【正文】 可獲得轉(zhuǎn)速的信息。常用的測速元件有霍爾傳感器、光電傳感器和光電編碼器。里程測量傳感器的選擇也有以下幾種方案：使用光敏電阻對里程進(jìn)行測量、利用編碼器對車輪的圈數(shù)進(jìn)行測量、利用霍爾傳感器對里程進(jìn)行測量、利用干簧管型傳感器測量里程。 光敏電阻對光特別敏感，當(dāng)白天行駛時，外界光源將導(dǎo)致光敏電阻發(fā)出錯誤信號；光敏電阻對環(huán)境的要求相當(dāng)高，如果光敏或發(fā)光二極管被泥沙或灰塵所覆蓋，光敏電阻就不能再進(jìn)行準(zhǔn)確測量；而編碼器必須安裝在車軸上 ，安裝較為復(fù)雜；霍爾元件或干簧管不但不受天氣的影響，即使被泥沙或灰塵覆蓋也不會有影響，而且安裝方便。所以本設(shè)計(jì)采用霍爾元件對里程與速度進(jìn)行測量，既簡單易行，又經(jīng)濟(jì)適用。 使用霍爾傳感器獲得脈沖信號，其機(jī)械結(jié)構(gòu)也可以做得較為簡單，只要在轉(zhuǎn)軸的齒輪盤上粘上一粒磁鋼，霍爾元件固定在前叉上，當(dāng)車子轉(zhuǎn)動時霍爾元件靠近磁鋼，就有信號輸出，轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，就會不斷地產(chǎn)生脈沖信號輸出。如果在齒輪盤上粘上多粒磁鋼，可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)一周，獲得多個脈沖輸出。在粘磁鋼時要注意，霍爾傳感器對磁場方向敏感，粘之前可以先手動接近一下傳感器，如果 沒有基于單片機(jī)自行車測速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 6 頁 共 30 頁 信號輸出，可以換一個方向再試。這種傳感器不怕灰塵、油污，在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用廣泛。 霍爾傳感器是對磁敏感的傳感元件，常用于信號采集的有 A44E，該傳感器是一個 3端器件，外形與三極管相似，只要接上電源、地，即可工作，工作電壓范圍寬，使用非常方便。 A44E 的外形如圖 。 A44E1 2 3 1Vcc 2GND 3OUT 圖 A44E外形圖 單片機(jī)由于將 CPU、內(nèi)存和一些必要的接口集成到一個芯片上，并且面向控制功能將結(jié)構(gòu)作了一定的優(yōu)化，所以它有一般芯片不 具有的特點(diǎn)： 1. 體積小、重量輕； 2. 電源單一、功耗低； 3. 功能強(qiáng)、價格低； 4. 全部集成在一塊芯片上，布線短、合理； 5. 數(shù)據(jù)大部分在單片機(jī)內(nèi)傳送，運(yùn)行速度快、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高。 目前，單片機(jī)被廣泛的應(yīng)用于測控系統(tǒng)、工業(yè)自動化、智能儀表、集成智能傳感器、機(jī)電一體化產(chǎn)品、家用電器領(lǐng)域、辦公自動化領(lǐng)域、汽車電子與航空航天器電子系統(tǒng)以及單片機(jī)的多機(jī)系統(tǒng)等領(lǐng)域。在設(shè)計(jì)中選用的是 AT89C52 單片機(jī)。 圖 系統(tǒng)的原理框圖 外部信號 霍爾傳感器 外部存儲器 AT89C52單片機(jī) 里程顯示 速度顯示 報(bào)警部分 基于單片機(jī)自行車測速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 7 頁 共 30 頁 4 軟件方案 設(shè)計(jì) 通過軟件控制單片機(jī)的功能是單片機(jī)的主要特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，程序的設(shè)計(jì)要考慮合理性和可讀性，遵循模塊化設(shè)計(jì)的原則，采用自頂向下的設(shè)計(jì)方法。模塊化設(shè)計(jì)使程序的可讀性好、修改及完善方便。 軟件設(shè)計(jì)包括主程序、行車過程中里程和速度計(jì)算子程序、延時子程序、中斷服務(wù)子程序、顯示子程序等等。 中斷子程序是將傳感器產(chǎn)生的信號接入外部中斷 0，將經(jīng)過 74LS74 分頻后的信號接入外部中斷 1，利用中斷和定時器對分別對里程進(jìn)行累加、每轉(zhuǎn)一周的時間進(jìn)行測量。 數(shù)據(jù)處理子程序是將進(jìn)入單片機(jī)的脈沖信號與實(shí)際要顯示值之間有一定的對應(yīng)關(guān)系，經(jīng)過 軟件編程顯示所需要的值。 顯示子程序是將數(shù)據(jù)處理的結(jié)果送顯示器顯示。 系統(tǒng)軟件總體流程圖如圖 所示 。 圖 軟件總體流程圖 初始化 =1? 計(jì)算里程 顯示里程 計(jì)算速度 顯示速度 N 開始 基于單片機(jī)自行車測速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 8 頁 共 30 頁 第 2 章 硬件電路設(shè)計(jì) 概述 自行車的速度里程表的硬件電路設(shè)計(jì)是基礎(chǔ)部分，它包括信號的捕獲、放大、整形，單片機(jī)的計(jì)算處理，數(shù)碼管的實(shí)時顯示和單片機(jī)外圍基本 電路的設(shè)計(jì)，兩大主要器件就是傳感器和單片機(jī)。 傳感器是獲取自然或生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的關(guān)鍵器件，是現(xiàn)代信息系統(tǒng)和各種設(shè)備不可缺少的信息采集工具。