基于单片机的自行车测仪的设计第一章 绪论1.1系统开发背景 自行车功能单一，没有任何的电子设备，不像摩托车和汽车。我们可以知道机动车工的行驶速度，里程，发动机转速和温度，甚至还可以知道轮子是否打滑。自行车不能获知一些行车状态的信息，使用起来有时会觉得美中不足。 本文从最贴近人们生活出发，旨在解决人们使用自行车时无法获取行车状态的问题，尝试设计一款低成本多功能的里程表，它集平均速度，温度，显示当前时间，里程于一身。考虑到自行车的使用人群涵盖了所有年龄段，所以经济性、易操作性、易安装性也是本作品的一大特点。 1.2系统的开发目的和意义v转速是工程中应用非常广泛的一个参数，其测量方法较多，随着大规模及超大规模集成电路的发展，全数字测量仪器越来越普及，其转速测量仪器也可以用全数字化处理。在测量范围和测量精度方面都有很大提高。v本设计以单片机为中心，设计全数字化测速仪器，这在工业控制和民用电器中都有较高的使用价值。本设计利用AT89C52单片机设计一种全数字化测速仪器，并从实际角度出发，为今后的实际使用提供参考。v总之，转速测量仪器的研究是一个非常有意义的课题。第二章 系统方案论证与选择2.1方案论证 要测速，首先要解决是采样的问题。在使用模拟技术制作测速表时，常用测速发电机的方法即将测速发电机的转轴与待测轴相连，测速发电机的电压高低反映了转速的高低。使用单片机进行测速，可以使用简单的脉冲计数法。只要转轴每旋转一周，产生一个或固定的多个脉冲，并将脉冲送入单片机中进行计数，即可获得转速的信息。 在本方案中，测量转速的霍尔传感器固定在自行车上，被测磁钢固定在车轴上，在车子行驶过程中，车轮带动被测磁钢旋转，当霍尔传感器检测到磁钢时输出电压产生变化，经单片机处理后，在LCD上显示出来。2.2 测速装置的比较与选择 1 1光电开关具有体积小，高可靠性，抗干扰，分辨率高，响应速度快，光电开关具有体积小，高可靠性，抗干扰，分辨率高，响应速度快，使用寿命长等优点。但其透镜容易受到粉尘和油污的污染，因此在恶劣环境下使用寿命长等优点。但其透镜容易受到粉尘和油污的污染，因此在恶劣环境下使用，必须采取保护措施。使用，必须采取保护措施。 2 2光电编码器具有结构简单，计算精度高，寿命长，多类型等优点。在光电编码器具有结构简单，计算精度高，寿命长，多类型等优点。在国内外受到推广，在速度等方面应用广泛，但其成本相对较高。国内外受到推广，在速度等方面应用广泛，但其成本相对较高。 3 3红外对管。把红外对管分别安装在自行车车轮的两侧，当车轮转动时，红外对管。把红外对管分别安装在自行车车轮的两侧，当车轮转动时，辐条会阻挡红外对管的光路，接收管输出低电平，单片机根据此信号可计算里辐条会阻挡红外对管的光路，接收管输出低电平，单片机根据此信号可计算里程、速度等。红外对管的优点是测量精度高，缺点是安装比较复杂和容易受外程、速度等。红外对管的优点是测量精度高，缺点是安装比较复杂和容易受外来光线、灰尘等的影响。来光线、灰尘等的影响。 4 4干簧管。干簧管是一种磁敏的有触点无源电子开关元件，应用在里程干簧管。干簧管是一种磁敏的有触点无源电子开关元件，应用在里程表上的原理与开关型霍尔传感器类似。干簧管的优点是成本低廉和安装简易，表上的原理与开关型霍尔传感器类似。干簧管的优点是成本低廉和安装简易，缺点是比较脆弱和不够稳定。缺点是比较脆弱和不够稳定。 5 5开关型霍尔传感器。霍尔传感器是利用霍尔效应把磁输入信号转换成开关型霍尔传感器。霍尔传感器是利用霍尔效应把磁输入信号转换成电信号的器件。把开关型霍尔传感器安装在自行车贴近车轮的支架上，磁钢安电信号的器件。