CN110991599A - 一种纸张计数显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种纸张计数显示装置，包括DSP控制模块、传感器电路、纸张测量装置模块、串口通信模块、辅助电源模块、液晶显示模块和按键；所述液晶显示模块和按键均与DSP控制模块相连接，DSP控制模块通过串口通信模块与传感器电路相连接，传感器电路与纸张测量装置模块相连接；所述DSP控制模块、传感器电路均与辅助电源模块相连接。本发明具有自校准和正式测量两种工作模式，可通过设置按键自行进行切换。本发明具有设计成本小、功率损耗低、灵敏度高、分辨率高、可靠性强、抗电磁干扰能力强的优点，且应用范围广，具有良好的实用价值。

Description

一种纸张计数显示装置
技术领域
本发明涉及纸张计数技术领域，特别是指一种纸张计数显示装置。
背景技术
纸张计数是人们生活、工业生产中很常见的操作，现有纸张在生产过程中均通过流水线的方式来进行，完成前期加工后的纸张通过在纸张输送台上进行输送，然后对指定数量的纸张进行打包在一起。在计算机科技高速发展的今天，绝大部分的纸张计数工作仍然采用专门的纸张计数器来完成。通常通过在纸张输送台上设置有计数器，对输送台上输送过的纸张数量进行计数，工作人员在计数器上达到指定数量后停止设备后再进行打包。由于人类的视觉和体力都是有一定的限度，长时间的纸制品指数对人工造成很大的考验，其计数成本高、精度稳定性差，部分印刷厂为了避免印刷品受损，实用电子秤通过重量标定的方式估计纸张数量，由于受到空气湿度、纸张均匀性、计数器本身精度的影响，得出的纸张计数结果的精确度无法得到保证。
发明内容
针对上述背景技术中存在的不足，本发明提出了一种纸张计数显示装置，解决了现有纸张计数器精度低的技术问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种纸张计数显示装置，包括DSP控制模块、传感器电路、纸张测量装置模块、串口通信模块、辅助电源模块、液晶显示模块和按键；所述液晶显示模块和按键均与DSP控制模块相连接，DSP控制模块通过串口通信模块与传感器电路相连接，传感器电路与纸张测量装置模块相连接；所述DSP控制模块、传感器电路均与辅助电源模块相连接。
所述纸张测量装置模块包括平板电容器，平板电容器与传感器电路相连接。
所述平板电容器包括极板A和极板B，极板A通过导线a与传感器电路相连接，极板B通过导线b与传感器电路相连接；所述极板A位于极板B的正上方，且极板A和极板B之间有间距。
所述传感器电路为MSP430模块，所述液晶显示模块为LCD液晶显示。
所述极板A和极板B之间的电容量C为：
Figure 143687DEST_PATH_IMAGE001
，其中，
Figure 223507DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 138374DEST_PATH_IMAGE003
为极板A和极板B之间的距离，S为极板A和极板B之间正对面积，
Figure 737982DEST_PATH_IMAGE004
为介电常数，
Figure 345681DEST_PATH_IMAGE005
为真空介电常数，
Figure 647218DEST_PATH_IMAGE006
为相对介电常数。
所述电容量C的电容值的计算方法为：根据LC振荡电路的震荡条件：容抗等于感抗，得：X C1 + X C2 = X L ，其中，X C1 为被测电容器容抗，X C2 为LC振荡电路中电容器容抗，X L 为LC振荡电路中电感器感抗，f为LC振荡电路的频率，X C1 = 1/(2πf*C 1 )，X C2 = 1/(2πf*C 2 )，X L = 2πfL，C 1 为被测电容器电容，C 2 为电容器电容，L为电感器电感；所述被测电容器电容C 1 = C 2 /((2πf) 2 *L*C 2 - 1)。
一种纸张计数显示装置的使用方法，其步骤如下：
步骤一、将极板A和极板B接通电源；
步骤二、初始化中断间隔t，每间隔t时间后进入中断；
