2023全国大学生电子设计大赛B题设计报告

全国大学生电子设计大赛B题设计报告关注的是同轴电缆长度与终端负载的检测。系统基于STM32单片机，采用FDC2214电容传感器，通过继电器切换和LCD显示模块来实现功能。该系统能测量1000至2000厘米同轴电缆的长度，误差不超过5%，并能识别10至30欧姆的电阻和100至300皮法的电容。 系统方案的选择： 1. 同轴电缆长度测量采用了电容变化与长度成正比的原理。通过FDC2214测量电缆与负载的电容，而不是采用时域脉冲反射计法，以降低成本并保证测量精度和稳定性。 2. 终端负载检测利用FDC2214电容通道检测线路电流变化。开路时，系统检测到无电流；通过电阻时，有恒定电流；而通过电容时，会有暂态电流，通过这些特征判断负载类型。相较于通过回波信号分析的方案，这个方法更为简单且实用。 理论分析与计算： 1. 电缆长度计算基于电容与长度的正比关系，通过(2-1)式计算，其中涉及电缆的内外导体直径和绝缘介质的介电常数。 2. 终端负载类型检测通过电流特性区分：开路时无电流，电阻时有恒定电流，电容时有暂态电流。 3. 终端电阻值计算利用电阻率、长度和横截面积的关系式(2-1)、(2-2)和(2-3)进行。 4. 终端电容值计算依据电容与长度的正比关系，结合(2-5)、(2-6)和(2-7)来确定，需要了解电缆的尺寸和绝缘介质的介电常数。 硬件架构： 1. 系统硬件框图包括STM32单片机、FDC2214电容传感器、继电器切换和LCD显示等模块，其中激励信号发生电路通过LC振荡产生激励信号，信号检测电路则用于接收和处理返回信号。 2. 激励信号发生电路通过外部电流源驱动LC电路，产生激励信号，该信号在同轴电缆中传播。 3. 信号检测电路则负责接收并处理电缆上的信号，检测其变化以判断电缆长度和终端负载。 此设计实现了对同轴电缆的高效检测，具备良好的实时性和人机交互界面，满足了比赛要求并展示了STM32在电子设计中的应用能力。