【正文】 的不斷發(fā)展， 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)飛速發(fā)展， 里程計(jì) 的功能也在不斷完善 .當(dāng)單片機(jī)出現(xiàn)并應(yīng)用于里程計(jì)后，現(xiàn)代自行車?yán)锍逃?jì)的模型也就基本具備了，它可以完成計(jì)程，顯示等基本工作 ，同 時(shí)還具備了 LED 顯示、永久時(shí)鐘、存儲(chǔ)等其他一些附加功能。 單片機(jī)以及外圍芯片的不斷發(fā)展 也進(jìn)一步 促進(jìn)了里程計(jì)的發(fā)展。 本課題在基于單片機(jī)基礎(chǔ)上對(duì)自行車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)進(jìn)行研究，由于研究條件限制，本課題采用了按鍵來(lái)模擬自行車車輪的計(jì)費(fèi)脈沖信號(hào)，同時(shí)用 LCD1602 分別顯示里程器公里數(shù)、速度和溫度。整個(gè)設(shè)計(jì)只對(duì)自行車?yán)锍逃?jì)的常用功能進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并未附加其他功能。運(yùn)用單片機(jī)對(duì)自行車?yán)锍逃?jì)進(jìn)行設(shè)計(jì)使得里程計(jì)在功能，穩(wěn)定性和設(shè)計(jì)難度上都得到很大的提高。本設(shè)計(jì)主要是運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)對(duì)里程計(jì)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的模擬，而隨著單片機(jī)技術(shù)的 不斷發(fā)展，單片機(jī)在自行車?yán)锍逃?jì)行業(yè)的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣泛。 課題任務(wù) 本課題主要任務(wù)是利用 干簧管 元件、單片機(jī)等部件設(shè)計(jì)一個(gè)可用 1602 液晶顯示的實(shí) 時(shí)顯示里程和速度的自行車的速度里程表。本文主要介紹了自行車的速度里程表的設(shè)計(jì)思想、電路原理、方案論證以及元件的選擇等內(nèi)容，整體上分為硬件部分設(shè)計(jì)和軟件部 分設(shè)計(jì)。 本文首先要對(duì)該課題的任務(wù)進(jìn)行方案論證，包括硬件方案和軟件方案的設(shè)計(jì)；繼而具體介紹了自行車的速度里程表的硬件設(shè)計(jì)，包括傳感器的選擇、單片機(jī)的選擇、顯示 電路的設(shè)計(jì)； 然后闡述了該自行車的速度 里程表的軟件設(shè)計(jì)， 包括數(shù)據(jù)處理子程序的設(shè)計(jì)、顯示子程序的設(shè)計(jì)；最后對(duì)本次設(shè)計(jì)進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)。 宋丹： 基于單片機(jī)的自行車?yán)锍?速度計(jì)設(shè)計(jì) 2 具體的硬件電路包括 :STC89C52 單片機(jī)的外圍電路以及 LCD 液晶顯示電路、 干簧管 檢 測(cè)電路等。 軟件設(shè)計(jì)包括：系統(tǒng)總程序設(shè)計(jì)、芯片的初始化程序、定時(shí)中斷采樣子程序、顯示子程序等，軟件采用 C 語(yǔ)言編寫(xiě)，軟件設(shè)計(jì)的思想主要是自頂向下，模塊化設(shè)計(jì)，各個(gè)子模塊逐一設(shè)計(jì) . 設(shè)計(jì)思想 本設(shè)計(jì)的思想是：以 STC89C52 單片機(jī)為處理核心，用傳感器將車輪的轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換為 電脈沖，進(jìn)行處理后送入單片機(jī)。里程及速度的測(cè) 量，是經(jīng)過(guò) STC89C52 的定時(shí) 計(jì)數(shù)器 測(cè)出定時(shí) 1s會(huì)計(jì)數(shù)幾個(gè)脈沖，再經(jīng)過(guò)單片機(jī)的計(jì)算得出，其結(jié)果通過(guò) LCD 液晶顯示器顯示出來(lái)。 測(cè)速，首先要解決是采樣的問(wèn)題。使用單片機(jī)進(jìn)行測(cè)速，可以使用簡(jiǎn)單的脈沖計(jì)數(shù)法。只要轉(zhuǎn)軸每旋轉(zhuǎn)一周， 產(chǎn)生一個(gè)或固定的多個(gè)脈沖， 將脈沖送入單片機(jī)中進(jìn)行計(jì)算， 即可獲得轉(zhuǎn)速的信息。常用的測(cè)速元件有霍爾傳感器、光電傳感器和光電編碼器。里程 測(cè)量傳感器的選擇也有以下幾種方案：使用光敏電阻對(duì)里程進(jìn)行測(cè)量、利用編碼器對(duì)車 輪的圈數(shù)進(jìn)行測(cè)量、利用霍爾傳感器對(duì)里程進(jìn)行測(cè)量、利用干簧管型傳感器測(cè)量里程 。 要求達(dá)到的各項(xiàng)指標(biāo)及實(shí)現(xiàn)方法如下： (1).上電后實(shí)時(shí)顯示速度 (2).路程實(shí)時(shí)記錄（掉電存儲(chǔ)） (3).