【正文】 作為出發(fā)點，嘗試設計一款低成本多功能的測速儀，旨在讓自行車駕駛者在駕駛時能夠準確的知道車子的行駛狀態(tài)，根據(jù)周圍環(huán)境，做出正確的判斷和操作，提高了駕駛的安全性。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、速度等優(yōu)點。本文采用頻率法，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。由于需要采用霍爾傳感器的應用領域，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容量是較為穩(wěn)定的，每年的增長率保持在5%到10%之間。國內外現(xiàn)在都有生產銷售類似的自行車測速儀里程表，有些簡單的產品就是單單只有測速或里程的功能，比較復雜的產品除了測速和里程功能外，還加入了GPS全球定位、單次行車里程、平均速度、時鐘、行車時間、車輪轉數(shù)。本文首先簡要的對該課題的自行車測速儀設計進行總體的介紹；繼而具體介紹了自行車測速儀的硬件設計，包括傳感器的選擇、單片機的選擇、顯示電路的設計、傳輸電路的設計等；然后闡述了該自行車測速儀的軟件設計，包括主程序設計和子程序的設計；最后對本次設計進行了系統(tǒng)的仿真和總結。系統(tǒng)包括控制器模塊、信號檢測采集模塊、顯示模塊、電源模塊四部分。 速度測量原理測量自行車的速度的原理有兩種：測量一定時間間隔t里自行車車輪轉過的圈數(shù)q，假設車輪周長為c，則速度V=c*q/t；測量自行車車輪轉過一圈的時間t，則速度V=c/t。紅外對管的優(yōu)點是測量精度高，缺點是安裝比較復雜和容易受外來光線、灰塵等的影響?；魻杺鞲衅鞯膬?yōu)點是穩(wěn)定和安裝簡易，缺點是成本較高。本里程表選用開關型霍爾傳感器。串行靜態(tài)LED數(shù)碼管顯示。液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內容豐富等特點，現(xiàn)在字符型液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機應用設計中最常用的信息顯示器件了。而在實際運用中則可以根據(jù)具體的情況來通過程序來設定具體的參數(shù)，以達到對各參數(shù)更精確的測量與顯示。而總里程L除以總時間t得到平均速度。硬件電路設計3 硬件電路設計自行車的速度里程表的硬件電路設計是基礎部分，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計，兩大主要器件就是傳感器和單片機。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數(shù)是一種最基本的測量工作。在系統(tǒng)可編程Flash產品指令和引腳完全兼容。和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89C51為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。個數(shù)據(jù)指針，2個16靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。由片內特殊功能寄存器中的中斷允許寄存器IE控制CPU是否響應中斷請求；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)先級內各終端同時提出中斷請求時，由內部的查詢邏輯確定其響應次序。在單片機內部，它是一個反相放大器的輸入端。當采用外部時鐘時，對于HMOS單片機，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。當單片機振蕩器工作時，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個機器周期的高電平，就可實現(xiàn)復位操作，使單片機復位到初始狀態(tài)。當從外部程序存儲器讀取指令或常數(shù)期間，每個機器周期PESN兩次有效，以通過數(shù)據(jù)總線口讀回指令或常數(shù)。若超出該范圍時，自動轉去執(zhí)行外部程序存儲器的程序。當不接外部存儲器與不擴展I/O接口時，它可作為準雙向8位輸入/輸出接口。② P1口（1腳8腳）：，可作為準雙向I/O接口使用。當接有外部程序存儲器或擴展I/O接口且尋址范圍超過256個字節(jié)時，P2口用于高8位地址總線送出高8位地址。P3口的第2功能見表31。1602可以顯示2行16個字符，有8位數(shù)據(jù)總線D0D7，和RS、R/W、E三個控制端口，工作電壓為5V，并且?guī)в凶址麑Ρ榷日{節(jié)。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。指令 2：光標復位。高電平表示有效，低電平則無效。S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標。指令8：DDRAM地址設置。指令11：讀數(shù)據(jù)。霍爾傳感器的優(yōu)點是穩(wěn)定和安裝簡易，缺點是成本較高。它由電壓調整電路、反相電源保護電路、霍爾元件、溫度補償電路、微信號放大器、施密特觸發(fā)器和OC門輸出極構成，通過使用上拉電阻可以將其輸出接入CMOS邏輯電路?；魻杺鞲衅鞯耐庑螆D和與引腳圖如圖34所示?；魻柶骷鳛橐环N轉速測量系統(tǒng)的傳感器，它有結構牢固、體積小、重量輕、壽命長、安裝方便等優(yōu)點，因此選用霍爾傳感器檢測脈沖信號，其基本的測量原理如圖36所示，當車輪轉動時，帶動傳感器運動，產生對應頻率的脈沖信號，經(jīng)過信號處理后輸出到計數(shù)器或其他的脈沖計數(shù)裝置，進行轉速的測量。脈沖信號的周期與電機的轉速有以下關系：n= 式中：n為電機轉速；P為電機轉一圈的脈沖數(shù)；T為輸出方波信號周期。霍爾開關傳感器由于其體積小，無觸點，動態(tài)特性好，使用壽命長等特點，故在測量轉動物體旋轉速度領域得到了廣泛應用。由于外接電容C1C12的容量大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，電容的容量大小范圍為10pF30pF；如果使用陶瓷諧振，則電容容量范圍大小為10pF40pF。