一、任务
设计并制作纸张计数显示装置，其组成如图1所示。两块平行极板(极板A、 极板 B)分别通过导线 a 和导线 b 连接到测量显示电路，装置可测量并显示置于 极板 A 与极板 B 之间的纸张数量。
二、要求
1．基本要求
（1） 极板 A 和极板 B 上的金属电极部分均为边长 50mm±1 mm 的正方形，导线 a 和导线 b 长度均为 500mm±5mm。测量显示电路应具有“自校准”功能，即正式测试前，对置于两极板间不同张数的纸张进行测量，以获取测量校准信息。
（2） 测量显示电路可自检并报告极板 A 和极板 B 电极之间是否短路。
（3） 测量置于两极板之间 1~10 张不等的给定纸张数。每次在极板间放入被测纸张并固定后，一键启动测量，显示被测纸张数并发出一声蜂鸣。每次测量从按下同一测量启动键到发出蜂鸣的时间不得超过 5 秒钟，在此期间对测量装置不得有任何人工干预。
2．发挥部分
（1） 极板、导线均不变，测量置于两极板之间 15~30 张不等的给定纸张数。对测量启动键、显示蜂鸣、测量时间、不得人工干预等有关要求同“基本要求(3)”。
（2） 极板、导线均不变，测量置于两极板之间 30 张以上的给定纸张数。对测量启动键、显示蜂鸣、测量时间、不得人工干预等有关要求同“基本要求(3)”。
（3） 其他。
三、说明
（1） 被测纸张一律为 70g 规格的 A4 复印纸，极板 A、B 电极接触被测纸张的具体位置不限。测试时使用测试现场提供的同规格纸张。
（2） 极板 A、B 可用金属板材制作，也可用双面覆铜板（简称双面板）制作。双面板的一面加工出边长 50mm±1mm 的正方形覆铜电极板，另一面允许有用于焊接导线 a、b 的过孔焊盘与引线、不允许有覆铜面网。禁止用多层板制作极板。
（3） 极板 A、B 与导线 a、b（信号线）必须为二线制平行极板结构，每块极板的电极只能连接一根信号线；导线 a、b 的线缆类型与排布方式不限。极板、导线不符合上述要求的不予测试。
（4） 参赛者自行设计极板与纸张之间的结构，使两极板能压紧或夹紧被测纸张，该结构不得增加电极板面积；极板 A、B 与导线 a、b 部分不得安装或连接元器件、其他传感器或量器，否则不予测试。
（5） “自校准”应在测试前的作品恢复准备阶段完成，开始测试后不得再进行“自校准”操作。
（6） 每次开始测量只能按同一个启动键（只能按一次），完成测量时发出蜂鸣音并显示锁定的被测纸张数，无法锁定显示纸张数的不得分。
专家分享与解析：
北京理工大学韩力—纸张计数显示装置（F题）解析与交流
GPT-4o给出的设计方案：
一、任务概述
设计并制作纸张计数显示装置，由两块平行极板（极板A和极板B）通过导线连接到测量显示电路，用来测量并显示两极板之间的纸张数量。
二、组件及其参数
-
极板和导线
- 极板A和极板B：金属电极部分均为边长50mm±1mm的正方形。
- 导线a和导线b：长度均为500mm±5mm。
-
测量显示电路
- 具备自校准功能。
- 测量并显示纸张数量、发出提示音。
三、具体要求
-
基础要求
- 通过极板进行测试，获得测量数据信息。
- 检查极板短路情况。
- 测量不同数量纸张时的电压变化，每次运行不超过5秒。
- 设备在永久性安装前能够进行自校准。
-
实现功能
- 测量并显示纸张数量。
- 发出提示音警示。
- 测量数据需在误差范围内。
四、设计步骤
-
极板及导线的准备
- 按照规格准备极板A和极板B，金属电极部分均为50mm±1mm的正方形。
- 准备导线a与导线b，长度为500mm±5mm。
-
装置组装
- 极板A与极板B分别通过导线a和导线b与测量显示电路进行连接。
- 确保连接牢固无松动。
-
电路设计
- 使用高灵敏度传感器，确保测量纸张数量的准确性。
- 电路内含自检模块，检测极板A与极板B是否短路。
- 设计电路能够测量并区分1~10张的纸张数量，并在测量完成后显示结果并发出提示音。
-
校准
- 在正式测量前，使用不同纸张数量进行多次校准，确保测量准确性。
- 校准期间测量误差应在设计允许范围内。
-
测试与调试
- 测试不同数量的纸张，观察测量结果和显示情况。
- 在设备运行和常规使用中监测设备的稳定性和准确性，确保每次测量时间不超过5秒。
五、注意事项
-
纸张选择
- 选用符合规格的70g/m²标准A4复印纸。
-
导线与连接
- 确保导线长度和位置符合标准，避免连接错误或松动。
-
环境布置
- 测试设备应在干燥环境中运行，避免高湿度和高温对测量结果的干扰。
-
维护
- 定期校正设备，保持测量精度。
- 设备使用前确保进行自检操作，设备故障时需进行维修或更换。
通过以上设计方案，可以有效地构建一个准确且稳定的纸张计数显示装置。
本题考察的知识点
本项目设计考察了多方面的硬件工程知识，包括传感器技术、测量与显示电路设计、数据采集与处理、系统校准与调试、以及硬件组件连接与布局等内容。需要掌握金属电极的尺寸与材料选择，导线的长度和连接，以及测量电路的构建和自检功能。在校准操作部分，要求通过多次测量和调整确保系统稳定性与准确性。此外，还涉及到信号处理与误差分析，确保硬件能够在限定时间内准确测量和显示纸张数量。在项目实现过程中，需要综合运用电子、物理和数学等学科的知识。
