基于單片機腕式方向燈的實驗室實現(xiàn)

管瑞灝

摘要單片機在電子科學技術(shù)中發(fā)展前景良好，“腕式方向燈”是一種通過控制閃光燈隨環(huán)境變化而變化來提高車輛行駛安全性的一個簡單的單片機控制系統(tǒng)，文章介紹了單片機和角度傳感器的基本原理與設(shè)計思路，通過做實物，仿真編寫程序，完成了設(shè)計要求。

關(guān)鍵詞單片機；角度傳感器；仿真

中圖分類號：TP2 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）11-0011-01

隨著氣候環(huán)境的日益變化，人們越來越多的關(guān)注生活的環(huán)境，自行車的出現(xiàn)又逐漸變成了出行的流行選擇，出行安全不容忽視。汽車和摩托車可以通過配備轉(zhuǎn)向燈來提高安全性，那么騎自行車出行的人們該怎么辦呢？為此市面上出現(xiàn)了“無線自行車轉(zhuǎn)向燈”?！盁o線自行車轉(zhuǎn)向燈”的確可以有效的保護夜間行車的安全，但是要在每一部自行車上都安裝這樣的設(shè)備不僅花費較大，而且非常麻煩。當今社會各類產(chǎn)品都是向成本低、簡單輕巧、易攜帶、安裝簡單的方向發(fā)展?！巴笫睫D(zhuǎn)向燈”它可以像手表一樣直接戴在手腕上，當你需要轉(zhuǎn)向的時候只要將手臂揚起向后面的車輛示意，轉(zhuǎn)向燈就能夠自動探測手臂位置的變化并開始閃爍從而提醒后面的車輛?！巴笫睫D(zhuǎn)向燈”不僅攜帶方便，而且制作成本低，又不用像安裝汽車轉(zhuǎn)向燈那樣耗費時間，這樣的產(chǎn)品不僅非常方便，而且能夠大大增強騎車的安全性。

單片微型計算機簡稱單片機，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的縮寫MCU表示單片機，單片機又稱單片微控制器，它不是完成某一個邏輯功能的芯片，而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。單片機由運算器，控制器，存儲器，輸入輸出設(shè)備構(gòu)成，相當于一個微型的計算機（最小系統(tǒng)），和計算機相比，單片機缺少了外圍設(shè)備等。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學習、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學習使用單片機是了解計算機原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。

由于單片機在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，單片機由僅有CPU的專用處理器芯片發(fā)展而來。最早的設(shè)計理念是通過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復(fù)雜的而對體積要求嚴格的控制設(shè)備當中。

1腕式方向燈的設(shè)計

1）單片機的選擇[2][3]：實驗選擇AT89C51系列單片機的精簡版本AT89C2051。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。如圖1所示。

圖1AT89C51單片機

2）傳感器選擇[1]：傳感器（英文名稱：transducer/sensor）是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求，它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，敏感元件：指傳感器中能直接感受或響應(yīng)被測量的部分；轉(zhuǎn)換元件：指傳感器中能將敏感元件感受或響應(yīng)的被測量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測量的電信號部分。本實驗中選則的傳感器為ADXL335角度傳感器，它是一款小尺寸、薄型、低功耗、完整的三軸加速度計，提供經(jīng)過信號調(diào)理的電壓輸出，能以最小±3 g的滿量程范圍測量加速度。它可以測量傾斜檢測應(yīng)用中的靜態(tài)重力加速度，以及運動、沖擊或振動導致的動態(tài)加速度，如圖2所示。

