）之前，纸张的具体数目是已知的，但是随着一道道工序的进行，部分纸张因为损坏或者加工质量不合格而被剔除，因此最终合格的纸张数量远小于加工之前的原始数量。以上两种纸张计数方法都需要人工人员参与操作，不仅生产运营成本过高，还会因为直接相互接触而对纸张造成损坏，计数效率比较低下，严重影响了整个生产环节的高效性。目前广泛使用的依然是用机械制造的测量纸张数目的设备，如银行里的测量人民币数量的机器，但是机器中的内部装置很容易磨损，同时对纸张的尺寸大小和纸张叠层高度都有一定要求，并且该设备计数速度比较慢，效率低，计数过程通常也较为复杂，设备在运行时还具有噪声大的缺点，不能满足现代化的人性化和工业绿色环保低噪的生产需求。

随着科学技术的发展，目前还有两种较新的方法是基于机器视觉^[9]技术对纸张计数和采用纹理图像识别的方式进行纸张计数，但这两种方法对设备要求高，且技术复杂，经济投入较大，周围环境光线对于计数精度有一定的影响。所以，开发出一种成本较低，操作简便，结构不复杂，实用性强的纸张技术装置显得尤其重要。

1.2设计意义

开发出一种抗干扰能力强，精度高的纸张数目测量的装备，可以减少印刷公司的生产成本，减少印刷公司的人力，和减少印刷公司的物力。对环保印刷、印刷网格化等印刷业的发展起着重要作用。

1.3国内外研究现状

国外研究现状：1951 年，英国 Vacuumatic 公司买下瑞典的一个专利生产出第一台纸张计数器到今已有 65 年历史了^[2]。该仪器采用刀片结构，采用机械装置使纸张逐张分离开，以保证纸张计数的准确性。该仪器可以通过程序设定在特定的位置贴上标签，系统图形化的界面友好易操作。该仪器还有多种配置设备可选，如加高台、联接板以及各种不同尺寸的刀片和圆盘，可以扩大其应用领域，同时可以保证纸张计数的精度。