基于單片機(jī)的自行車速度及里程表的設(shè)計(jì)

唐志將+彭森

摘 要：隨著自行車行業(yè)和電子技術(shù)的發(fā)展，自行車?yán)锍趟俣扔?jì)技術(shù)也在不斷進(jìn)步和提高，用戶對(duì)自行車?yán)锍趟俣扔?jì)的要求也越來(lái)越高，因此設(shè)計(jì)了自行車?yán)锍趟俣扔?jì)。本文主要研究了以單片機(jī)為基礎(chǔ)的自行車?yán)锍趟俣绕鞯脑O(shè)計(jì)。采用STC89C52單片機(jī)為主要控制芯片，運(yùn)用自行車車輪上的傳感器進(jìn)行計(jì)數(shù)，通過(guò)一定時(shí)間間隔對(duì)信號(hào)的采集，結(jié)合自行車本身車輪參數(shù)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行分析計(jì)算，最終在液晶顯示器LCD上顯示車輛行駛的里程和速度，同時(shí)運(yùn)用其他按鍵分別自行車單里程計(jì)數(shù)，瞬時(shí)速度、最大速度和平均速度顯示以及超速報(bào)警。該設(shè)計(jì)重點(diǎn)闡述了系統(tǒng)的工作原理、硬件構(gòu)成、各部分的主要功能以及軟件的結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)。

1 引言

我國(guó)是自行車大國(guó)，隨著人們生活水平的不斷提高，自行車已經(jīng)不僅僅是運(yùn)輸、代步的工具，其輔助功能也變得越來(lái)越重要。因此，人們希望自行車的娛樂(lè)、休閑、鍛煉的功能越來(lái)越多，能帶來(lái)大家更多的健康與快樂(lè)。在這個(gè)背景下，自行車?yán)锍瘫碜鳛樽孕熊嚨囊淮筝o助工具迅速發(fā)展起來(lái).科學(xué)、美觀、合理設(shè)計(jì)自行車?yán)锍瘫碛幸欢ǖ膶?shí)用價(jià)值.它能合理計(jì)算出速度及公里數(shù)，使運(yùn)動(dòng)者運(yùn)動(dòng)適量，達(dá)到健康運(yùn)動(dòng)與代步的最佳效果。

隨著自行車?yán)锍瘫淼陌l(fā)展，其功能也逐漸從單一的里程顯示發(fā)展到速度、時(shí)間顯示，甚至有的還具有測(cè)量騎車人的心跳、顯示騎車人熱量消耗等功能，讓人能清楚地知道當(dāng)前的速度、時(shí)間、里程等物理量。如佛山高明華勁電子公司的自行車?yán)锍瘫鞰S-601，能動(dòng)態(tài)顯示行駛里程、騎車時(shí)間、實(shí)時(shí)車速等。

2 工作原理

此設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于我們能夠隨時(shí)隨地的讀出速度與里程數(shù)，主要是將輸?shù)絾纹瑱C(jī)中的傳感器信號(hào)的頻率實(shí)時(shí)的測(cè)出來(lái)，但是因?yàn)樾盘?hào)的衰減性、干擾等的影響，在單片機(jī)接受信號(hào)以前要對(duì)信號(hào)放大并矯形，然后再經(jīng)過(guò)單片機(jī)可以得到速度和里程，最好把這些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到相應(yīng)的存儲(chǔ)器，并由液晶1602顯示出所測(cè)的速度與里程。

設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)綜合的思考測(cè)量的準(zhǔn)確度與系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間。在本設(shè)計(jì)中速度是通過(guò)測(cè)脈沖的頻率而算出來(lái)的，所以有比較高的準(zhǔn)確度。在計(jì)算里程的時(shí)候我們往往要假設(shè)自行車是處于理想狀態(tài)當(dāng)中的。而實(shí)際中，誤差往往不會(huì)超過(guò)數(shù)米，而整個(gè)里程往往都有幾千米，所以誤差很小。但是為了能隨時(shí)的讀出數(shù)據(jù)，系統(tǒng)的所有模塊都運(yùn)用了快捷的算法。另外，還要力所能及的讓其他的子模塊在編程時(shí)具有通用性以及高效性。本設(shè)計(jì)的所有數(shù)據(jù)都用液晶1602顯示。

