【正文】 作為出發(fā)點(diǎn)，嘗試設(shè)計(jì)一款低成本多功能的測(cè)速儀，旨在讓自行車駕駛者在駕駛時(shí)能夠準(zhǔn)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(cè)速系統(tǒng)是以單片機(jī)為核心實(shí)現(xiàn)的，具有功能多、功耗小、直觀準(zhǔn)確以及可顯示時(shí)間、總里程、速度等優(yōu)點(diǎn)。本文采用頻率法，檢測(cè)的是輸入脈沖數(shù)，這種方式又稱頻率法，它測(cè)出一定時(shí)間內(nèi)輸入的脈沖的個(gè)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(yīng)用領(lǐng)域，如汽車、電機(jī)、手機(jī)和電腦都已經(jīng)采用了該器件，而且這些市場(chǎng)在未來(lái)幾年的增長(zhǎng)較為穩(wěn)定，而其他一些新的應(yīng)用市場(chǎng)又不足以與上述幾個(gè)市場(chǎng)相比，因此霍爾傳感器在全球總的市場(chǎng)容量是較為穩(wěn)定的，每年的增長(zhǎng)率保持在5%到10%之間。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)在都有生產(chǎn)銷售類似的自行車測(cè)速儀里程表，有些簡(jiǎn)單的產(chǎn)品就是單單只有測(cè)速或里程的功能，比較復(fù)雜的產(chǎn)品除了測(cè)速和里程功能外，還加入了GPS全球定位、單次行車?yán)锍?、平均速度、時(shí)鐘、行車時(shí)間、車輪轉(zhuǎn)數(shù)。本文首先簡(jiǎn)要的對(duì)該課題的自行車測(cè)速儀設(shè)計(jì)進(jìn)行總體的介紹；繼而具體介紹了自行車測(cè)速儀的硬件設(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)、傳輸電路的設(shè)計(jì)等；然后闡述了該自行車測(cè)速儀的軟件設(shè)計(jì)，包括主程序設(shè)計(jì)和子程序的設(shè)計(jì)；最后對(duì)本次設(shè)計(jì)進(jìn)行了系統(tǒng)的仿真和總結(jié)。系統(tǒng)包括控制器模塊、信號(hào)檢測(cè)采集模塊、顯示模塊、電源模塊四部分。 速度測(cè)量原理測(cè)量自行車的速度的原理有兩種：測(cè)量一定時(shí)間間隔t里自行車車輪轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)q，假設(shè)車輪周長(zhǎng)為c，則速度V=c*q/t；測(cè)量自行車車輪轉(zhuǎn)過(guò)一圈的時(shí)間t，則速度V=c/t。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?；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。本里程表選用開(kāi)關(guān)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(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。而在實(shí)際運(yùn)用中則可以根據(jù)具體的情況來(lái)通過(guò)程序來(lái)設(shè)定具體的參數(shù)，以達(dá)到對(duì)各參數(shù)更精確的測(cè)量與顯示。而總里程L除以總時(shí)間t得到平均速度。硬件電路設(shè)計(jì)3 硬件電路設(shè)計(jì)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(hào)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(shí)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)。其中最具代表的磁傳感器就是霍爾傳感器，在自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中，利用霍爾傳感器測(cè)轉(zhuǎn)數(shù)是一種最基本的測(cè)量工作。在系統(tǒng)可編程Flash產(chǎn)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(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。個(gè)數(shù)據(jù)指針，2個(gè)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(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(qǐng)求；由中斷優(yōu)先級(jí)寄存器IP安排各優(yōu)中斷源的優(yōu)先級(jí)；同一優(yōu)先級(jí)內(nèi)各終端同時(shí)提出中斷請(qǐng)求時(shí)，由內(nèi)部的查詢邏輯確定其響應(yīng)次序。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸入端。當(dāng)采用外部時(shí)鐘時(shí)，對(duì)于HMOS單片機(jī)，該引腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端。當(dāng)單片機(jī)振蕩器工作時(shí)，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，就可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機(jī)復(fù)位到初始狀態(tài)。