CN110705679B - 一种基于fdc2214的纸张数量检测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于FDC2214的纸张数量检测系统，系统包括信号采集模块、信号处理模块以及显示模块，信号采集模块采用电容传感器FDC2214，信号处理模块包括单片机；信号采集模块采用电容传感器FDC2214采集预设金属极板区域之间纸张电容信号，将电容信号发送给单片机；信号处理模块将接收的电容信号进行数据处理，存入数据库并检测纸张数；显示模块显示录入状态电容值和检测状态纸张数量值。本发明通过电容传感器和单片机配合的方式，将放置在两个金属极板区域之间的纸张转化为精确的电容信号，进而能够实现纸张数量检测。并且相较于现有的人工计数与点钞机等传统技术，本发明具有精度高，低功耗，噪声少，抗干扰能力强，成本低廉的优势。

Description

一种基于FDC2214的纸张数量检测系统及方法
技术领域
本发明涉及一种基于FDC2214的纸张数量检测系统及方法，属于传感检测技术和单片机控制技术领域。
背景技术
我国是印刷业大国，低价、快速、便捷和高质量的一体化服务是当今印刷业的普遍要求，为满足这一需求，印刷产业不断调整优化产品结构，信息化程度不断提高，智能化生产流程不断完善，大数据等新技术不断出现。印刷纸码垛在工序间转移过程中，数量的准确性始终是一项最基本的要求。为了到达这一要求，研究出一套快速高效、成本低下、对纸张质量影响较小的纸张数量检测装置对整个产业具有十分重要的意义。
在印刷和包装行业，当前对纸进行精确点数和封装最主要的做法就是人工计数和机械设备计数的方法。人工计数的方式需要大量工人协同计数，浪费大量人力和时间，且计数受主观因素影响较大。点钞机是典型的机械计数设备，由于计数的时候会与机械设备的刀片想接触，通过机械设备对纸张进行计数的方式容易造成纸张质量受损，机器运行时会产生大量噪声，另外机械设备对纸张规格、一次计数数量都有严格要求。以上两种纸张计数方式需要大量人力物力，增加运营成本和降低生产效率，和纸张直接接触的刀片，对纸张质量产生严重影响。
因此，目前急需建立设备简单、高分辨率、抗噪性能强、经济适用的纸张数量检测装置。
发明内容
为解决上述的技术问题，本发明提供基于FDC2214的纸张数量检测系统及方法，装置简单可靠，成本低廉。
本发明的技术方案如下：
一种基于FDC2214的纸张数量检测系统，所述系统包括信号采集模块、信号处理模块以及显示模块，所述信号采集模块采用电容传感器FDC2214，信号处理模块包括单片机；
所述信号采集模块采用电容传感器FDC2214采集预设金属极板区域之间纸张电容信号，将电容信号发送给单片机；所述信号处理模块将接收的电容信号进行数据处理，存入数据库并检测纸张数；所述显示模块显示录入状态电容值和检测状态纸张数量值。
上述单片机型号为MSP430单片机。
上述显示模块采用LCD1602液晶。
一种基于FDC2214的纸张数量检测方法，利用上述的系统，其步骤如下：
(1)、建立数据库，将需要被检测的纸张数录入到数据库中；
1.1、在两个金属极板区域之间放置一定纸张数i，通过按键命令开始录入纸张数量；当单片机接受到录入命令，开始读取电容传感器FDC2214数据，将连续50个数据为分为一组；
1.2、将50个数据分为一组：{di11,di12,di13……di150},{di21,di22,di23……di250}，{di31,di32,di33……di350}……{dix1,dix2,dix3……dix50}，x为采样精度，根据环境可调；
1.3、将每组数据进行中位值滤波，即将每组数据从小到大排序，得到新的数组：{di11’,di12’,di13’……di150’},{di21’,di22’,di23’……di250’}， {di31’,di32’,di33’……di350’}……{dix1’,dix2’,dix3’……dix50’},从各数组取值di125’,di225’, di325’……dix25’组成新数组；
1.4、将新数组{di125’,di225’,di325’……dix25’}做如下处理
Figure BDA0002233830430000021
录入di为i张纸所对应的电容值；
1.5、重复步骤1.1至1.3得到的电容数据整合为纸张数量样本数据库 d＝{d1,d2,d3……dK}，K为预计最多纸张测量数；
(2)、纸张数量检测，将需要检测的纸张放置两个金属极板区域之间，显示被测纸张数量；
2.1、两个金属极板区域之间放置被测纸张j，通过按键命令开始检测纸张数量；单片机接受到检测命令，开始读取200个电容传感器数据，分为4组：
{Rj11,Rj12,Rj13……Rj150},{Rj21,Rj22,Rj23……Rj250}，
{Rj31,Rj32,Rj33……Rj350},{Rj41,Rj42,Rj43……Rj450}；