步骤三、初始化LCD液晶显示，读取测量键状态值，并判断是否开始测量，若是，更新LCD液晶显示并由DSP控制模块自带的蜂鸣器发出一声蜂鸣，否则，测量键状态值为0,结束中断执行步骤四；
步骤四、传感器电路实时探测极板A和极板B之间的电容值的大小，形成电容参数并取M次平均值后传送至DSP控制模块；
步骤五、DSP控制模块接收传感器电路的数据与预设数值区间对比判断纸张数目；
步骤六、通过逐行逐列扫描与DSP控制模块相连的机械按键判断预设测量键是否按下，若是，测量键状态值为1，返回步骤四，否则，测量键状态值为0，循环执行步骤四。
本技术方案能产生的有益效果：本发明通过设置按键可自由切换自校准和正式测量两种工作模式；本发明具有设计成本小、功率损耗低、灵敏度高、分辨率高、可靠性强、抗电磁干扰能力强的优点，且应用范围广，具有良好的实用价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的测量***结构框图；
图3为典型振荡频率与负载电容的关系；
图4为典型振荡频率与负载电容的关系；
图5为本发明的总体供电框图；
图6为本发明的测量流程图；
图7为本发明的中断程序流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1，本发明提供了一种纸张计数显示装置，如图2所示，包括DSP控制模块、传感器电路、纸张测量装置模块、串口通信模块、辅助电源模块、液晶显示模块和按键；所述液晶显示模块和按键均与DSP控制模块相连接，DSP控制模块通过串口通信模块与传感器电路相连接，传感器电路与纸张测量装置模块相连接；所述DSP控制模块、传感器电路均与辅助电源模块相连接，辅助电源模块的输入电压为220V，输出电压为5V。所述传感器电路为MSP430模块，MSP430模块***功耗低，工作电压低，数据采样速度、数据存储和传输速度较快，能在极短时间内完成大量数据的传输；同时具有与通用串行通信接口的内置通信能力，较好地与***主控模块通信实现数据的快速传输，选用TI公司MSP430开发板作为电容传感器，主要包含MSP430G2553、MSP430F1612、SBW&UART接口、降压芯片模块。所述DSP控制模块采用DSP芯片，DSP芯片内部采用程序和数据分开的哈佛结构，具有专门的高速硬件乘法器，广泛采用流水线操作，提供特殊的DSP指令，单指令执行时间比16位单片机快8～10倍，完成一次乘加运算快16～30倍，能在较短时间内实现对各种数字信号处理。所述液晶显示模块为LCD液晶显示，LCD液晶显示具有显示信息量大、显示质量高、功耗低，寿命长等优点。
如图1所示，所述纸张测量装置模块包括平板电容器，平板电容器与传感器电路相连接。所述平板电容器包括极板A和极板B，极板A通过导线a与传感器电路相连接，极板B通过导线b与传感器电路相连接；所述极板A位于极板B的正上方，且极板A和极板B之间有间距。在不考虑边缘效应时，所述极板A和极板B之间的电容量C为：
Figure 100196DEST_PATH_IMAGE001
，其中，
Figure 554311DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 598491DEST_PATH_IMAGE003
为极板A和极板B之间的距离，S为极板A和极板B之间正对面积，
Figure 387324DEST_PATH_IMAGE004
为介电常数，
Figure 909572DEST_PATH_IMAGE005
为真空介电常数，
Figure 218194DEST_PATH_IMAGE006
为相对介电常数。将纸张加入极板A和极板B之间，电容器的ɛ值会发生改变，从而使容值改变，加入不同数目的纸张所对应的容值也不相同。通过检测容值的变化将其转化为频率变化，最后依据不同容值下的频率计算出加入的纸张数目。