磁傳感器是一種將磁學(xué)量信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕钠骷蜓b置。隨著信息產(chǎn)業(yè)、工業(yè)自動化、醫(yī)療儀器等的飛速發(fā)展和計(jì)算機(jī)應(yīng)用的普及，需要大量的傳感器將被測或被控的非電信號轉(zhuǎn)換成可與計(jì)算機(jī)兼容的電信號。作為輸入信號，這就給磁傳感器的快速發(fā)展提供了機(jī)遇，形成了磁傳感器的產(chǎn)業(yè)。其中最具代表的磁傳感器就是霍爾傳感器，在自動檢測系統(tǒng)中，利用霍爾傳感器測轉(zhuǎn)數(shù)是一種最基本的測量工作。 單片機(jī)是本次設(shè) 計(jì)的核心部件，它是信號從采集到輸出的橋梁，而且包括計(jì)算、定時、信息處理等功能。 系統(tǒng)總電路圖 基于單片機(jī)自行車測速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 9 頁 共 30 頁 圖 單片機(jī)簡介 單片機(jī)是指集成在一個芯片上的微型計(jì)算機(jī)，也就是把組成微型計(jì)算機(jī)的各種功能部件，包括 CPU(Central Processing Unit)、隨機(jī)存儲器 RAM(Random Access Memory)、只讀存儲器 ROM(Readonly Memory)、基本輸入 /輸出(Input/Output)接口電路。定時器 /計(jì)數(shù)器等部件都制作在一塊集成芯片上，構(gòu)成一個完整的微型計(jì)算機(jī)從而實(shí)現(xiàn)微型計(jì)算機(jī)的基本功能。單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖 所示。 基于單片機(jī)自行車測速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 10 頁 共 30 頁 圖 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 單片機(jī)的引腳功能介紹 AT89C52 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8K Bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（ EPROM）和 256 字節(jié)的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 8052 產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用 8位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲單元，功能強(qiáng)大， AT89C52 單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控制場合應(yīng)用。 圖 AT89C52引腳圖 定時 /計(jì)數(shù)器 中斷系統(tǒng) CPU 存儲器 并行 I/O口 串口 I/O口 TXD TXD RXD T INT P0P3 基于單片機(jī)自行車測速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 11 頁 共 30 頁 AT89C52 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8K 字節(jié) Flash 閃速存儲器， 256 字節(jié)內(nèi)部 RAM，32 個 I/O口線， 3個 16位定時 /計(jì)數(shù)器， 5 個中斷源，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)具有振蕩器及時鐘電路。 AT89C52 管腳圖如圖 所示。 單片機(jī)中斷系統(tǒng)介紹 中斷是指當(dāng)計(jì)算機(jī)執(zhí)行正常程序時，系統(tǒng)中出現(xiàn)某些急需處理的事件， CPU暫時中止當(dāng)前的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行服務(wù)程序，以對發(fā)生的更緊迫的事件進(jìn)行處理，待處理結(jié)束后， CPU 自動返回原來的程序執(zhí)行 AT89C52 系列單片機(jī)的系統(tǒng)有 5個中斷源， 2 個優(yōu)先級，可實(shí)現(xiàn)二級中斷服務(wù)嵌套。由片內(nèi)特殊功能寄存器中的中斷允許寄存器 IE 控制 CPU 是否響應(yīng)中斷請求；由中斷優(yōu)先級寄存器 IP安排各優(yōu)中斷源的優(yōu)先級；同一優(yōu)先級內(nèi)各終端同時提出中斷請求時，由內(nèi)部的查詢邏輯確定其響應(yīng)次序。 采用的外部 中斷方式包括外部中斷 0和外部中斷 1，它們的中斷請求信號分別由單片機(jī)引腳 0INT / 和 1INT / 輸入 。 外部中斷請求有兩種信號方式：電平觸發(fā)方式和脈沖觸發(fā)方式。電平觸發(fā)方式的中斷請求是低電平有效。只要在 0INT 和 1INT 引腳上出現(xiàn)有效低電平時，就激活外部中斷方式。脈沖觸發(fā)方式的中斷請求則是脈沖的負(fù)跳變有效。在這 種方式下，在兩個相鄰機(jī)器周期內(nèi)， 0INT 和 1INT 引腳電平發(fā)生變化，即在第一個機(jī)器周期內(nèi)為高電平，第二個機(jī)器周期內(nèi)為低電平，就激活外部中斷。由此可見，在脈沖方式下，中斷請求信號的高電平和低電平狀態(tài)都應(yīng)至少維持一個機(jī)器周期，以使 CPU 采樣到電平狀態(tài)的變化，本次設(shè)計(jì)