當(dāng)從外部程序存儲(chǔ)器讀取指令或常數(shù)期間，每個(gè)機(jī)器周期PESN兩次有效，以通過(guò)數(shù)據(jù)總線口讀回指令或常數(shù)。若超出該范圍時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器的程序。當(dāng)不接外部存儲(chǔ)器與不擴(kuò)展I/O接口時(shí)，它可作為準(zhǔn)雙向8位輸入/輸出接口。② P1口（1腳8腳）：，可作為準(zhǔn)雙向I/O接口使用。當(dāng)接有外部程序存儲(chǔ)器或擴(kuò)展I/O接口且尋址范圍超過(guò)256個(gè)字節(jié)時(shí)，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(jiàn)表31。1602可以顯示2行16個(gè)字符，有8位數(shù)據(jù)總線D0D7，和RS、R/W、E三個(gè)控制端口，工作電壓為5V，并且?guī)в凶址麑?duì)比度調(diào)節(jié)。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)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(biāo)復(fù)位。高電平表示有效，低電平則無(wú)效。S/C：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)。指令8：DDRAM地址設(shè)置。指令11：讀數(shù)據(jù)?；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。它由電壓調(diào)整電路、反相電源保護(hù)電路、霍爾元件、溫度補(bǔ)償電路、微信號(hào)放大器、施密特觸發(fā)器和OC門輸出極構(gòu)成，通過(guò)使用上拉電阻可以將其輸出接入CMOS邏輯電路。霍爾傳感器的外形圖和與引腳圖如圖34所示?；魻柶骷鳛橐环N轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的傳感器，它有結(jié)構(gòu)牢固、體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，因此選用霍爾傳感器檢測(cè)脈沖信號(hào)，其基本的測(cè)量原理如圖36所示，當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)傳感器運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)頻率的脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理后輸出到計(jì)數(shù)器或其他的脈沖計(jì)數(shù)裝置，進(jìn)行轉(zhuǎn)速的測(cè)量。脈沖信號(hào)的周期與電機(jī)的轉(zhuǎn)速有以下關(guān)系：n= 式中：n為電機(jī)轉(zhuǎn)速；P為電機(jī)轉(zhuǎn)一圈的脈沖數(shù)；T為輸出方波信號(hào)周期。霍爾開(kāi)關(guān)傳感器由于其體積小，無(wú)觸點(diǎn)，動(dòng)態(tài)特性好，使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，故在測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)物體旋轉(zhuǎn)速度領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。由于外接電容C1C12的容量大小會(huì)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(jī)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)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(kāi)始工作。手動(dòng)按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)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(gè)按鈕。89C51的復(fù)位電路如圖37所示。脈沖測(cè)速最典型的方法有測(cè)頻率(M法)和測(cè)周期(T法)。T法是測(cè)量?jī)蓚€(gè)脈沖之間的時(shí)間換算成周期，從而得到頻率。設(shè)計(jì)中綜合考慮測(cè)速精度和系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間，本設(shè)計(jì)用測(cè)量脈沖頻率來(lái)計(jì)算歷程，因而具有較高的測(cè)距精度。 主程序設(shè)計(jì)在硬件設(shè)計(jì)完畢之后就是設(shè)計(jì)中最核心和最為主要的軟件部分設(shè)計(jì)。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題就可以根據(jù)功能設(shè)置找出問(wèn)題的根源，從而更快地解決問(wèn)題。然后主程序?qū)⒏鶕?jù)各標(biāo)志寄存器的內(nèi)容，分別完成啟動(dòng)、清除、計(jì)程和計(jì)速等不同的操作。中斷0用于對(duì)輪子圈數(shù)的計(jì)數(shù)輸入，輪子每轉(zhuǎn)一圈，霍爾傳感器輸出一個(gè)低電平脈沖。