3 電源電路

如圖1所示。外部由12V經(jīng)7805降壓芯片提供電源，給霍爾傳感器和單片機(jī)系統(tǒng)供電。

由于電流可達(dá)數(shù)值較高，且允許時(shí)間較長(zhǎng)，所以三極管選用功率高的。二極管用于控制電流大小，避免電流過(guò)大燒壞元件。

當(dāng)然，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)工程中為了簡(jiǎn)便，我們直接由一個(gè)12V的電源經(jīng)78M05穩(wěn)壓后得到+5V電壓給單片機(jī)系統(tǒng)和霍爾傳感器穩(wěn)定供電。

4 液晶1602顯示電路

圖2為液晶1692顯示原理圖，液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過(guò)電壓對(duì)其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動(dòng)、易于實(shí)現(xiàn)全彩色顯示的特點(diǎn)，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在便攜式電腦、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、PDA移動(dòng)通信工具等眾多領(lǐng)域。

5 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖3為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，改系統(tǒng)由霍爾傳感器、液晶1602顯示部分、電源電路部分和單片機(jī)構(gòu)成。單片機(jī)可以實(shí)時(shí)采集、處理顯示。

具體硬件電路及工作原理：

里程、速度等都是由霍爾傳感器測(cè)量。已知自行車輪胎的直徑D，輪子每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，咱裝到車輪輻條上的磁鋼接近干簧管一次，干簧管閉合，送一個(gè)下降沿信號(hào)給單片機(jī)的外部中斷0，產(chǎn)生一次中斷，圈數(shù)n加1.兩個(gè)相鄰的下降沿脈沖信號(hào)的時(shí)間由單片機(jī)定時(shí)器1計(jì)算（設(shè)為t），那么計(jì)算單程累計(jì)里程S和當(dāng)前速度V的公式為：

S=D*Π*n V=D*Π/t

處理各項(xiàng)數(shù)據(jù)時(shí)同時(shí)計(jì)算刷新并顯示數(shù)據(jù)。

單片機(jī)定時(shí)器0定時(shí)時(shí)間為50ms，每20次刷新系統(tǒng)時(shí)鐘及計(jì)算累計(jì)行駛時(shí)間。

6 結(jié)論

該課題的主要任務(wù)是開(kāi)發(fā)一個(gè)以MCS-52單片機(jī)為核心的自行車的速度里程表。本設(shè)計(jì)主要分為硬件部分和軟件部分，硬件部分著重考慮硬件電路的簡(jiǎn)單使用性，所以盡可能簡(jiǎn)化硬件電路，節(jié)省線路板的空間，達(dá)到硬件電路最優(yōu)化設(shè)計(jì)。軟件采用C程序語(yǔ)言編寫，采用模塊化設(shè)計(jì)思想，程序可讀性強(qiáng)。通過(guò)仿真、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)的可行，達(dá)到設(shè)計(jì)要求的指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)自行車?yán)锍?速度的計(jì)算功能，并用1602液晶顯示，里程與速度分別根據(jù)以下公式求得：

里程=脈沖總數(shù)×輪子周長(zhǎng)

速度=1s內(nèi)的路程/1ms×1000

此公式將顯示出里程值和速度值，。當(dāng)車輪轉(zhuǎn)的一圈，小磁鐵繞過(guò)霍爾元件時(shí)，霍爾元件輸出一個(gè)脈沖，根據(jù)車輪周長(zhǎng)計(jì)算出里程數(shù)。顯示速度時(shí)，LED會(huì)根據(jù)轉(zhuǎn)速顯示不同的速度值。當(dāng)速度超過(guò)一定數(shù)值時(shí)，將啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介

唐志將，邵陽(yáng)學(xué)院信息工程系電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生

通訊作者（指導(dǎo)老師）

彭森，邵陽(yáng)學(xué)院信息工程系教師