2.2、将每组数据进行中位值滤波，即将每组数据升序排序，得到新的数组 {Rj11’,Rj12’,Rj13’……Rj150’},{Rj21’,Rj22’,Rj23’……Rj250’},{Rj31’,Rj32’,Rj33’……Rj350’},{Rj41’,Rj42’,Rj43’……Rj450’}；从各数组取值Rj125’，Rj225’，Rj325’，Rj425’组成新数组；
2.3、将新数组{Rj125’，Rj225’，Rj325’，Rj425’}做如下处理：
Figure BDA0002233830430000031
记Rj为纸张j电容检测值；
2.4、将Rj做如下操作：
Dj＝{|d1-Rj|,|d2-Rj|,|d3-Rj|……|dk-Rj|}＝{D1,D2,D3……Dk}
2.5、将Dj数组升序排序得新数组Dj’＝{D1’,D2’,D3’……Dk’},取D1’在原数组Dj所对应的下标j为当前纸张测量数，显示当前纸张数，当前纸张检测结束。
本发明所达到的有益效果：
本发明通过电容传感器和单片机配合的方式，将放置在两个金属极板区域之间的纸张转化为精确的电容信号，进而能够实现纸张数量检测。并且相较于现有的人工计数与点钞机等传统技术，本发明具有精度高，低功耗，噪声少，抗干扰能力强，成本低廉的优势。
附图说明
图1是本发明系统的结构示意图；
图2是本发明实施例中检测装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例：
如图1所示，一种基于FDC2214的纸张数量检测系统，所述系统包括信号采集模块、信号处理模块以及显示模块，所述信号采集模块采用电容传感器 FDC2214，信号处理模块包括单片机；
所述信号采集模块采用电容传感器FDC2214采集预设金属极板区域之间纸张电容信号，将电容信号发送给单片机；所述信号处理模块将接收的电容信号进行数据处理，存入数据库并检测纸张数；所述显示模块显示录入状态电容值和检测状态纸张数量值。
上述单片机型号为MSP430单片机。
上述显示模块采用LCD1602液晶。
如图2所示，为了采集纸张的电容信号，本发明设计一种检测装置，包括底板1为220mm*300mm亚克力板a，亚克力板中间有50mm*50mm漏洞， 50mm*50mm第一铝片5内嵌于亚克力板漏洞，第一铝片5上表面与亚克力板a 上表面共面；所述挡板一3和挡板二4分别为垂直立于亚克力板a上边缘与左边缘；所述压板2为包括与底板1相同规格的亚克力板b，50mm*50mm第二铝片 6内嵌于压板漏洞，第二铝片6下表面与亚克力板b下表面共面，亚克力板b上层对称固定两块重量为3KG的非金属重物7；非金属重物7用于压紧纸张，排出纸张间的空气，使电容值稳定。所述第一铝片5背面有导线一8引出，第二铝片6背面有导线二9引出。
电容传感器FDC2214的CH0通道作为电容信号的输入端，电容传感器CH0 通道IN0A连接第一铝片5反面引出导线，电容传感器FDC2214的CH0通道IN0B 连接第二铝片6反面引出导线；电容传感器FDC2214输出信号经放大滤波后与 MSP430单片机通过IIC通信实现信号传输，电容传感器FDC2214的VCC管脚接MSP430单片机3.3V管脚，电容传感器FDC2214的PAD、GND、ADDR、 SD及CLKIN引脚均接MSP430单片机GND；整个系统通过一个电源模块为直流电源通过稳压给整个装置供电。
一种基于FDC2214的纸张数量检测方法，利用上述的系统，其步骤如下：
(1)、建立数据库，将需要被检测的纸张数录入到数据库中；
1.1、在两个金属极板区域之间放置一定纸张数i，通过按键命令开始录入纸张数量；当单片机接受到录入命令，开始读取电容传感器FDC2214数据，将连续50个数据为分为一组；
1.2、将得到50个数据分为一组：{di11,di12,di13……di150},{di21,di22,di23……di250}， {di31,di32,di33……di350}……{dix1,dix2,dix3……dix50}，x为采样精度，根据环境可调；
1.3、将每组数据进行中位值滤波，即将每组数据从小到大排序，得到新的数组：{di11’,di12’,di13’……di150’},{di21’,di22’,di23’……di250’}， {di31’,di32’,di33’……di350’}……{dix1’,dix2’,dix3’……dix50’},从各数组取值di125’,di225’, di325’……dix25’组成新数组；
1.4、将新数组{di125’,di225’,di325’……dix25’}做如下处理
Figure BDA0002233830430000051
录入di为i张纸所对应的电容值；
1.5、重复步骤1.1至1.3得到的电容数据整合为纸张数量样本数据库 d＝{d1,d2,d3……dK}，K为预计最多纸张测量数；
(2)、纸张数量检测，将需要检测的纸张放置两个金属极板区域之间，显示被测纸张数量；
2.1、两个金属极板区域之间放置被测纸张j，通过按键命令开始检测纸张数量；单片机接受到检测命令，开始读取200个电容传感器数据，分为4组：
{Rj11,Rj12,Rj13……Rj150},{Rj21,Rj22,Rj23……Rj250}，