圖2ADXL335角度傳感器引腳圖

3）滾珠開關(guān)位置擺放[4]。根據(jù)工作原理，怎樣才能保證只有在腕式方向燈成90°時，三個開關(guān)才能同時閉合是保證方向燈正常工作的前提。經(jīng)多次實驗，我們把方案確定為：①將S1，S2，S3均垂直于β面放置。②S2開關(guān)向上旋轉(zhuǎn)15°，S1，S3開關(guān)向下旋轉(zhuǎn)15°。③S1，S3分別向L*方向旋轉(zhuǎn)，使S1，S3分別與β成45°此時在P方向下平面β繞L*逆時針旋轉(zhuǎn)時S1角度增大S2角度減小，P方向下平面β繞L*順時針旋轉(zhuǎn)時S1角度減小S2角度增大，這兩張情況下，都保證了S1，S3中有一個是斷開的，滿足設(shè)計要求。

2實驗結(jié)果

實驗結(jié)果顯示，該腕式轉(zhuǎn)向燈能在自行車的行進過程里起到提醒其他車輛避讓的作用，但是也存在精度不夠，亮度不大的問題，這都是今后產(chǎn)品走出實驗室，進入市場需要進一步改進的不足。

參考文獻

[1]王化祥，張淑英.傳感器原理及應(yīng)用[M].天津：天津大學出版社，1997.

[2]彭樹生.PIC單片機原理及應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002.

[3]竇振中.PIC系列單片機原理和程序設(shè)計[M].北京：北京航空航天大學出版社，2000.

[4]全國大學生電子設(shè)計競賽組委會.全國大學生電子設(shè)計競賽獲獎作品精選[M].北京理工大學出版社，2006.

endprint

摘要單片機在電子科學技術(shù)中發(fā)展前景良好，“腕式方向燈”是一種通過控制閃光燈隨環(huán)境變化而變化來提高車輛行駛安全性的一個簡單的單片機控制系統(tǒng)，文章介紹了單片機和角度傳感器的基本原理與設(shè)計思路，通過做實物，仿真編寫程序，完成了設(shè)計要求。

關(guān)鍵詞單片機；角度傳感器；仿真

中圖分類號：TP2 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）11-0011-01

隨著氣候環(huán)境的日益變化，人們越來越多的關(guān)注生活的環(huán)境，自行車的出現(xiàn)又逐漸變成了出行的流行選擇，出行安全不容忽視。汽車和摩托車可以通過配備轉(zhuǎn)向燈來提高安全性，那么騎自行車出行的人們該怎么辦呢？為此市面上出現(xiàn)了“無線自行車轉(zhuǎn)向燈”?！盁o線自行車轉(zhuǎn)向燈”的確可以有效的保護夜間行車的安全，但是要在每一部自行車上都安裝這樣的設(shè)備不僅花費較大，而且非常麻煩。當今社會各類產(chǎn)品都是向成本低、簡單輕巧、易攜帶、安裝簡單的方向發(fā)展?！巴笫睫D(zhuǎn)向燈”它可以像手表一樣直接戴在手腕上，當你需要轉(zhuǎn)向的時候只要將手臂揚起向后面的車輛示意，轉(zhuǎn)向燈就能夠自動探測手臂位置的變化并開始閃爍從而提醒后面的車輛?！巴笫睫D(zhuǎn)向燈”不僅攜帶方便，而且制作成本低，又不用像安裝汽車轉(zhuǎn)向燈那樣耗費時間，這樣的產(chǎn)品不僅非常方便，而且能夠大大增強騎車的安全性。

單片微型計算機簡稱單片機，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的縮寫MCU表示單片機，單片機又稱單片微控制器，它不是完成某一個邏輯功能的芯片，而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。單片機由運算器，控制器，存儲器，輸入輸出設(shè)備構(gòu)成，相當于一個微型的計算機（最小系統(tǒng)），和計算機相比，單片機缺少了外圍設(shè)備等。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學習、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學習使用單片機是了解計算機原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。

由于單片機在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，單片機由僅有CPU的專用處理器芯片發(fā)展而來。最早的設(shè)計理念是通過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復(fù)雜的而對體積要求嚴格的控制設(shè)備當中。

