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光電式自行車(chē)速度里程表設(shè)計(jì),畢業(yè)論文-文庫(kù)吧資料

2025-06-28 02:46本頁(yè)面
  

【正文】 、速度調(diào)用子程序、里程調(diào)用子程序、LCD 顯示子程序、延時(shí)子程序等幾大部分。通過(guò)單片機(jī)計(jì)算出來(lái)的速度和里程的數(shù)據(jù),通過(guò) LCD1602 顯示模塊顯示。再根據(jù)鋁盤(pán)與自行車(chē)的輪子保持著一樣的角速度,得到鋁盤(pán)的線速度與輪子線速度的關(guān)系,從而算出自行車(chē)在這 2 秒的平均速度。而 MN 所得到的正是這兩秒內(nèi)鋁盤(pán)在圓周上所走得距離 S。而這個(gè)距離 M 正好為計(jì)算速度和距離起到了基本的數(shù)據(jù)儲(chǔ)備作用。當(dāng)該引腳為高電平時(shí),系統(tǒng)處于等待狀態(tài),要一直到該引腳出 現(xiàn)低電平時(shí)才開(kāi)始測(cè)頻率。按鍵接口電路如圖: S12345KR90VCP.圖 315 按鍵接口圖4 軟件設(shè)計(jì)待測(cè)信號(hào)經(jīng)預(yù)處理電路后加至單片機(jī)的 引腳可為單片機(jī)測(cè)量信號(hào)頻率提供有效的輸入信號(hào)。電路中,按鍵輸入低電平有效。獨(dú)立式按鍵接口電路配置靈活,軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。Q圖 314 報(bào)警電路圖 鍵盤(pán)控制鍵盤(pán)是實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話的重要工具,用戶可用計(jì)算機(jī)向計(jì)算機(jī)輸入數(shù)據(jù)和指令,本系統(tǒng)采用獨(dú)立鍵盤(pán)接口,獨(dú)立式按鍵是指直接用 I/O 口線構(gòu)成單個(gè)的按鍵電路。LCD 顯示與單片機(jī)連接電路圖如圖 313; 圖 313 液晶原理圖 報(bào)警電路本次報(bào)警電路采用蜂鳴器報(bào)警,當(dāng)即時(shí)速度超過(guò)預(yù)定值是蜂鳴器響,指示燈閃爍,提示應(yīng)該減速。光標(biāo)加 1),? N=0(讀或?qū)懸粋€(gè)字符后地址指針減 1 amp。?指令集? 1602 通過(guò) D0~D7 的 8 位數(shù)據(jù)端傳輸數(shù)據(jù)和指令。A’。 顯示接口電路設(shè)計(jì)1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器(CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了 160 個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形,這些字符有:阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫(xiě)、常用的符號(hào)、和日文假名等,每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼,比如大寫(xiě)的英文字母“A”的代碼是01000001B( 41H),顯示時(shí)模塊把地址 41H 中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來(lái),我們就能看到字母“A”。與 LED 數(shù)碼管相比,液晶顯示器的顯示效果相對(duì)較好,液晶顯示器顯示不僅直觀,而且界面具有人機(jī)交互美觀的特點(diǎn)。指 令 10: 寫(xiě) 數(shù) 據(jù) 。指 令 8: DDRAM 地 址 設(shè) 置 。指 令 6: 功 能 設(shè) 置 命 令 DL: 高 電 平 時(shí) 為 4 位 總 線 , 低 電 平 時(shí) 為 8 位 總 線 N: 低 電 平 時(shí) 為 單 行 顯 示 , 高 電 平 時(shí) 雙 行 顯 示 F: 低 電 平 時(shí) 顯 示 5x7 的 點(diǎn) 陣字 符 , 高 電 平 時(shí) 顯 示 5x10 的 點(diǎn) 陣 字 符 。 D: 控 制 整 體 顯 示 的 開(kāi) 與 關(guān) , 高 電 平 表 示 開(kāi) 顯 示 ,低 電 平 表 示 關(guān) 顯 示 C: 控 制 光 標(biāo) 的 開(kāi) 與 關(guān) , 高 電 平 表 示 有 光 標(biāo) , 低 電 平 表 示無(wú) 光 標(biāo) B: 控 制 光 標(biāo) 是 否 閃 爍 , 高 電 平 閃 爍 , 低 電 平 不 閃 爍 。 