【正文】 1 基于單片機 自行車 測速儀的設(shè)計 摘 要 本設(shè)計主要闡述一種基于單片機與霍爾傳感器等元件的測速儀設(shè)計。以AT89C51 單片機為核心，實現(xiàn)對自行車里程、速度、時間、溫度等參數(shù)的測量，并能簡單的將里程及速度用 LCD 實時顯示。 在本文 中詳細介紹了測速儀的硬件電路和軟件設(shè)計。硬件部分利用霍爾傳感器將每秒內(nèi)的脈沖數(shù)傳入單片機系統(tǒng)，然后經(jīng)單片機系統(tǒng)計算處理并將過處理結(jié)果送 LCD 顯示。軟件的設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu)，使程序的邏輯關(guān)系更加簡潔。使硬件在軟件的控制下協(xié)調(diào)運作。仿真，所設(shè)計的硬件電路及軟件程序是正確的，實際的硬件電路中也基 本上能夠滿足設(shè)計要求。 關(guān)鍵詞：里程 /速度，時間，溫度，霍爾元件，單片機， LCD 2 Abstract This design mainly elaborated based on MCU and Hall element of speed instrument design. Take STC MCU as the core, Hall element speed, realizes to the bicycle mileage, speed, time, temperature measurement, and a simple bicycle mileage and speed with the LCD real time display. The hardware part using the Hall element will bike per second pulse number of ining MCU system, and then by the single chip microputer system calculation processing and processing result to the LCD display. Program design in order to facilitate the expansion and the change, the software design uses the modular structure, make the logic relations more concise. Make hardware tocoordinatethe operation under the software control. Simulation experiments show that the designed hardware circuit and software program are correct, practical hardware circuit also basically can satisfy the design requirement, but due to the knowledge, in practice there are still some problems in the hardware circuit. Keywords: Mileage / speed,time, temperature, Hall element, MCU,LCD 3 目錄 錯誤 !未找到引用源。 1 1 緒論 課題研究的目的和意義 目前環(huán)保問題已經(jīng)成為一個世界性的課題，保護環(huán)境也已經(jīng)成為每個人的責任，汽車已經(jīng)不能夠滿足現(xiàn)在環(huán)境的要求。且在人口眾多的中國，人們的經(jīng)濟水平與西方國家還存在著一定的差距，人們使用的交通工具主要還是自行車，它輕巧便捷、使用簡單、環(huán)保，深受大 多數(shù)人的喜愛，同時也可以作為休閑運動工具，是人們鍛煉身體的一種重要的工具。但隨著社會的發(fā)展，人們追求的是集成更多功能于一體的自行車，它能顯示當前車子行駛的速度、里程、行車時間、最高行駛速度，甚至還有 GPS 全球定位系統(tǒng)、 MP短信、新聞播報等娛樂功能。本文就是以此為基礎(chǔ)，設(shè)計一款簡單低成本多功能的測速儀，旨在解決自行車駕駛者在行駛時能夠了解當前的行駛狀態(tài)，并且根據(jù)周圍環(huán)境，能夠做出正確的判斷和操作，提高了駕駛的安全性。 另外自行車運動需一款測速裝置，以了解運動情況，特別是對于運動員，他們需要一種能對實時運動 情況進行測量并記錄的儀器，通過記錄的數(shù)據(jù)，運動員可以分析自己的訓練成績及訓練過程，根據(jù)分析結(jié)果，可以調(diào)整自己的訓練步驟。并根據(jù)外界環(huán)境如溫度、風速等進行適當調(diào)節(jié)運動方式，以達到最佳運動效果。測速裝置是對運動中幾個參數(shù)進行測定?，F(xiàn)自行車測速儀的設(shè)計種類繁多，但是多數(shù)的測速裝置都是由機械式或模擬數(shù)字電路來實現(xiàn)的，都存在體積大、精度低、不直觀、功耗大、功能少等缺點。