1腕式方向燈的設(shè)計

1）單片機的選擇[2][3]：實驗選擇AT89C51系列單片機的精簡版本AT89C2051。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。如圖1所示。

圖1AT89C51單片機

2）傳感器選擇[1]：傳感器（英文名稱：transducer/sensor）是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求，它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，敏感元件：指傳感器中能直接感受或響應(yīng)被測量的部分；轉(zhuǎn)換元件：指傳感器中能將敏感元件感受或響應(yīng)的被測量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測量的電信號部分。本實驗中選則的傳感器為ADXL335角度傳感器，它是一款小尺寸、薄型、低功耗、完整的三軸加速度計，提供經(jīng)過信號調(diào)理的電壓輸出，能以最小±3 g的滿量程范圍測量加速度。它可以測量傾斜檢測應(yīng)用中的靜態(tài)重力加速度，以及運動、沖擊或振動導致的動態(tài)加速度，如圖2所示。

圖2ADXL335角度傳感器引腳圖

3）滾珠開關(guān)位置擺放[4]。根據(jù)工作原理，怎樣才能保證只有在腕式方向燈成90°時，三個開關(guān)才能同時閉合是保證方向燈正常工作的前提。經(jīng)多次實驗，我們把方案確定為：①將S1，S2，S3均垂直于β面放置。②S2開關(guān)向上旋轉(zhuǎn)15°，S1，S3開關(guān)向下旋轉(zhuǎn)15°。③S1，S3分別向L*方向旋轉(zhuǎn)，使S1，S3分別與β成45°此時在P方向下平面β繞L*逆時針旋轉(zhuǎn)時S1角度增大S2角度減小，P方向下平面β繞L*順時針旋轉(zhuǎn)時S1角度減小S2角度增大，這兩張情況下，都保證了S1，S3中有一個是斷開的，滿足設(shè)計要求。

2實驗結(jié)果

實驗結(jié)果顯示，該腕式轉(zhuǎn)向燈能在自行車的行進過程里起到提醒其他車輛避讓的作用，但是也存在精度不夠，亮度不大的問題，這都是今后產(chǎn)品走出實驗室，進入市場需要進一步改進的不足。

參考文獻

[1]王化祥，張淑英.傳感器原理及應(yīng)用[M].天津：天津大學出版社，1997.

[2]彭樹生.PIC單片機原理及應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002.

[3]竇振中.PIC系列單片機原理和程序設(shè)計[M].北京：北京航空航天大學出版社，2000.

[4]全國大學生電子設(shè)計競賽組委會.全國大學生電子設(shè)計競賽獲獎作品精選[M].北京理工大學出版社，2006.

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摘要單片機在電子科學技術(shù)中發(fā)展前景良好，“腕式方向燈”是一種通過控制閃光燈隨環(huán)境變化而變化來提高車輛行駛安全性的一個簡單的單片機控制系統(tǒng)，文章介紹了單片機和角度傳感器的基本原理與設(shè)計思路，通過做實物，仿真編寫程序，完成了設(shè)計要求。

關(guān)鍵詞單片機；角度傳感器；仿真

中圖分類號：TP2 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）11-0011-01

隨著氣候環(huán)境的日益變化，人們越來越多的關(guān)注生活的環(huán)境，自行車的出現(xiàn)又逐漸變成了出行的流行選擇，出行安全不容忽視。汽車和摩托車可以通過配備轉(zhuǎn)向燈來提高安全性，那么騎自行車出行的人們該怎么辦呢？為此市面上出現(xiàn)了“無線自行車轉(zhuǎn)向燈”?！盁o線自行車轉(zhuǎn)向燈”的確可以有效的保護夜間行車的安全，但是要在每一部自行車上都安裝這樣的設(shè)備不僅花費較大，而且非常麻煩。當今社會各類產(chǎn)品都是向成本低、簡單輕巧、易攜帶、安裝簡單的方向發(fā)展?！巴笫睫D(zhuǎn)向燈”它可以像手表一樣直接戴在手腕上，當你需要轉(zhuǎn)向的時候只要將手臂揚起向后面的車輛示意，轉(zhuǎn)向燈就能夠自動探測手臂位置的變化并開始閃爍從而提醒后面的車輛?！巴笫睫D(zhuǎn)向燈”不僅攜帶方便，而且制作成本低，又不用像安裝汽車轉(zhuǎn)向燈那樣耗費時間，這樣的產(chǎn)品不僅非常方便，而且能夠大大增強騎車的安全性。