單片機在啟動時都需要復位，以使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。手動按鈕復位需要人為在復位輸入端RES上加入高電平，采用的辦法是在REST端和正電源VCC之間接一個按鈕。89C51的復位電路如圖37所示。脈沖測速最典型的方法有測頻率(M法)和測周期(T法)。T法是測量兩個脈沖之間的時間換算成周期，從而得到頻率。設計中綜合考慮測速精度和系統(tǒng)反應時間，本設計用測量脈沖頻率來計算歷程，因而具有較高的測距精度。 主程序設計在硬件設計完畢之后就是設計中最核心和最為主要的軟件部分設計。當系統(tǒng)出現(xiàn)問題就可以根據(jù)功能設置找出問題的根源，從而更快地解決問題。然后主程序將根據(jù)各標志寄存器的內容，分別完成啟動、清除、計程和計速等不同的操作。中斷0用于對輪子圈數(shù)的計數(shù)輸入，輪子每轉一圈，霍爾傳感器輸出一個低電平脈沖。這樣，每次定時器T1的開啟時間剛好為轉一圈的時間，根據(jù)輪子的周長就可以計算出自行車的速度。當結構發(fā)生計數(shù)溢出時，即表明定時時間或計數(shù)值已滿，這時就以計數(shù)溢出信號作為中斷請求，去置位一個溢出標志，作為單片機接受中斷請求的標志。本設計采用定時中斷，對自行車的里程和速度進行計數(shù)。此外，Proteus還提供圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號，以圖形的方式實時地顯示出來。Proteus提供了大量的元件庫，有RAM、ROM、鍵盤、馬達、LED、LCD、AD/DA、部分SPI器件、部分IIC器件，編譯方面支持Keil和MPLAB等編譯器。 Keil軟件KeilC51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到KeilC51生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。目標文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對目標文件（ABS）。調試的范圍可以由小到大，逐步增加，必要的中間信號可以先做設定。繪制原理圖時首先應根據(jù)需要選取元器件，Proteus庫中提供了大量元器件原理圖符號，利用Proteus的搜索功能能很方便地查找需要的元器件。器件選擇完畢后，就可以開始繪制原理圖了。在兩個元器件之間進行連線的方式很簡單，先將鼠標指向第一個器件的連接點并單擊左鍵，再將鼠標移到另一個器件的連接點并單擊左鍵，這兩個點就連接到一起了。圖52頻率計輸入1HZ的信號所得值用頻率計輸入頻率為1HZ的信號，其中LCD顯示的分別為歷程L、全程平均速度、運行時間，LED顯示的偉瞬時速度。圖53手動按鈕得到的值 (3)全部運行結果（超速報警）當行駛速度超過7m/s時，系統(tǒng)紅燈點亮以報警，仿真結果如圖54所示。本設計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單性，故盡可能簡化硬件電路，節(jié)省線路板的空間，達到硬件電路最優(yōu)化設計。當車輪轉動，小磁片滑過霍爾元件時，霍爾元件輸出一脈沖，可根據(jù)車輪周長計算里程，選擇不同的車輪周長，里程數(shù)的變化有所不同；當按下開關，顯示速度時，LCD會根據(jù)轉速的不同顯示不同的數(shù)字。動態(tài)顯示、顯示內容的實時更新、數(shù)據(jù)的準確度等方面做得比較好，但是由于時間倉促、條件有限，設計結果并不是很好，還存在諸如：顯示內容的單一，數(shù)據(jù)波動、抗干擾能力差等問題，所以此設計還存在諸多需要改進的地方。在論文工作即將結束之際，回顧四年來的求學歷程，深刻感受到自己取得的每一點進步都離不開老師和同學們的關懷和幫助。在設計時，老師給予了很好的指點。我還要感謝平時關心和幫助過我的同學，特別是幾位室友。附錄附錄程序源代碼：includeinclude //包含_nop_()。 //1602使能引腳sbit RW=P3^1。unsigned long lengthbuf,lengthvalue。void Display()。 _nop_()。 RW = 1。 0x80)。 RS = 0。 P0 = del。 E = 0。 E = 0。 E = 1。 //功能設置，8位字長，2行，5*7點陣 wcmd(0x0c)。 if(hang == 1) a = 0x80。 wdata(p)。 second++。 hour++。 lengthbuf=(TL1+TH1*256)* } TH0=0xd8。 b=second+minute*60+hour*60*60。 for(i=0。j++) { } }}void _Display(unsigned int x) //在LED七段管中顯示最高速度{ unsigned char slc。 b=( xa*1000)/100。 //分別將最大速度的各個位掃描顯示 slc=slc1。 slc=slc1。 slc=slc1。 slc=slc1。}void main(){ unsigned char i=0 。 //分別顯示速度的十位，個位，十分位，百分位 unsigned long quanshu。 TMOD=0x51。 //計數(shù)器0開中斷 TR1=1。 EA=1。 P1=0X00。 length2=(lengthlength1*100000)/10000。 length6=length%10。else LED=1。 //計算速度的各個進位 b=(va*1000)/100。 //計算分秒時的十位與個位 second2=second%10。 hour2=hour%10。 //在LCD相應位置顯示變量或者常量 L1602_string(1,2,39。e39。)。 L1602_string(1,6,39。L39。)。 L1602_string(1,12,length4+48)。 L1602_string(1,14,length5+48)。)。.39。 L1602_string(2,6,39。/39。)。:39。 L1602_string(2,14,39。 L1602_string(2,16,second2+48)。 } }