這樣，每次定時(shí)器T1的開(kāi)啟時(shí)間剛好為轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間，根據(jù)輪子的周長(zhǎng)就可以計(jì)算出自行車的速度。當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生計(jì)數(shù)溢出時(shí)，即表明定時(shí)時(shí)間或計(jì)數(shù)值已滿，這時(shí)就以計(jì)數(shù)溢出信號(hào)作為中斷請(qǐng)求，去置位一個(gè)溢出標(biāo)志，作為單片機(jī)接受中斷請(qǐng)求的標(biāo)志。本設(shè)計(jì)采用定時(shí)中斷，對(duì)自行車的里程和速度進(jìn)行計(jì)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(hào)，以圖形的方式實(shí)時(shí)地顯示出來(lái)。Proteus提供了大量的元件庫(kù)，有RAM、ROM、鍵盤、馬達(dá)、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(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到KeilC51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。目標(biāo)文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫(kù)文件，也可以與庫(kù)文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對(duì)目標(biāo)文件（ABS）。調(diào)試的范圍可以由小到大，逐步增加，必要的中間信號(hào)可以先做設(shè)定。繪制原理圖時(shí)首先應(yīng)根據(jù)需要選取元器件，Proteus庫(kù)中提供了大量元器件原理圖符號(hào)，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(kāi)始繪制原理圖了。在兩個(gè)元器件之間進(jìn)行連線的方式很簡(jiǎn)單，先將鼠標(biāo)指向第一個(gè)器件的連接點(diǎn)并單擊左鍵，再將鼠標(biāo)移到另一個(gè)器件的連接點(diǎn)并單擊左鍵，這兩個(gè)點(diǎn)就連接到一起了。圖52頻率計(jì)輸入1HZ的信號(hào)所得值用頻率計(jì)輸入頻率為1HZ的信號(hào)，其中LCD顯示的分別為歷程L、全程平均速度、運(yùn)行時(shí)間，LED顯示的偉瞬時(shí)速度。圖53手動(dòng)按鈕得到的值 (3)全部運(yùn)行結(jié)果（超速報(bào)警）當(dāng)行駛速度超過(guò)7m/s時(shí)，系統(tǒng)紅燈點(diǎn)亮以報(bào)警，仿真結(jié)果如圖54所示。本設(shè)計(jì)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(jiǎn)單性，故盡可能簡(jiǎn)化硬件電路，節(jié)省線路板的空間，達(dá)到硬件電路最優(yōu)化設(shè)計(jì)。當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，小磁片滑過(guò)霍爾元件時(shí)，霍爾元件輸出一脈沖，可根據(jù)車輪周長(zhǎng)計(jì)算里程，選擇不同的車輪周長(zhǎng)，里程數(shù)的變化有所不同；當(dāng)按下開(kāi)關(guān)，顯示速度時(shí)，LCD會(huì)根據(jù)轉(zhuǎn)速的不同顯示不同的數(shù)字。動(dòng)態(tài)顯示、顯示內(nèi)容的實(shí)時(shí)更新、數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度等方面做得比較好，但是由于時(shí)間倉(cāng)促、條件有限，設(shè)計(jì)結(jié)果并不是很好，還存在諸如：顯示內(nèi)容的單一，數(shù)據(jù)波動(dòng)、抗干擾能力差等問(wèn)題，所以此設(shè)計(jì)還存在諸多需要改進(jìn)的地方。在論文工作即將結(jié)束之際，回顧四年來(lái)的求學(xué)歷程，深刻感受到自己取得的每一點(diǎn)進(jìn)步都離不開(kāi)老師和同學(xué)們的關(guān)懷和幫助。在設(shè)計(jì)時(shí)，老師給予了很好的指點(diǎn)。我還要感謝平時(shí)關(guān)心和幫助過(guò)我的同學(xué)，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(shè)置，8位字長(zhǎng)，2行，5*7點(diǎn)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(gè)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(gè)位，十分位，百分位 unsigned long quanshu。 TMOD=0x51。 //計(jì)數(shù)器0開(kāi)中斷 TR1=1。 EA=1。 P1=0X00。 length2=(lengthlength1*100000)/10000。 length6=length%10。else LED=1。 //計(jì)算速度的各個(gè)進(jìn)位 b=(va*1000)/100。 //計(jì)算分秒時(shí)的十位與個(gè)位 second2=second%10。 hour2=hour%10。 //在LCD相應(yīng)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)。 } }