單片微型計算機簡稱單片機，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的縮寫MCU表示單片機，單片機又稱單片微控制器，它不是完成某一個邏輯功能的芯片，而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。單片機由運算器，控制器，存儲器，輸入輸出設(shè)備構(gòu)成，相當于一個微型的計算機（最小系統(tǒng)），和計算機相比，單片機缺少了外圍設(shè)備等。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學習、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學習使用單片機是了解計算機原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。

由于單片機在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，單片機由僅有CPU的專用處理器芯片發(fā)展而來。最早的設(shè)計理念是通過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復(fù)雜的而對體積要求嚴格的控制設(shè)備當中。

1腕式方向燈的設(shè)計

1）單片機的選擇[2][3]：實驗選擇AT89C51系列單片機的精簡版本AT89C2051。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。如圖1所示。

圖1AT89C51單片機

2）傳感器選擇[1]：傳感器（英文名稱：transducer/sensor）是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求，它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，敏感元件：指傳感器中能直接感受或響應(yīng)被測量的部分；轉(zhuǎn)換元件：指傳感器中能將敏感元件感受或響應(yīng)的被測量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測量的電信號部分。本實驗中選則的傳感器為ADXL335角度傳感器，它是一款小尺寸、薄型、低功耗、完整的三軸加速度計，提供經(jīng)過信號調(diào)理的電壓輸出，能以最小±3 g的滿量程范圍測量加速度。它可以測量傾斜檢測應(yīng)用中的靜態(tài)重力加速度，以及運動、沖擊或振動導致的動態(tài)加速度，如圖2所示。

圖2ADXL335角度傳感器引腳圖

3）滾珠開關(guān)位置擺放[4]。根據(jù)工作原理，怎樣才能保證只有在腕式方向燈成90°時，三個開關(guān)才能同時閉合是保證方向燈正常工作的前提。經(jīng)多次實驗，我們把方案確定為：①將S1，S2，S3均垂直于β面放置。②S2開關(guān)向上旋轉(zhuǎn)15°，S1，S3開關(guān)向下旋轉(zhuǎn)15°。③S1，S3分別向L*方向旋轉(zhuǎn)，使S1，S3分別與β成45°此時在P方向下平面β繞L*逆時針旋轉(zhuǎn)時S1角度增大S2角度減小，P方向下平面β繞L*順時針旋轉(zhuǎn)時S1角度減小S2角度增大，這兩張情況下，都保證了S1，S3中有一個是斷開的，滿足設(shè)計要求。

2實驗結(jié)果

實驗結(jié)果顯示，該腕式轉(zhuǎn)向燈能在自行車的行進過程里起到提醒其他車輛避讓的作用，但是也存在精度不夠，亮度不大的問題，這都是今后產(chǎn)品走出實驗室，進入市場需要進一步改進的不足。

參考文獻

[1]王化祥，張淑英.傳感器原理及應(yīng)用[M].天津：天津大學出版社，1997.

[2]彭樹生.PIC單片機原理及應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002.

[3]竇振中.PIC系列單片機原理和程序設(shè)計[M].北京：北京航空航天大學出版社，2000.

[4]全國大學生電子設(shè)計競賽組委會.全國大學生電子設(shè)計競賽獲獎作品精選[M].北京理工大學出版社，2006.

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