本文所述測速系統(tǒng)是以單片機為核心實現(xiàn)的，具有功能多、功耗小、直觀準確以及可顯示時間、總里程、溫度、速度等優(yōu)點。 課題的發(fā)展概況 隨著微型計算 機可靠性提高和價格下降，用單片機測量電機轉(zhuǎn)速技術(shù)已經(jīng)成熟，但是這種技術(shù)目前主要還是用于工業(yè)生產(chǎn)方面，測速裝置用于生活中還是少之又少。欲提高測量精度，必須先測出準確的轉(zhuǎn)速，而原先在可控硅調(diào)速電路中采用的測速發(fā)電機方式已不能滿足要求，必須采用數(shù)字測速的方法。轉(zhuǎn)速的測量方法很多，根據(jù)脈沖計數(shù)來實現(xiàn)轉(zhuǎn)速測量的方法主要有 M 法（測頻法）、 T 法（測周期法）和 MPT 法（頻率周期法），該系統(tǒng)采用了 M 法（測頻法）。轉(zhuǎn)速檢測方式采用霍爾脈沖法測量轉(zhuǎn)速有兩種簡單的方式。本設(shè)計采用頻率法，檢測的是輸入脈沖數(shù)，這種方式又稱頻率法。它測 出一定時間內(nèi)外界所輸入的脈沖的個數(shù)。在控制系統(tǒng)中占有非常重要的地位。對測速裝置的要求是分辨能力強、高精度和盡可能短的檢測時間。所設(shè)計的基于霍爾元件的脈沖發(fā)生器要求具有成本低、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、性能好等特點。 2 由于需要采用霍爾傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域，如汽車、電機、手機和電腦都已經(jīng)采用了該器件，而且這些市場在未來幾年的增長較為穩(wěn)定，而其他一些新的應(yīng)用市場又不足以與上述幾個市場相比，因此霍爾傳感器在全球總的市場份額是較為穩(wěn)定的，每年的增長率基本上保持在 5%到 10%之間。因為各種應(yīng)用電機的部件、節(jié)氣門位置的檢測、各種閥 體位置的檢測、或者電磁感應(yīng)的位置都會用到霍爾傳感器。而且，在中國市場中，國外廠商為了降低成本，陸續(xù)將零部件拿到中國進行設(shè)計和生產(chǎn)，這也進一步提升了中國市場霍爾傳感器的使用量。隨著它在電子消費市場上的應(yīng)用越來越廣，如何控制功耗和成本將是廠商面臨的挑戰(zhàn)。而且，它還面臨生產(chǎn)測試技術(shù)方面的挑戰(zhàn)。 國內(nèi)外現(xiàn)在已經(jīng)有生產(chǎn)銷售類似的自行車測速儀里程表，有些簡單的產(chǎn)品功能比較單一，就是單單只有測速或里程的功能，然而一些復(fù)雜的產(chǎn)品除了測速和里程功能外，還集成了 GPS 全球定位、單次行車里程、平均速度、時鐘、行車時間、車輪轉(zhuǎn)數(shù)。 未來的發(fā)展趨勢可能還將加入 MP3 和短信收發(fā)、新聞播報、通訊功能等，使得自行車測速儀更加的人性化、現(xiàn)代化、生活化。相信未來的測速儀會受到更多人的青睞，也將成為人類社會生活中的必需品。 研究的主要內(nèi)容 設(shè)計主要任務(wù)是利用單片機、時鐘芯片、溫度傳感器等部件設(shè)計的一個可用LCD 顯示時間溫度，行駛里程及速度的自行車測速儀。本文主要介紹了自行車測速儀的設(shè)計思想、電路原理、方案以及元件的選擇等內(nèi)容，整體上分為硬件部分和軟件部分設(shè)計。本文首先扼要的對測速儀設(shè)計進行總體的介紹；繼而具體介紹了自行車測速儀的硬件設(shè)計， 包括傳感器的選擇、時鐘芯片的選擇、單片機的選擇、存儲器的選擇、顯示電路的設(shè)計等；然后闡述了該自行車測速儀的軟件設(shè)計，包括主程序設(shè)計，子程序的設(shè)計；最后對本次設(shè)計進行了系統(tǒng)的總結(jié)。 本設(shè)計的具體要求如下： (1) 對自行車進行實時速度的測量，顯示出速度值。 (2) 能夠計算單次使用自行車的路程。 (3) 能測量出當前環(huán)境的溫度，以供使用者決定是否適宜進行運動。 (4) 顯示行車里程，實時時間，并且具有斷電保護的功能。 2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 系統(tǒng)方案 系統(tǒng)主要分成四個模塊，分別是時鐘模塊、溫度模塊、速 度模塊、顯示模塊。溫度及速度模塊通過外部傳感器對相應(yīng)參數(shù)進行測量，將物理信號轉(zhuǎn)換為電信號3 輸入單片機，單片機對輸入的電信號進行處理，最后通過顯示器輸出顯示。本設(shè)計中用到的主要元件包括單片機、時鐘芯片、溫度傳感器、速度傳感器以及液晶顯示器。控制系統(tǒng)的方案計框圖如圖 1 所示。 該方案是以單片機為核心，通過速度傳感器將所感應(yīng)到的速度傳送到單片機當中，通過單片機的處理計算并通過顯示器將所計算的速度和里程顯示出來。時間和溫度的顯示是通過時鐘芯片和溫度傳感器并以單片機為核心通過顯示器顯示而按鍵用于調(diào)整時間。 圖 2— 1 系統(tǒng)框圖 單片機介紹 單片機普遍認為是在一塊硅片上集成了中央處理器、存儲器和各種輸入、輸出接口，這樣的一塊芯片具有一臺計算機的功能，因而被稱為單片微型計算機。系統(tǒng)所使用的是通用型單片機，它可以把可開發(fā)資源全部提供給使用者。 