把开关型霍尔传感器安装在自行车贴近车轮的支架上，磁钢安装在辐条上，当磁钢靠近霍尔传感器的时候，传感器输出一个无抖动的低电平，装在辐条上，当磁钢靠近霍尔传感器的时候，传感器输出一个无抖动的低电平，单片机根据此信号可计算里程、速度等。霍尔传感器的优点是稳定和安装简易，单片机根据此信号可计算里程、速度等。霍尔传感器的优点是稳定和安装简易，缺点是成本相对较高。缺点是成本相对较高。 通过比较，霍尔传感器更适用于本设计，故选用其做为本设计的测速装置。通过比较，霍尔传感器更适用于本设计，故选用其做为本设计的测速装置。第三章 工作原理3.1 平均速度计算原理 自行车速度检测的原理是在自行车前轮叉上安装一个霍尔传感器，靠近前轮叉的前轮上安装一个永久性磁钢。在车子行进的过程中，轮子不停的转动，当磁钢经过霍尔传感器时，产生中断，这时计数器的值加1，在一个特定的时间T内进行速度计算，设一个计数值N，接收信号中断一次N就加1，在时间T内产生信号中断几次N的值就为多少。这样就可计算出时间T内的平均速度。如公式2-1所示。 V=2RN/T （2-1） 为自行车车轮周长，T为自行车行驶时间，N为自行车车轮转动圈数。于T为常数，程序只要检测N即可。3.2 里程计算原理设里程为S，刚开始使用时S1=0。在一个特定的时间T内进行里程计算和刷新，S0为一个周期内刷新的里程。程序只要检测计数值N即可计算出里程。如公式2-2和2-3。 S0=2RN （2-2） S=S1+S0 （2-3）3.2系统结构图自行车测速仪控制系统霍尔传感器温度传感器时钟芯片LCD显示按键3.4 系统硬件框图AT89C52 P0.0P0.7 P1.0P1.2 P2.1P2.4 P2.5 P2.6 P2.7 P3.2 P3.4DB0DB7 RS LCD R/W 1602 E时钟芯片DS1302按键霍尔传感器温度传感器DS18B203.5 系统原理图第四章 软件流程图 系统初始化部分主要是对系统的定时/计数器进行设置，因为本系统的速度检测是通过定时/计数器来实现，所以需要用定时/计数器相关的寄存器进行初始化。而其他模块的初始化在各模块函数中初始化。系统初始化还对一些变量进行定义、赋初值。开始系统初始化开中断 、开定时器调用显示温度子程序是否按下SET键？设置时间NY调用显示时间子程序调用显示速度子程序定时器是否到5SYN难点与解决措施 最初霍尔传感器检测到信号与没有检测到信号时，其输出电压在0到1.9 V间跳动，单片机无法识别，通过使用三极管进行放大，还是无法达到0至5V的跳变，经过修改电路，使其达到要求。 在进行测速时，始用的查询法，有时程序执行到该语句时，霍尔传感器还未检测到信号；有时霍尔传感器检测到信号时，程序尚未执行到该语句。如此一来错过许多次检测，造成了很大的误差。 最后采用中断法，当检测到信号时产生中断，用中断计数。这一问题得以解决。功能说明 上电后，进入主界面，显示当前时间和温度及速度。 1按下SET键，进行调整时间，按下OK键进行年调整，按U/S键加，D/E键减，次按下OK键，进入月调整，依次类推进行调整，调整结束后，按SET键结束时间调整。 2按下U/S键，进入显示总路程和总平均速度界面，按下D/E键返回主界面。结论 本设计采用MCS-51系列的89C52作为主控中心，实现对自行车测速系统的控制。通过两个月的设计与调试，本系统能够实现平均速度计算、里程计算、时间与温度显示的功能，硬件工作正常，系统运转正常。并能够将速度精确到0.1m/s，里程精确到0.1m，温度精度到0.1。在可靠性和精确性方面，此自行车测速系统的设计达到了最初的要求。