【正文】 馬車轉(zhuǎn)換到今日各式新穎休閑運動自行車，自行車發(fā)展的目的也從最早的交通代步的工具轉(zhuǎn)換成休閑娛樂運動的用途。 隨著居民生活水平的不斷提高，自行車不再僅僅是普通的運輸、代步的工具，而是成為人們娛樂、休閑、鍛煉的首選。因此，人們希望自行車的功用更強大，能給人們帶來更多的方便。自行車里程速度表作為自行車的一大輔助工具也正是隨著這個要求而迅速發(fā)展的，其功能也逐漸從單一的里程顯示發(fā)展到速度、時間顯示，甚至有的還具有測量騎車人的 心跳、顯示騎車人熱量消耗等功能。本設(shè)計采用了 MCS51 系列單片機設(shè)計一種體積小、操作簡單的便攜式自行車的速度里程表，它能自動地顯示當(dāng)前自行車行走的距離及運行的速度。 課題的主要任務(wù)及內(nèi)容 本課題主要任務(wù)是利用霍爾元件、單片機等部件設(shè)計一個可用 LED 數(shù)碼管實時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)計和軟件部分設(shè)計。 本文首先扼要對該課題的任務(wù)進行方案論證，包括硬件方案和軟件方案的設(shè)計；繼而具體介紹 了自行車的速度里程表的硬件設(shè)計，包括傳感器的選擇、單片機的選擇、顯示電路的設(shè)計；然后闡述了該自行車的速度里程表的軟件設(shè)計，包括數(shù)據(jù)處理子程序的設(shè)計、顯示子程序的設(shè)計；最后針對仿真過程遇到的問題進行了具體說明與分析，對本次設(shè)計進行了系統(tǒng)的總結(jié)。 具體的硬件電路包括 AT89C52 單片機的外圍電路以及 LED 顯示電路等。 軟件設(shè)計包括：芯片的初始化程序、定時中斷采樣子程序、顯示子程序等，軟件采用匯編語言編寫，軟件設(shè)計的思想主要是自頂向下，模塊化設(shè)計，各個子模塊逐一設(shè)計。 2 2 自行車的速度里程表總體方案設(shè)計 任務(wù)分析與實現(xiàn) 本設(shè)計的任務(wù)是：以通用 MCS51 單片機為處理核心，用傳感器將車輪的轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換為電脈沖，進行處理后送入單片機。里程及速度的測量，是經(jīng)過 MCS51 的定時 /計數(shù)器測出總的脈沖數(shù)和每轉(zhuǎn)一圈的時間，再經(jīng)過單片機的計算得出，其結(jié)果通過LED 顯示器顯示出來。 本系統(tǒng)總體思路如下：假定輪圈的周長為 L，在輪圈上安裝 m個永久磁鐵，則測得的里程值最大誤差為 L/m。經(jīng)綜合分析，本設(shè)計中取 m=1。當(dāng)輪子每轉(zhuǎn)一圈，通過開關(guān)型霍爾元件傳感器采集到一個脈沖信號，并從引腳 中斷 0 端輸入，傳感器每獲取一個脈沖信號即對系統(tǒng)提供一次計數(shù)中斷。每次中斷代表車輪轉(zhuǎn)動一圈，中斷數(shù) n 輪圈的周長為 L 的乘積為里程值。計數(shù)器 T1 計算每轉(zhuǎn)一圈所用的時間 t，就可以計算出即時速度 v。當(dāng)里程鍵按下時，里程指示燈亮， LED 切換顯示當(dāng)前里程，與當(dāng)速度鍵按下時，速度指示燈亮， LED 切換顯示當(dāng)前速度，若自行車超速，系統(tǒng)發(fā)出報警信號，指示燈閃爍。 要求達到的各項指標(biāo)及實現(xiàn)方法如下： 1. 利用霍爾傳感器產(chǎn)生里程數(shù)的脈沖信號。 2. 對脈 沖信號進行計數(shù)。 實現(xiàn)：利用單片機自帶的計數(shù)器 T1 對霍爾傳感器脈沖信號進行計數(shù)。 3. 對數(shù)據(jù)進行處理，要求用 LED 顯示里程總數(shù)和即時速度。 實現(xiàn)：利用軟件編程，對數(shù)據(jù)進行處理得到需要的數(shù)值。 最終實現(xiàn)目標(biāo)：自行車的速度里程表具有里程、速度測試與顯示功能，采用單片機作控制，顯示電路可顯示里程及速度。 自行車的速度里程表硬件方案設(shè)計 測速，首先要解決是采樣的問題。使用單片機進行測速，可以使用簡單的脈沖計數(shù)法。只要轉(zhuǎn)軸每旋轉(zhuǎn)一周，產(chǎn)生一個或固定的多個脈沖，將脈沖送入單片機中進行計算，即可獲得轉(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行測量、利用編碼器對車輪的圈數(shù)進行測量、利用霍爾傳感器對里程進行測量、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2 自行車的速度里程表 總體方案 設(shè)計 3 阻就不能再進行準確測量；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)計采用霍爾元件對里程與速度進行測量，既簡單易行，又經(jīng)濟適用。 使用霍爾傳感器獲得脈沖信號，其機械結(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 所示。 A44E1 2 3 1Vcc 2GND 3OUT 圖 A44E 外形圖 單片機由于將 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： 1. 體積小、重量輕； 2. 電源單一、功耗低； 3. 功能強、價格低； 4. 全部集成在一塊芯片上，布線短、合理； 5. 數(shù)據(jù)大部分在單片機內(nèi)傳送，運行速度快、抗干擾能力強、可靠性高。 目前，單片機被廣泛的應(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)以及單片機的多機系統(tǒng)等領(lǐng)域。在設(shè)計中選用的是 AT89C52 單片機。 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 里程顯示 速度顯示 報警部分 4 自行車的速度里程表軟件方案設(shè)計 通過軟件控制單片機的功能是單片機的主要特點和優(yōu)點，程序的設(shè)計要考慮合理性和可讀性，遵循模塊化設(shè)計的原則，采用自頂向下的設(shè)計方法。模塊化設(shè)計使程序的可讀性好、修改及完善方便。 軟件設(shè)計包括主程序、行車過程中里程和速度計算子程序、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行累加、每轉(zhuǎn)一周的時間進行測量。 數(shù)據(jù)處理子程序是將進入單片機的脈沖信號與實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? 計算里程 顯示里程 計算速度 顯示速度 N 開始 3 自行車的速度里程表硬件電路設(shè)計 5 3 自行車的速度里程表硬件電路設(shè)計 概述 自行車的速度里程表的硬件電路設(shè)計是基礎(chǔ)部分，它包括信號的捕獲、放大、整形，單片機的計算處理，數(shù)碼管的實時顯示和單片機外圍基本電路的設(shè)計，兩大主要器件就是傳感器和單片機。 傳感器是獲取自然或生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的關(guān)鍵