本发明采用将MSP430模块作为低成本传感器***，负责捕获变化的电容测量值并将其转化为频率值，然后利用I2C通信将数据传输到DSP控制模块中。在硬件电路中，可实现电容感测功能的引脚有P2.0、P2.1、P2.2、P2.3、P2.4、P2.5，本发明实际采用P2.0和GND引脚作为纸张测量装置的接线端。检测电容转化为频率的过程主要依据MSP430的典型特性—引脚振荡器频率完成，在不同电压下，典型振荡频率与负载电容的关系如图3和图4所示。
所述电容量C的电容值的计算方法类似于LC振荡电路：根据LC振荡电路的震荡条件：容抗等于感抗，得：X C1 + X C2 = X L ，其中，X C1 为被测电容器容抗，X C2 为LC振荡电路中电容器容抗，X L 为LC振荡电路中电感器感抗，f为LC振荡电路的频率，X C1 = 1/(2πf*C 1 )，X C2 = 1/ (2πf*C 2 )，X L = 2πfL，C 1 为被测电容器电容，C 2 为电容器电容，L为电感器电感；所述被测电容器电容C 1 = C 2 /((2πf) 2 *L*C 2 - 1)。由此可见，在DSP芯片每个检测通道的输入端连接一个电感和电容，组成LC振荡电路，被测电容传感端与LC振荡电路相连接，将产生一个振荡频率，根据该频率值可计算出被测电容值。
实施例2，如图6和图7所示，一种纸张计数显示装置的使用方法，具体步骤如下：
步骤一、将极板A和极板B接通电源；
步骤二、初始化中断间隔t，每间隔t时间后进入中断；
步骤三、初始化LCD液晶显示，读取测量键状态值，并判断是否开始测量，若是，更新LCD液晶显示并由DSP控制模块自带的蜂鸣器发出一声蜂鸣，否则，测量键状态值为0,结束中断执行步骤四；
步骤四、传感器电路实时探测极板A和极板B之间的电容值的大小，形成电容参数并取M次平均值后传送至DSP控制模块；
步骤五、DSP控制模块接收传感器电路的数据与预设数值区间对比判断纸张数目；
步骤六、通过逐行逐列扫描与DSP控制模块相连的机械按键判断预设测量键是否按下，若是，测量键状态值为1，返回步骤四，否则，测量键状态值为0，循环执行步骤四。
实验与仿真
本发明的***完成后，对整个***的抗干扰能力进行测试，主要测试条件：室内风速测试方法及结果如下：
测试方法：在室内配备有空调，温度设置为25℃，测量距离为1m，分别测试空调在低速、中速、高速的风力下对***稳定性的影响。纸张数目固定为20张，MSP430模块采集数据值取同一风速下测量5次数据的平均值，分别为36560、36528、36890。可见，本发明***的抗干扰能力较强。
在纸张测量装置***的整个测试过程中，误差主要来源于以下几个方面：
（1）放置极板时其正对面积的微小差别；
（2）每次极板夹紧A4纸时的压力大小；
（3）切割覆铜板时选取的板面是否有杂物。
基于上述分析，本发明采用固定重量的物体作为压力来源，选择板面较好的覆铜板，同时改进测量装置的机械结构，规范操作每个测量步骤，目的是进一步减小测量误差。
本发明使用基于TMS320F28335芯片的最小***板作为主控模块，除芯片外，还包含RS232串行接口、复位按键、CAP1-3与QEP接口、外扩接口模块，本发明自带电平转换芯片，方便进行电平转换。MSP430模块原来是3.3V供电，在加焊晶振之后可以使用5V电源供电，***总体供电方案如图5所示。
自校准测试：以5张A4纸为一个校验单位，共校验5、10、15、20、25、30、35这几个量，分区段建立模拟容值随纸张数目变化的函数曲线从而确定数目判断区间。可见，自校准功能可以实现。
自检显示测试：将测量极板A和B分离，观察到液晶屏显示“是否短路：NO”将测量极板A和极板B接触，观察到液晶屏显示“是否短路：YES”。可见，自检显示功能可以实现。
纸张数目1-10张测试：在测量极板A和B之间依次放置从一到十张A4纸，一键启动测量，记录液晶屏显示当前被测纸张数、蜂鸣器是否发声、MSP430采集数据值和每次测量从按下同一测量启动键到发出蜂鸣的时间。如表1所示，纸张数目1-10张测试满足本发明***要求。
表1 测量数据表
Figure 167695DEST_PATH_IMAGE008
纸张数目15-30张测试：在测量极板A和B之间依次放置从15到30张A4纸，一键启动测量，记录液晶屏显示当前被测纸张数、蜂鸣器是否发声、MSP430采集数据值和每次测量从按下同一测量启动键到发出蜂鸣的时间。如表2所示，纸张数目15-30张测试满足***要求。
