一、系统方案设计

本设计以STM32F103单片机为控制核心,通过电容传感器FDC2214实时检测两块电极板所组成的电容器的电容, ,通过拟合算法分段算出电容值对应的纸张数,同时将纸张数量测试结果显示在oled液晶屏上,具有准确度高,结构简单,制作成本低等特点。 选择STM32C8T6单片机作为微处理器进行控制，STM32单片机数据处理速度很快，功能丰富，接口相对简单。 采用 TI 的 FDC2214。FDC2214 电容式传感适用于从接近检测等各项应用。其分辨率高，适合小信号、高频信号的检测。是一种低功耗、低成本的非接触式感测技术。 采用 OLED 作为显示模块，OLED由于同时具备自发光，不需背光源、对比度高、厚度薄、视角广、反应速度快等特点，适应 IIC、SPI 通信方式。

二、FDC2214工作原理

FDC2214传感器频率表示为： 在芯片每个检测通道的输入端连接一个电感和电容，组成LC电路。典型选择是18uH屏蔽SMD电感与33pF电容并联。被测电容传感端与LC电路相连接，将产生一个振荡频率，根据频率值可计算出被测电容值。 FDC2214传感器频率表示为： 其中：DATAx：DATA_CHx寄存器的转换结果； fREFX：通道x的参考频率； FDC2214的数据输出（DATAx）表示为： FDC2214传感器测量的传感电容表示为： 改变极板间距，导致极板间的电容值发生了变化，从而引起LC电路振荡频率的变化，根据频率值可知平行极板之间的传感器原始数据。 我们通过对40张纸的所对应的电容值的测量，用matlab曲线拟合生成曲线，但在实际过程中，发现许多值不在这条曲线上，于是我们采用了分段拟合，1-10为一个区间，11-20为一个区间，21到30为一个区间，31到40为一个区间，发现采用这种方法能够让点全在这条拟合曲线上，正确率为100%。 0-40张直接拟合的结果曲线图：

我们分段拟合之后的结果曲线图： 0-10

11-20

21-30

31-40

三、滤波算法

连续采样 N 次（N =30），找出 N 次采样值的最大值和最小值，并且对N次的采样值求和，求和结果减去最大值和最小值再求平均。此种能有效克服因偶然因素引起的波动干扰，对测量纸张厚度受外界干扰较大的情况，测参数有良好的滤波效果。

四、测试方案与结果分析

我们通过多次测量相应的电容值和所对应的纸张数，取其平均值以作为基准值，来进行曲线拟合。

误差分析

1、外界环境对 LC 振荡频率的干扰。外界的电磁波、静电等会对传感器频率造成干扰，造成理论分析的频率和实际频率不相同。读出的数据有误差，需要添加屏蔽器件减小误差。

2、电感的品质因数过低。电感对不同的频率产生不同的自谐振信号，品质因数过低会影响电感的数值造成误差，采用高品质因数的电感可减少这种误差。

3、平行板之间未压紧，或者说重物不在正中间导致有一边翘起导致，从而平行板之间空气间隙过多，会影响两板之间的介电常数，造成电容值受介电常数的影响产生误差。

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