半徑可設(shè)定（掉電存儲(chǔ)） (4).超速報(bào)警 實(shí)現(xiàn)：利用軟件編程，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到需要的數(shù)值。 最終實(shí)現(xiàn)目標(biāo)：自行車的速度里程表具有里程、速度測(cè)試與顯示功能，采用單片機(jī)作控制，顯示電路可顯示里程及速度 。 主要問(wèn)題 根據(jù)需求分析的結(jié)果設(shè)計(jì)自行車?yán)锍唐?，：主要解決的問(wèn)題 指示燈 2個(gè)：一個(gè)指示控制板是否正常上電工作，另一個(gè)指示燈指示當(dāng)前速度是否超過(guò)設(shè)定的報(bào)警速度，當(dāng)超過(guò)設(shè)定的速度時(shí)，燈光 亮起提示車主。 按鍵部分：有客無(wú)客模擬按鍵，當(dāng)按下時(shí)表示有客，彈開(kāi)時(shí)表示無(wú)客；待行使模擬按華科學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 鍵，無(wú)客狀態(tài)下，無(wú)論按下或彈起都無(wú)效，及等待行使指示燈都處于亮狀態(tài)。在有客狀態(tài)下，當(dāng)按鍵按下時(shí)；程模擬按鍵，在有客并在行使?fàn)顟B(tài)下，每按下一次表示里程加 公里；待運(yùn)行模擬按鍵，當(dāng)按下是表示運(yùn)行，彈開(kāi)時(shí)表示等待。要求單片機(jī)內(nèi)部有以秒為單位的計(jì)時(shí)功能。 顯示部分：控制器采用 LCD1602，第一排顯示日期和時(shí)間，例如顯示 20xx 11 11 11：13,中間的冒號(hào)進(jìn)行閃爍表示當(dāng)前的秒在發(fā)生變化；第二排顯示當(dāng)前的速度，當(dāng)前的 溫度和騎行的里程。 宋丹： 基于單片機(jī)的自行車?yán)锍?速度計(jì)設(shè)計(jì) 4 華科學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 第 2 章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 總體方案比較 方案一： 利用大規(guī)模的數(shù)字邏輯器件來(lái)實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)單的自行車?yán)锍逃?jì)功能，其原理是利用計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車車輪旋轉(zhuǎn)時(shí)按在車輪上的傳感器產(chǎn)生的計(jì)數(shù)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，通過(guò)計(jì)數(shù)值達(dá)到33次可以認(rèn)為近似 公里（車輪的周長(zhǎng)為 3 米），每 公里顯示 1元，用數(shù)字邏輯器件設(shè)計(jì)電路，電路的很復(fù)雜，成本很高，沒(méi)有什么實(shí)際的運(yùn)用價(jià)值。 方案二： 利用 89C51 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)自行車?yán)锍逃?jì)的設(shè)計(jì)，大部分的功能 可以用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣可以使整個(gè)電路比較簡(jiǎn)單，而且成本也比較低，（使用單片機(jī)的外圍電路比較簡(jiǎn)單），而且在時(shí)間計(jì)數(shù)和速度的計(jì)算上精度大，擴(kuò)展功能很方便。但如果系統(tǒng)設(shè)計(jì)的不好，則系統(tǒng)不是很穩(wěn)定，這樣就為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出了挑戰(zhàn)。 方案三： 利用 CPLD/FPGA 來(lái)實(shí)現(xiàn) —— 電子 EDA 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自行車?yán)锍逃?jì)?？尚行院芨?，而且電路簡(jiǎn)單，可以用軟件完全仿真，但設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)比較困難，對(duì)設(shè)計(jì)者的要求很高。軟件要求高。 方案四 : 霍爾傳感器： 霍爾一般價(jià)格低，經(jīng)常用于小車測(cè)速功能，但其開(kāi)關(guān)觸頭在導(dǎo)通時(shí)可能有上百歐電阻 輸出范圍也有限制有可能磨損器件，工作溫度范圍也受一定的限制。 方案五： 干簧管傳感器： 干簧傳感器是密封的，因此它能幾乎工作于任何環(huán)境（如對(duì)濕度無(wú)影響）。 能經(jīng)受很高的電壓，與周圍溫度環(huán)境沒(méi)有影響且提供磁靈敏度有一個(gè)較大的范圍，許多干簧管在質(zhì)量、可靠性及安全性上是一流的。 所以選用干簧管傳感器。由于干簧管傳感器的安裝、感應(yīng)距離等問(wèn)題，本系統(tǒng)選用 嵌入式門磁 （內(nèi)部裝有干簧管），它默認(rèn)凈處于常開(kāi)狀態(tài)，當(dāng)磁鐵接近傳感器時(shí)，傳感器兩端將自動(dòng)吸合。 