【分享】第12组彭士宸、刘远航 纸张厚度测量系统

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一、作品简介
   纸张厚度测量系统基于迪文 T5L 智能屏实现，以迪文 T5L 智能屏内置的 CPU_OS 核为核心控制单元，运行 8051 代码完成核心逻辑控制，结合超声波传感器、T5L 屏显示驱动、按键交互电路等模块，实现了纸张厚度测量系统的完整设计。系统通过 CPU_OS 核驱动超声波传感器完成非接触式信号采集，经 “多张叠加测量 + 温度补偿 + 均值计算” 的算法优化后，将测量精度控制在≤0.1mm，并借助 T5L 屏的二次开发实现厚度数据的实时可视化展示，可以测量纸张总厚、单张纸的厚度，并预估纸张数量。共完成有3种实现方式，分别是：（1）HC-SR04超声波模块+DHT11温湿度检测模块+CD4069反相器+迪文 T5L 智能屏；（2）US-016超声波模块+迪文 T5L 智能屏（内置板载16 bit ADC）；（3）US-016超声波模块+ADS1115 16 bit ADC+迪文 T5L 智能屏。


二、工作原理

通过对作品拟达到的检测精度要求，对多种超声波传感器模块进行了原理分析和选择。

（1）基于往返时间直接测距的超声波测距模块（HC-SR04超声波传感器模块）

超声波模块返回往返时间值给主控计算出具体距离：假设传感器距离桌面的垂直距离s0与传感器距离放置在桌面上的纸的顶部的垂直距离s1之差，为纸张的厚度h。记在测量时超声波传播的速度为v，测量距离桌面垂直距离时超声波发射的时刻t1，接收到超声波的回波时刻为t2，测量距离纸面垂直距离时超声波发射的时刻t3，接收到超声波的回波时刻为t4。则纸张厚度h为：h=s0-s1=0.5*v(t2-t1)-0.5v(t4-t3).

首先主控（T5L 的 CPU_OS 核）输出 15μs高电平触发模块发射 40kHz 超声波，外部中断EX0检测将接收的回波经反相器之后的下降沿，启动定时器T0开始计时，外部中断EX1检测不经反相器的接收的回波结束时的下降沿，停止计时。

（2）基于返回模拟电压值间接测距的超声波传感器模块（US-016超声波传感器模块）

核心工作原理：

量程配置：上电后配置 Range 引脚电平，高电平对应 3m 量程，低电平对应1m 量程。发射接收：模块周期性发射40kHz 超声波脉冲，遇障碍物反射后被接收端捕获。

距离计算：L=1024*VOUT/VCC

对于返回模拟电压值间接测距的超声波传感器模块测量的分辨率，本质取决于电压采样的最小分辨单位，而这个单位由 ADC 的位数和参考电压决定。US-016的模拟输出特性，完美适配高精度 ADC，对于返回的模拟电压可通过采用高位AD转换器实现极小的电压分辨率，最后通过距离计算公式得到极高的采样精度。

三、设计思路
总体设计:

  方案一：HC-SR04+ 反相器双中断测距

利用HC-SR04 的 ECHO 回波信号，通过反相器拆分“上升沿 / 下降沿”，配合T5L 的双外部中断 + 定时器，实现高精度回波时间测量。

HC-SR04 的ECHO 信号直接接 T5L 的 EX0，同时经CD4069 反相器后接 EX1 → 实现“ECHO 上升沿触发 EX0、下降沿触发 EX1”。

        T5L 通过 T1/T2 定时器实现硬件延时，用于生成 HC-SR04 的 TRIG 触发信号（12us高电平）。

        启动测距后，ECHO 上升沿触发EX0 中断 → 启动 T0 定时器计时；ECHO下降沿触发 EX1 中断 → 停止T0 计时。

  方案二：US-016板载 ADC 直连测距

选用板载16bit ADC 连接到 US-016 模块，直接通过采样模拟电压，简化硬件电路。

方案三：US-016+ADS1115外扩 ADC 测距

通过外扩16bit ADC（ADS1115）采集US-016 的模拟电压，转化为数字量后再经 I2C 传输给 T5L。

演示视频:通过网盘分享的文件：演示视频.zip 链接: https://pan.baidu.com/s/1YXklIjiXVixpEijinvzp6A?pwd=gbaj 提取码: gbaj
工程文件在附件中。