8 位 AT89C51 CHMOS 工藝單片機被設(shè)計用于處理高速計算和快速輸入 /輸出。 MCS51 單片機典型的應(yīng)用是高速事件控制系統(tǒng)。商業(yè)應(yīng)用包括調(diào)制解調(diào)器，電動機控制系統(tǒng)，打印機，影印機，空調(diào)控制系統(tǒng)，磁盤驅(qū)動器和醫(yī)療設(shè)備。汽車工業(yè)把 MCS51 單片機用于發(fā)動機控制系統(tǒng)，懸掛系統(tǒng)和反鎖制動系統(tǒng)。AT89C51 尤其很好適用于得益于它的處理速度和增強型片上外圍功能集，諸如：汽車動力控制，車輛動態(tài)懸掛，反鎖制動和穩(wěn)定性控制應(yīng)用。由于這些決定性應(yīng)用，市場需要一種可靠的具有低干擾潛伏響應(yīng)的費用 效能控制器，服務(wù)大量時間和事件驅(qū)動的在實時應(yīng)用需要的集成外圍的能力，具有在單一程序包中高出平均處理功率的中央處理器。擁有操作不可預(yù)測的設(shè)備的經(jīng)濟和法律風險是很高的。一旦進入市場，尤其任務(wù)決定性應(yīng)用諸如自動駕駛儀或反鎖制動系統(tǒng)，錯誤將是財力上所禁止 的。重新設(shè)計的費用可以高達 500K 美元，如果產(chǎn)品族享有同樣內(nèi)核或外圍設(shè)計缺陷的話，費用會更高。另外，部件的替代品領(lǐng)域是極其昂貴的，因為設(shè)備要用來把模塊典型地焊接成一個總體的價值比各個部件高幾倍。為速度傳感器 單片機 顯示器 按鍵 時鐘芯片 溫度傳感器 4 了緩和這些問題，在最壞的環(huán)境和電壓條件下對這些單片機進行無論在部件級別還是系統(tǒng)級別上的綜合測試是必需的。 Intel Chandler 平臺工程組提供了各種單片機和處理器的系統(tǒng)驗證。這種系統(tǒng)的驗證處理可以被分解為三個主要部分。系統(tǒng)的類型和應(yīng)用需求決定了能夠在設(shè)備上執(zhí)行的測試類型。 時鐘芯片介紹 時鐘芯片種 類非常多，有內(nèi)置晶振及充電電池類型，還有外置晶振類型，如現(xiàn)在流行的 DS130 DS130 PCF848 SB2068 等等。由于 DS1302 時鐘芯片的電路接口簡單，價格低廉、使用方便，被廣泛地采用。在系統(tǒng)中采用了 DS1302時鐘芯片，該實時時鐘電路是 DALLAS 公司的一種具有涓細電流充電能力的電路，主要特點是采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可為掉電保護電源提供可編程的充電功能，并且可以關(guān)閉充電功能，采用普通 晶振。 DS1302 時鐘芯片是美國 DALLAS 公司推出的一種高性能、低功耗、帶 RAM的實時時 鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為 ～ 。 DS1302 內(nèi)部有一個 318 的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的 RAM 寄存器。 DS1302 是 DS1202 的升級產(chǎn)品，與 DS1202 兼容，但增加了主電源 /后背電源雙電源引腳，同時提供了對后背電源進行涓細電流充電的能力。 溫度傳感器介紹 溫度傳感器是利用物質(zhì)各種物理性質(zhì)隨溫度變化的規(guī)律把溫度轉(zhuǎn)換為電量的傳感器，它是溫度測量儀表的核心部分。由于品種繁多，所以在工業(yè)應(yīng)用中溫度傳感器分類的方式方法有很多種。由于 DS18B20 測試環(huán)境溫度，數(shù)據(jù)直觀、成本低廉，精度可達 ℃ ，所以在設(shè)計中采用了 DS18B20 溫度傳感器。 DS18B20 是美國 DALLAS 半導(dǎo)體公司繼 DS1820 之后最新推出的一種改進型智能溫度傳感器。與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，能夠直接讀出被測溫度并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn) 9～ 12 位的數(shù)字值讀數(shù)方式?？梢苑謩e在 ms和 750 ms 內(nèi)完成 9 位和 12 位的數(shù)字量，并且從 DS18B20 讀出的信息或?qū)懭隓S18B20 的信息僅需要一根口線（單線接口）讀寫，溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以向所掛接 的 DS18B20 供電，而無需額外電源。因而使用DS18B20 可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡單，可靠性更高。在測溫精度、轉(zhuǎn)換時間、傳輸距離、分辨率等方面較 DS1820 有了很大的改進，給用戶帶來了更方便的使用和更令人滿意的效果。 其主要特點如下： (1) 獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信。 5 (2) 多個 DS18B20 可以并聯(lián)在惟一的總線上，實現(xiàn)多點組網(wǎng)功能。