宋丹： 基于單片機(jī)的自行車?yán)锍?速度計(jì)設(shè)計(jì) 6 總體方案選擇 比較以上五個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)， 我們決定使用方案五，能夠完成所有要求的功能。而且容易實(shí)現(xiàn)。 系統(tǒng)總體框圖 圖 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總框圖 實(shí)現(xiàn)原理 系統(tǒng)采用 52 單片機(jī)作為中心處理器，以 干黃管 傳感器作為自行車車輪模擬脈沖信號(hào)并從單片機(jī) I/O 口輸入，同時(shí)采用系統(tǒng)內(nèi)部時(shí)鐘設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)里程與速度等各個(gè)參數(shù)的設(shè)計(jì)，最后通過(guò)從單片機(jī) I/O 口輸出信號(hào) LCD1602 分別顯示實(shí)現(xiàn)對(duì)里程、溫度、時(shí)間等顯示。同時(shí)增加按鍵用于設(shè)置時(shí)間和報(bào)警的速度等功能。 工作原理： 里程、速度等都是由干黃管元器件測(cè)量。通過(guò)頻率 計(jì)輸出脈沖，代表車輪轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)，已知自行車輪胎的半徑為 50cm，輪子每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，安裝在車輪輻條上的磁鋼接近傳感器一次，傳感器送一個(gè)脈沖信號(hào)給單片機(jī)的外部中斷計(jì)數(shù)器 T0，產(chǎn)生一次中斷，圈數(shù)加一。圈數(shù) *2*π * 即為車前進(jìn)距離，而通過(guò)單片機(jī) T0定時(shí)器記錄時(shí)間，間隔 1 秒， 1秒內(nèi)的前進(jìn)距離除以時(shí)間 1秒，得到 1秒內(nèi)的當(dāng)前速度。而總里程 L 除以總時(shí)間 t得到平均速度。 18B20 輸入 按鍵輸入 干簧管輸入 STC89C52 LCD1602 顯示 燈光輸出報(bào)警 華科學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 若速度大于所設(shè)定的值，則 口輸出低電平， LED 警示燈亮，揚(yáng)聲器發(fā)出聲音?？梢酝ㄟ^(guò)按鍵來(lái)改變半徑和速度的上限值。 分支方案選擇 單片 機(jī)的選擇 隨著微電子技術(shù)和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，單片微型計(jì)算機(jī)以其體積小、性價(jià)比高、功能強(qiáng)、可靠性高等獨(dú)有的特點(diǎn)，在各個(gè)領(lǐng)域（如工業(yè)控制、家電產(chǎn)品汽車 電子、智能儀器儀表）得到了廣泛的應(yīng)用。 下面就簡(jiǎn)要介紹具有代表性的幾款單片機(jī) 單片機(jī)是 Intel 公司生產(chǎn)的 MCS51 系列單片機(jī)中的一種，除無(wú)片內(nèi) ROM 外，其余特性與 MCS51 單片機(jī)基本一樣，內(nèi)部含有一個(gè) 8位 CPU、 128 個(gè)字節(jié)的 RAM ， 21 個(gè)特殊功能寄存器。而單片機(jī) 8031 要進(jìn)行存儲(chǔ)器的擴(kuò)展比較麻煩，外圍器件多，而且 8031 的功耗也大 。 8032/8052/8752 是增 強(qiáng)型產(chǎn)品，而 80 80C32 片內(nèi)是沒(méi)有 ROM 的， 而 89C51 內(nèi)部含有 4K 字節(jié)的 FLASH 的 ROM。 52系列的單片機(jī)計(jì)數(shù)器為三個(gè) 16 位計(jì)數(shù)器，斷源為8個(gè)。 是最早最典型的產(chǎn)品，是在 8031 的基礎(chǔ)上片內(nèi)又集成 4KROM，作為程存 儲(chǔ)器。8051 單片機(jī)與 80C51 單片機(jī)從外形看是完全一樣的，其指令系統(tǒng)、 引腳信號(hào)、總 線等完全一致 ，也就是說(shuō)在 8051 下開(kāi)發(fā)的軟件完全可以在 80C51 上應(yīng)用，反過(guò)來(lái)，在 80C51 開(kāi)發(fā)的軟件也可以 8051 上應(yīng) 用。 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器， 具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。在單片機(jī)芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash， STC89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能 :8k 字節(jié) Flash， 512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置 4KB EEPROM， MAX810 復(fù)位電路， 三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器， 一個(gè) 6 向量 2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)， 全雙工串行口。