表2 测量数据表
Figure 194557DEST_PATH_IMAGE010
纸张数目30张以上测试：在测量极板A和B之间依次放置三十以上张A4纸，一键启动测量，记录液晶屏显示当前被测纸张数、蜂鸣器是否发声、MSP430采集数据值和每次测量从按下同一测量启动键到发出蜂鸣的时间。如表3所示，纸张数目30张以上测试满足***要求。
表3 测量数据表
Figure 769764DEST_PATH_IMAGE012
根据每次测量不同范围的纸张数目结果显示，***的测量精度较高，测量1-20张和30张以上A4纸时，都达到了100％的准确率。其次，从MSP430模块每次采集的数据变化可以反映出***具有一定的稳定性。最后***的灵敏性较高，能够在按下测量启动键后迅速显示出被测纸张数目。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种纸张计数显示装置，其特征在于，包括DSP控制模块、传感器电路、纸张测量装置模块、串口通信模块、辅助电源模块、液晶显示模块和按键；所述液晶显示模块和按键均与DSP控制模块相连接，DSP控制模块通过串口通信模块与传感器电路相连接，传感器电路与纸张测量装置模块相连接；所述DSP控制模块、传感器电路均与辅助电源模块相连接。
2.根据权利要求1所述的纸张计数显示装置，其特征在于，所述纸张测量装置模块包括平板电容器，平板电容器与传感器电路相连接。
3.根据权利要求2所述的纸张计数显示装置，其特征在于，所述平板电容器包括极板A和极板B，极板A通过导线a与传感器电路相连接，极板B通过导线b与传感器电路相连接；所述极板A位于极板B的正上方，且极板A和极板B之间有间距。
4.根据权利要求1所述的纸张计数显示装置，其特征在于，所述传感器电路为MSP430模块，所述液晶显示模块为LCD液晶显示。
5.根据权利要求1所述的纸张计数显示装置，其特征在于，所述极板A和极板B之间的电容量C为：
Figure 785488DEST_PATH_IMAGE001
，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 106224DEST_PATH_IMAGE003
为极板A和极板B之间的距离，S为极板A和极板B之间正对面积，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
为介电常数，
Figure 558065DEST_PATH_IMAGE005
为真空介电常数，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
为相对介电常数。
6.根据权利要求5所述的纸张计数显示装置，其特征在于，所述电容量C的电容值的计算方法为：根据LC振荡电路的震荡条件：容抗等于感抗，得：X C1 + X C2 = X L ，其中，X C1 为被测电容器容抗，X C2 为LC振荡电路中电容器容抗，X L 为LC振荡电路中电感器感抗，f为LC振荡电路的频率，X C1 = 1/(2πf*C 1 )，X C2 = 1/(2πf*C 2 )，X L = 2πfL，C 1 为被测电容器电容，C 2 为电容器电容，L为电感器电感；所述被测电容器电容C 1 = C 2 /((2πf) 2 *L*C 2 - 1)。
7.根据权利要求1-6任一项所述的纸张计数显示装置的使用方法，其特征在于，其步骤如下：
步骤一、将极板A和极板B接通电源；
步骤二、初始化中断间隔t，每间隔t时间后进入中断；
步骤三、初始化LCD液晶显示，读取测量键状态值，并判断是否开始测量，若是，更新LCD液晶显示并由DSP控制模块自带的蜂鸣器发出一声蜂鸣，否则，测量键状态值为0,结束中断执行步骤四；
步骤四、传感器电路实时探测极板A和极板B之间的电容值的大小，形成电容参数并取M次平均值后传送至DSP控制模块；
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