題目概述

????????要求利用極板電容原理來測(cè)試紙張數(shù)量。測(cè)試方法為兩片覆銅板之間夾A4紙。題目對(duì)銅板的面積做了限制，50mm的方形。根據(jù)極板電容的原理，介質(zhì)不變的情況下，電極面積越大，極板距離越小，電容量越大。這里覆銅板就是電極，紙就是介質(zhì)。紙張的數(shù)量來調(diào)節(jié)極板間的距離。極板面積不變，介質(zhì)不變，這個(gè)極板電容的容值就跟紙張數(shù)量相關(guān)。

????????紙張數(shù)量少的時(shí)候，變化一頁紙，產(chǎn)生的ΔC電容變化相對(duì)就大。紙張數(shù)量多則變化一頁紙ΔC就小。所以題目的難度按能檢測(cè)的紙張數(shù)量來劃分。基本要求是10頁紙，發(fā)揮部分是15到30頁，更高部分為30頁以上。

????????題目就轉(zhuǎn)化為如何高精度的檢測(cè)ΔC這個(gè)變化量。有兩種基本方法來檢測(cè)ΔC。一種是利用電容在一個(gè)頻率下是有容抗值， Zc = 1/ （j*ω*C）。這個(gè)容抗跟電阻串聯(lián)，則ΔC可以改變跟電阻的分壓。容抗也可以用在放大器里，ΔC來改變放大器的放大倍數(shù)。另一種是利用電容作為振蕩器的元件，ΔC來改變振蕩頻率。振蕩器頻率跟標(biāo)準(zhǔn)頻率經(jīng)過鑒相器或者鑒頻器，得到頻率的變化量。也可以進(jìn)頻率計(jì)測(cè)定ΔC產(chǎn)生的頻率值變化。

????????實(shí)際應(yīng)用中，有一種電容式濕度傳感器，跟題目的思路很相似。濕度變化使傳感器電容變化，設(shè)計(jì)電路檢測(cè)電容變化從而得到濕度。也可以參考這方面的設(shè)計(jì)。本文中使用電容阻抗跟電阻串聯(lián)分壓的方法。

第一部分? 阻抗分壓設(shè)計(jì)

????????正弦波使用硬木課堂平臺(tái)的信號(hào)源產(chǎn)生，或者使用DDS芯片產(chǎn)生。題目沒有對(duì)頻率和幅度進(jìn)行限制，所以選擇幅度大一些的信號(hào)有利于檢測(cè)小的ΔC。T4是極板電容和電阻的分壓點(diǎn)。

????????????VT4 = VT3 *? R1/? sqrt(（ 1/（2*pi*f*C）^2 + R1^2）)

?

第二部分? 峰值檢測(cè)設(shè)計(jì)

????????為了降低單片機(jī)的采樣難度，使用峰值檢測(cè)將交流信號(hào)的峰值轉(zhuǎn)化為DC值。單片機(jī)采集直流即可。使用精密二極管整流，然后用RC低通濾波取信號(hào)的直流分量。經(jīng)過一個(gè)U2B正向放大器給單片機(jī)ADC采樣。二極管精密整流的輸入阻抗較小，所以用U1A跟隨一下T4點(diǎn)的阻抗分壓。總共用了2片TL082芯片。

第三部分 單片機(jī)采樣和程序設(shè)計(jì)

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實(shí)驗(yàn)23 定時(shí)器觸發(fā)ADC實(shí)現(xiàn)采集??https://www.yuque.com/yingmuketang/01/gq86hb

第四部分 聯(lián)調(diào)測(cè)試

????????測(cè)試時(shí)，面包板電路跟硬木課堂平臺(tái)的連接方法。硬木課堂實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供電源，萬用表，信號(hào)源，示波器等基本儀器給電路測(cè)試。

正弦波阻抗分壓測(cè)試

????????在運(yùn)放跟隨器后面進(jìn)行測(cè)試。因?yàn)槭静ㄆ魈筋^的寄生電容和輸入電阻會(huì)有影響。所以在跟隨器后面測(cè)試。打開電源給電路供電±12V。

????????設(shè)置信號(hào)源產(chǎn)生10KHz，9.5Vpp的信號(hào)。這個(gè)信號(hào)在后面整體時(shí)可以用DDS芯片或者單片機(jī)編程刷波表產(chǎn)生。

打開示波器，觀察1頁，10頁，20頁時(shí)的波形?？梢钥吹椒冗f減。

二極管精密整流測(cè)試

????????二極管精密整流是用運(yùn)放抵消二極管的導(dǎo)通電壓，實(shí)現(xiàn)

????????????????????????Vout = -（Vin – 2*（Vin的正半周））

????????通過三通道示波器同時(shí)觀察反向加法器的兩個(gè)輸入和輸出，從而實(shí)測(cè)整流過程。電源保持±12V不變。

設(shè)置信號(hào)源S1產(chǎn)生500mVpp，1KHz正弦波

打開示波器，三個(gè)通道同時(shí)觀察?？梢钥吹紸IN3紅色就是精密整流結(jié)果。

紙張變化轉(zhuǎn)直流測(cè)試

????????將阻抗分壓，跟隨器，二極管精密整流和RC濾波，正向放大串聯(lián)起來。就可以測(cè)試極板電容變化轉(zhuǎn)換為直流變化。用硬木課堂萬用表測(cè)試Out直流。后面可以用單片機(jī)ADC采集。

信號(hào)源依舊提供10KHz，9.5Vpp正弦波，電源±12V供電。萬用表使用直流電壓檔。

記錄表格如下

????????單片機(jī)編程時(shí)，根據(jù)這個(gè)實(shí)測(cè)曲線，由測(cè)試電壓反推紙張數(shù)量。

聯(lián)合測(cè)試

????????需要注意的是，由于紙張之間有空隙，需要一個(gè)重物壓實(shí)。重物的選擇要偏重一些，但是不要引起極板變形。重物確定好以后，測(cè)試中不要更換，保持重量不變。這樣紙張的縫隙才能每次測(cè)試近似相同。放置紙張，壓重物，測(cè)試開始，看單片機(jī)顯示的紙張數(shù)。

????????上下極板使用50mm的覆銅電路板。紙張是70g標(biāo)準(zhǔn)的A4紙，裁剪為小方片，方便操作演示。