另 CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。 掉電保護(hù)方式下， RAM內(nèi) 容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最 高運(yùn)作頻率 35Mhz， 6T/12T 可選 在本次設(shè)計(jì)中，經(jīng)過(guò)分析與比較，選擇了單片機(jī) STC89C52 這是因?yàn)椋? 宋丹： 基于單片機(jī)的自行車?yán)锍?速度計(jì)設(shè)計(jì) 8 STC89C52采用的是 CHMOS 工藝：高速度、高密度、低功耗。也就是說(shuō) STC89C52單片機(jī)是一種低功耗單片機(jī)。 、便于擴(kuò)展。 。 89C51 片內(nèi)存儲(chǔ)容量較小， 除此之外，單片機(jī) STC89C52 還具有集成高、 體積小、性價(jià)比高、應(yīng)用 廣泛、易于產(chǎn)品化等特點(diǎn) 顯示模塊的選擇 動(dòng)態(tài)掃描 LED 數(shù)碼管顯示。里程表的顯示內(nèi)容以數(shù)字為主，利用 LED 數(shù)碼管可基本滿足使用要求，且成本較低。但是用動(dòng)態(tài)掃描的方式驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，亮度太低，在陽(yáng)光下 幾乎看不見(jiàn)顯示內(nèi)容，失去使用價(jià)值。 串行靜態(tài) LED 數(shù)碼管顯示。 把單片機(jī)的串行口設(shè)置為方式 0（同步移位寄存器） ，輸出顯示信息 LED 數(shù)碼的靜態(tài)顯示其亮度令人滿意 ， 74HC164/74LS164 串并轉(zhuǎn)換芯片驅(qū)動(dòng)LED 數(shù)碼管，因此會(huì)帶來(lái)體積大、成本高、功耗高 等缺點(diǎn)。 LCD 液晶顯示模塊。液晶顯示模塊具有 體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等特點(diǎn)，現(xiàn) 在字符型液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中最常用的信息顯示器件了 在本次設(shè)計(jì)中，經(jīng)過(guò)分析與比較使用 LCD1602 作為顯示模塊 傳感器的選擇 紅外光電傳感器。把紅外對(duì)管分別安裝在自行車車輪的兩側(cè)，當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，輻條 會(huì)阻擋紅外對(duì)管的光路，接收管輸出低電平，單片機(jī)根據(jù)此信號(hào)可計(jì)算里程、速度等。紅外對(duì)管的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量精度高，缺點(diǎn)是安裝比較復(fù)雜和容易受外來(lái)光線、灰塵等的影響。 開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器?；魻杺鞲衅魇抢没魻栃?yīng)把磁輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的器 件。把開(kāi)關(guān)型霍爾 傳感器安裝在自行車貼近車輪的支架上，磁鋼安裝在輻條上，當(dāng)磁鋼 靠近霍爾傳感器的時(shí)候，傳感器輸出一個(gè)無(wú)抖動(dòng)的低電平，單片機(jī)根據(jù)此信號(hào)可計(jì)算里程、速度等?；魻杺鞲衅鞯膬?yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定和安裝簡(jiǎn)易，缺點(diǎn)是成本較高。 干簧管。干簧管是一種磁敏的有觸點(diǎn)無(wú)源電子開(kāi)關(guān)元件， 應(yīng)用在里程表上的原理與 開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器類似，把干簧管安裝在自行車貼近車輪的支架上， 磁鋼安裝在輻條上，華科學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 當(dāng)磁鋼靠近霍爾傳感器的時(shí)候，干簧管閉合，單片機(jī)根據(jù)此信號(hào)可計(jì)算里程、速度等。干簧管的優(yōu)點(diǎn)是成本低廉和安裝簡(jiǎn)易，缺點(diǎn)是比較脆弱和不夠穩(wěn)定。 本里程表選 用干簧管傳感器，穩(wěn)定、安裝簡(jiǎn)易。 宋丹： 基于單片機(jī)的自行車?yán)锍?速度計(jì)設(shè)計(jì) 10 華科學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 本文的自行車計(jì)價(jià)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)主要是由以下幾個(gè)部分組成的 :1）系統(tǒng)硬件電路；2) 89C52 單片機(jī)系統(tǒng) 。3) 車輪轉(zhuǎn)速按