多功能自行車碼表設計

趙小蘭，胡 征，王培坤，林曉歡，莊衍豎，黃維沛

（華南理工大學電子與信息學院，廣東廣州，510641）

0 引言

在經(jīng)濟高速發(fā)展的今天，自行車不再是一種簡單的交通工具，而成為一項考驗人的耐力的戶外運動。隨著身邊的騎行客的增加，與自行車相關的戶外裝備市場也被帶動的熱火起來，碼表就是騎行客必備的裝備之一。而市場上的碼表品牌繁多，價格也從幾十到上千不等，品質(zhì)不一、安裝也較復雜。方便、美觀、精確的自行車碼表具有一定的實用價值。本文設計的碼表適合廣大自行車業(yè)余愛好者，除去了許多華而不實的復雜功能，節(jié)省資源，性價比高，能實現(xiàn)娛樂和鍛煉的雙重效果。

1 碼表各功能原理

1.1 速度

用霍爾傳感器A44E來實現(xiàn)測速功能，他的工作方式為：只要有磁性物體在傳感器，則數(shù)據(jù)腳會輸出高電平。把磁鐵固定在車輪外圍的鋼絲上，把傳感器固定在旁邊的支撐架上。車輪每轉(zhuǎn)一圈，磁鐵就經(jīng)過一次A44E上方，則A44E輸出一個上升沿和一個下降沿。利用單片機的中斷口，來檢測下降沿，即轉(zhuǎn)過的圈數(shù)，每隔一定時間，記下轉(zhuǎn)過的圈數(shù)，即可算出那段時間的平均速度。

1.2 溫度/濕度

通過單片機對溫濕度傳感器DHT11寫控制字，DHT11可以讀周圍環(huán)境的溫濕度，并用串行數(shù)據(jù)的方式從數(shù)據(jù)腳傳出，用單片機讀回來并經(jīng)過換算就可知道周圍環(huán)境的溫度、濕度。

1.3 時鐘

用單片機的中斷或者時鐘芯片來做?？紤]到用時鐘芯片寫時間比較準確，我們用時鐘芯片DS1302來產(chǎn)生時鐘數(shù)據(jù)，通過單片機讀回來，經(jīng)過換算就可以得到現(xiàn)在的時間值。

1.4 里程數(shù)

里程數(shù)記錄著從碼表開始使用到現(xiàn)在自行車行駛過的路程，需要掉電保存。STC12LE5A60S2中有自帶的EEPROM，可以掉電保存數(shù)據(jù)，所以把里程數(shù)存入芯片自帶的EEPROM中。EEPROM可刷新次數(shù)在幾十萬次左右，故考慮到碼表的使用時間長度，每行駛1km刷新一次數(shù)據(jù)，可存儲較長的里程數(shù)，使用較長時間。

1.5 顯示

顯示是自行車碼表里功耗最大的一個模塊。本文選用NOKIA5110來顯示各項數(shù)據(jù)。Nokia5110可以控制背光的開關，并且可以顯示數(shù)字，字母。我們只要往液晶的主控芯片中寫指令，寫數(shù)據(jù)就可以控制液晶顯示出我們想要的數(shù)據(jù)了。

2 系統(tǒng)設計方案

系統(tǒng)設計框圖如圖1所示，經(jīng)穩(wěn)壓芯片AMS1117-3.3穩(wěn)壓后的電池電壓供給碼表中的各個器件。其中，測速用到的A44E脈沖用單片機中斷INT0讀入并記下，3s算一次速度；溫度、濕度由傳感器DHT11讀入，傳給單片機并換算成溫濕度；時鐘由時鐘芯片DS1302來控制；里程數(shù)存入單片機自帶的EEPROM中。碼表上帶有4個獨立按鍵，用來設置初始時間，切換顯示數(shù)據(jù)。上述的所有數(shù)據(jù)都由NOKIA5110來顯示。

系統(tǒng)主要實現(xiàn)以下功能：時間設置，顯示時間。顯示自行車行駛的平均速度。顯示當前環(huán)境的溫度、濕度。顯示行駛的總里程數(shù)。

3 系統(tǒng)的硬件和軟件設計

3.1 系統(tǒng)硬件設計

此自行車碼表從設計上可以分成5個模塊：時鐘模塊，霍爾傳感器測速模塊，溫濕度測量模塊，單片機最小系統(tǒng)，顯示模塊。其中，時鐘模塊、霍爾傳感器測速模塊和溫濕度測量模塊的傳感器都是接3.3V電源和地，然后數(shù)據(jù)腳接一個上拉電阻，接到單片機。Nokia5110接好電源和地線，數(shù)據(jù)腳接到單片機。四個獨立按鍵一端接到地，一端接到單片機的I/O口。6V電源，經(jīng)過3.3V的穩(wěn)壓芯片得到3.3V的電源。系統(tǒng)硬件原理圖如圖2所示。

3.2 系統(tǒng)軟件設計

軟件部分是主控程序模塊、液晶顯示模塊、EEPROM里程數(shù)記錄模塊、DS1302時鐘模塊、DHT11溫濕度傳感器讀寫模塊、速度測量模塊和延時模塊，流程圖如圖3所示。程序先對液晶初始化，對定時器0初始化（測速用）；然后進入主程序的循環(huán)；先執(zhí)行時鐘走動和顯示時間函數(shù)；后進入顯示溫濕度模塊；接著讀取3s鐘內(nèi)時鐘轉(zhuǎn)過的圈數(shù)，換算成速度并顯示；最后計算經(jīng)過的里程數(shù)，如果相對上次刷新又走過1km，則重新寫入EEPROM中，否則跳過，一直執(zhí)行這個循環(huán)。獨立按鍵掃描在時鐘顯示模塊中進行。

4 系統(tǒng)調(diào)試和分析

經(jīng)過各個模塊的軟硬件調(diào)試，確定各部分都沒有問題，則進行系統(tǒng)調(diào)試。調(diào)試結(jié)果為：溫度在正常環(huán)境下誤差在2～3攝氏度之間。而在速度較小的時候，測速誤差較大，速度大的時候，測速誤差小。EEPROM記錄里程數(shù)有一定誤差，因為只是本次開機后行駛滿1KM才可以刷新重新保存，如果這次開機后剛好行駛0.9KM然后關機了，則這段距離就不會被記錄到芯片中，久而久之會有一定誤差。

圖2 系統(tǒng)硬件原理圖

5 結(jié)語

本文設計的多功能自行車碼表，把多種功能集合到碼表上，但是成本低、功耗小，可幫助自行車愛好者隨時掌握自己鍛煉的各種環(huán)境參數(shù)。經(jīng)過實際使用，盡管碼表外形設計暫時未做到精美，但是測量的各項指標都很好，誤差小、穩(wěn)定度高、可正常在室外使用。

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