{Rj31,Rj32,Rj33……Rj350},{Rj41,Rj42,Rj43……Rj450}；
2.2、将每组数据进行中位值滤波，即将每组数据升序排序，得到新的数组 {Rj11’,Rj12’,Rj13’……Rj150’},{Rj21’,Rj22’,Rj23’……Rj250’},{Rj31’,Rj32’,Rj33’……Rj350’},{Rj41’,Rj42’,Rj43’……Rj450’}；从各数组取值Rj125’，Rj225’，Rj325’，Rj425’组成新数组；
2.3、将新数组{Rj125’，Rj225’，Rj325’，Rj425’}做如下处理：
Figure BDA0002233830430000052
记Rj为纸张j电容检测值；
2.4、将Rj做如下操作：
Dj＝{|d1-Rj|,|d2-Rj|,|d3-Rj|……|dk-Rj|}＝{D1,D2,D3……Dk}
2.5、将Dj数组升序排序得新数组Dj’＝{D1’,D2’,D3’……Dk’},取D1’在原数组Dj所对应的下标j当前纸张测量数，显示当前纸张数，当前纸张检测结束。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于FDC2214的纸张数量检测方法，利用一种基于FDC2214的纸张数量检测系统，系统包括信号采集模块、信号处理模块以及显示模块，所述信号采集模块采用电容传感器FDC2214，信号处理模块包括单片机；
所述信号采集模块采用电容传感器FDC2214采集预设金属极板区域之间纸张电容信号，将电容信号发送给单片机；所述信号处理模块将接收的电容信号进行数据处理，存入数据库并检测纸张数；所述显示模块显示录入状态电容值和检测状态纸张数量值；
其特征在于步骤如下：
(1)、建立数据库，将需要被检测的纸张数录入到数据库中；
1.1、在两个金属极板区域之间放置一定纸张数i，通过按键命令开始录入纸张数量；当单片机接受到录入命令，开始读取电容传感器FDC2214数据，将连续50个数据分为一组；
1.2、将50个数据分为一组：{di11,di12,di13……di150},{di21,di22,di23……di250}，{di31,di32,di33……di350}……{dix1,dix2,dix3……dix50}，x为采样精度，根据环境可调；
1.3、将每组数据进行中位值滤波，即将每组数据从小到大排序，得到新的数组：{di11’,di12’,di13’……di150’},{di21’,di22’,di23’……di250’}，{di31’,di32’,di33’……di350’}……{dix1’,dix2’,dix3’……dix50’},从各数组取值di125’,di225’,di325’……dix25’组成新数组；
1.4、将新数组{di125’,di225’,di325’……dix25’}做如下处理
Figure FDA0004104856800000011
录入di为i张纸所对应的电容值；
1.5、重复步骤1.1至1.3得到的电容数据整合为纸张数量样本数据库d＝{d1,d2,d3……dK}，k为预计最多纸张测量数；
(2)、纸张数量检测，将需要检测的纸张放置于两个金属极板区域之间，显示被测纸张数量；
2.1、两个金属极板区域之间放置被测纸张j，通过按键命令开始检测纸张数量；单片机接受到检测命令，开始读取200个电容传感器数据，分为4组：{Rj11,Rj12,Rj13……Rj150},{Rj21,Rj22,Rj23……Rj250}，{Rj31,Rj32,Rj33……Rj350},{Rj41,Rj42,Rj43……Rj450}；
2.2、将每组数据进行中位值滤波，即将每组数据升序排序，得到新的数组{Rj11’,Rj12’,Rj13’……Rj150’},{Rj21’,Rj22’,Rj23’……Rj250’},{Rj31’,Rj32’,Rj33’……Rj350’},{Rj41’,Rj42’,Rj43’……Rj450’}；从各数组取值Rj125’，Rj225’，Rj325’，Rj425’组成新数组；
2.3、将新数组{Rj125’，Rj225’，Rj325’，Rj425’}做如下处理：
Figure FDA0004104856800000021
记Rj为纸张j电容检测值；
2.4、将Rj做如下操作：
Dj＝{|d1-Rj|,|d2-Rj|,|d3-Rj|……|dk-Rj|}＝{D1,D2,D3……Dk}
2.5、将Dj数组升序排序得新数组Dj’＝{D1’,D2’,D3’……Dk’},取D1’在原数组Dj所对应的下标j为当前纸张测量数，显示当前纸张数，当前纸张检测结束。
2.根据权利要求1所述的一种基于FDC2214的纸张数量检测方法，其特征在于所述单片机型号为MSP430单片机。
3.根据权利要求1所述的一种基于FDC2214的纸张数量检测方法，其特征在于所述显示模块采用LCD1602液晶。
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