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明天分享A题国二作品讯号失真度检测装置，来自上海学院宋晓朋，张广源，王震团队。
在电赛清单发送后，我们就开始提早打算订购元件，并且因为延后可能改题了，去年小球都没用上，出题目时侯好多元件根本不够，不过好在去年的A题不须要提早打算元件，给了好多不便捷买元件的队伍希望。
作品介绍&功能演示
我们团队训练方向好多，主学单片机是STM32系列，做过19年的高频题目，17年控制类题，而且明年货车题目难度很大且元件不足，最后经过比较剖析选择了A题。去年A题难度最低，硬件设计与调试少，解题思路简单，主要是傅里叶变换算法和纹波提取方式的调试和改进，fft算法模板在MSP432的解释器代码中有，难点就是要想做好要用高性能单片机MSP432或则C2000，有的朋友可能事先没学过这种单片机。
解题思路
首先，示波器输出失真波形传给选择放大电路，借助MSP432432EE401401401Y的12位ADC将输入讯号由模拟量转为数字量，之后送入傅里叶变化算法得出频谱，由于最大失真度大于50%，通过选定最急剧值确定杂讯，进而提取2-5次纹波份量。将提取的纹波幅值归一化后，显示在OLED上，并借助并口发送给手机，在手机上显示。一个周期的波形显示则是借助纹波和基波的幅值，傅里叶反变换后显示波形，由于发送的一定是正弦波，只要晓得纹波幅值跟杂讯就可以合成出原波形。
系统硬件组成
由两个单片机MSP432432EE401401401Y（做数据处理）和MSP432432PP401401401R（波形和数据显示），手机发送采用的是HC-05蓝牙支持2.0合同，显示屏是SPI总线的0.96寸液晶显示屏，以及借助A5W-K讯号熔断器和OPA227UA精密运算放大器搭建的电流放大电路。
硬件系统框图：
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主控制器MSP432432EE401401401Y程序流程图如图所示：
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子控制器MSP432432PP401401401R程序流程图如图所示：
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本设计将输入讯号经过放大器判定是否放大后传给单片机，经过单片机的ADC取样转化为数字量，经剖析处理后将频域讯号数据转换成时域讯号数据，提取频域，并按照栅极，估算2-5次纹波份量的值，之后估算出失真度检测值、基波与纹波的归一化幅值等数据，并将数据发送给子控制器MSP432432PP401401401R，子控制器逆傅里叶变换推出一个周期的波形图象，通过OLED显示THDx、基波与纹波的归一化幅值和波形图象，并通过无线模块将各数据及波形发送给手机，于手机端显示。
详尽实现过程
后置放大：
借助一个二极管接单片机电源驱动A5W-K熔断器，当单片机未给高电平时熔断器断掉，输入讯号直连入单片机。当输入讯号幅值大于120mV时，单片机引脚给高电平，讯号熔断器导通，输入讯号通过一个OPA227UA精密运算放大器放大三倍后，输入给单片机，实现后置选择性放大。由于实验室元件有限，临时搭建电路，疗效挺好，小讯号30mV时正好满足题目要求大于百分之三。
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后置放大电路原理图
实物电路图：
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软件算法部份：
1）快速傅里叶变换
波形数据经主控制器MSP432432EE401401401Y内部ADC通道输入后，因为开始可能存在干扰，会放弃最早采集到的几组数据（我们放弃了前12组数据，实测疗效最好），又由于我们通过ADC通道采集的数据为离散取样的频域数据,未能直接得出所需的各纹波份量，需将频域讯号转换为时域讯号，将要输入讯号当做多个正弦波讯号的叠加，之后求出各正弦波的幅值。
2）扫描窗口提取纹波
在高于50%的失真度前提下，通过搜索最大值的方式可以提取到基波的频度，之后以基波的频度为基准，计算出基波的频度。用1M取样率乘以基波频度作为间隔点，将采集到的数据将采集到的数据以间隔点的整数倍选择性的抽取，提取扫描到的极值为纹波份量。该算法可以防止偏差，确切地提取到各纹波的份量。
3）子控制器MSP432432PP401401401R程序设计
接收到主控制器发送的归一化幅值后，MSP432432PP401401401R通过公式：
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估算出讯号失真度。
通过各次纹波的归一化幅值，借助推论公式，
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因为OLED可以显示128个点，所以积分公式的上下限为0～128，因而逆推出输入讯号的一个周期的波形。
手机显示：
手机显示波形，为了保证接受数据的确切行，我们在发送的数据包上降低了检错位‘[’和’]’放在起始位跟结束位，保证接收的数据的正确性，这儿手机显示借助蓝牙HC-05的无限透传。
手机的图象显示，我们采用字符画显示方式，原理：手机一次能显示64位数据，我们首先声明一个66个字节的链表（65，66回车换行），我们即将显示的波形取整，限幅在64，按照他的幅值确认他在链表中的第几位，幅值‘*’，其他幅值‘‘，连续发送128个这样的字段给手机，画出一个周期的图形。而且时间紧张，没找到绘图的app，只能这样绘图了，疗效还不错。
作品实物图及检测数据
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大赛时现场检测时的数据：
在联赛时评委会随意说出波形，之后给你时间检测，共三组数据，分别是：
基波400mV，U3=80mV，U5=60mV，f=1kHz；
基波200mV，U3=30mV，U5=16mV，f=50kHz；
基波40mV，U5=4mV，f=100kHz。
下边是我组检测的数据：
第一组：理论值为THDx=25%，检测值为23.8%，偏差为2%
第二组：理论值为THDx=17%，检测值为15.2%，偏差为2%
第三组：理论值为THDx=10%，检测值为9.7%，偏差为2%
下边介绍一下我们拿来增强精确度和算力的创新点：
1）采用单通道单次取样而非单通道循环取样，避免接收到的数据发生溢出，
解决运算速率不足的问题。
2）将采集到的4096个取样讯号通过FFT估算出各次纹波份量，多次取样取
纹波的平均值，使波形逐步向中间靠拢，牺牲了空间复杂度换取数值的确切度充
分借助MSP432高速率的性能。
3）采用两个单片机同时工作的方法，来提升系统运作的速率，借助一个单片
机进行频谱剖析，另一个单片机进行波形合成，达到快速剖析失真度并快速显示
的疗效。
4）通过给输入讯号降低适当的直流偏置（我们用的函数讯号发生器是DG2052），使函数值坐落X轴上方，以便进行ADC采集。
赛后总结
我们的系统可以稳定检测1-100kHz杂讯范围，30-600mV电流，失真度大于50%的波形，测得的数据都在题目要求的偏差之内，而且可以精准检测频度。但还有改进的地方，例如可以采用性能更高的单片机C2000，由于ADC取样速度越高，检测越确切，可以在FFT变换后的卷积波形加窗函数，这样可以很大程度上减轻偏差，假如事先做过一些后置放大，也可以用来用用滤出噪音，除了是讯号源须要检波，你的电源也要紧密，低噪音，假若采用充电宝供电，建议不要采用带电源灯的，led灯闪动的时侯，也会导致轻微的电源干扰。
总的来说，A题涉及的硬件部份较少，结构简单，但是相比于货车，基础部份十分简单，前两问都是直接调讯号发生器就可以，所以在完成所有问的同时最好能降低一些创新功能，或则将题目要求范围扩大，这样才有可能拿国奖。
最后谢谢指导老师团队的辛劳指导和大学校区的大力支持！
END