高 電 平 表 示 有 效 , 低 電 平 則 無(wú) 效 。指 令 2: 光 標(biāo) 復(fù) 位 , 光 標(biāo) 返 回 到 地 址 00H。1602 的 讀 寫(xiě) 操 作 、 屏 幕 和 光 標(biāo) 的 操 作 都 是 通 過(guò) 指 令 編 程 來(lái) 實(shí) 現(xiàn) 的 。第 15 腳:背光電源接 5V 正電壓。第 6 腳 : E 端 為 使 能 端 , 當(dāng) E 端 由 高 電 平 跳 變 成 低 電 平 時(shí) , 液 晶 模 塊 執(zhí) 行 命令 。第 5 腳 : RW 為 讀 寫(xiě) 信 號(hào) 線 , 高 電 平 時(shí) 進(jìn) 行 讀 操 作 , 低 電 平 時(shí) 進(jìn) 行 寫(xiě) 操 作 。第 3 腳 : V0 為 液 晶 顯 示 器 對(duì) 比 度 調(diào) 整 端 , 接 正 電 源 時(shí) 對(duì) 比 度 最 弱 , 接 地 電 源時(shí) 對(duì) 比 度 最 高 , 對(duì) 比 度 過(guò) 高 時(shí) 會(huì) 產(chǎn) 生 “鬼 影 ”, 使 用 時(shí) 可 以 通 過(guò) 一 個(gè) 10K 的電 位 器 調(diào) 整 對(duì) 比 度 。外形尺寸(LxWxH) 視域尺寸(WxHxT) 驅(qū)動(dòng)電壓(V) or 工作溫度:(oC) 0~50 or 20~70 存儲(chǔ)溫度:(oC) 10~60 or 30~80顯示類型: STN or FSTN 顏色: 藍(lán)色( 帶背光) 生產(chǎn)工藝: SMT其主要技術(shù)參數(shù)為:顯示容量:~ ;工作電流:()模塊最佳工作電壓:字符尺寸: (WXH)mm1602 采 用 標(biāo) 準(zhǔn) 的 16 腳 接 口 , 其 管腳定義如下:圖 312 LCD1602 實(shí)物圖第 1 腳 : VSS 為 地 電 源 。 顯示部分 LCD 液晶顯示器功能簡(jiǎn)介:其液 晶 模 塊 內(nèi) 部 的 字 符 發(fā) 生 存 儲(chǔ) 器 ( CGROM)已 經(jīng) 存 儲(chǔ) 了 160個(gè) 不 同 的 點(diǎn) 陣 字 符 圖 形 , 每 一 個(gè) 字 符 都 有 一 個(gè) 固 定 的 代 碼 。兩個(gè)電容取值都是相同的,大部分在 2030pF,沒(méi)有相同電容的情況下,可以用兩個(gè)相差不大電容代替,但不能相差太大,容易造成諧振不平衡,容易造成停振或者干脆不起振。在調(diào)試時(shí)要注意將 PC串口波特率設(shè)為 1200。12YMHZC30pF圖 311 晶振電路晶振是給單片機(jī)提供工作信號(hào)脈沖的,這個(gè)脈沖就是單片機(jī)的工作速度。 晶振電路晶振電路由晶振和兩個(gè)負(fù)載電容組成。其中電平復(fù)位是通過(guò) RST 端經(jīng)電阻與電源 Vcc 接通而實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位后,P0 到 P3 并行 I/O 口全為高電平,其它寄存器全部清零 。上電時(shí),剛接通電源,電容 C 相當(dāng)于瞬間短路,+5V 立即加到 RESET 端,該高電平使 89C51 全機(jī)自動(dòng)復(fù)位,這就是上電復(fù)位;若運(yùn)行過(guò)程中需要程序從頭執(zhí)行,只需按動(dòng)按鈕即可。本系統(tǒng)的復(fù)位電路是采用按鍵復(fù)位的電路,如圖 310 所示,是常用復(fù)位電路之一。只有當(dāng)RST 由高電平變成低電平以后,89C51 才從 0000H 地址開(kāi)始執(zhí)行程序。在 89C51 的時(shí)鐘電路工作后,只要在 RST 引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí),單片機(jī)內(nèi)部則初始復(fù)位。 單片機(jī)外圍電路介紹 復(fù)位電路AT89C51 單片機(jī)的復(fù)位輸入引腳 RST 為 AT89C51 提供了初始化的手段。 中斷控制CPU 對(duì)中斷系統(tǒng)所有中斷以及某個(gè)中斷源的開(kāi)放和屏蔽是由中斷允許寄存器 IE控制的。TF0( ):T0 溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位,其功能與 TF1 類同。TR1 由軟件置 1 或清 0。TR1():T1 運(yùn)行控制位。所以,TF1 可用作查詢測(cè)試的標(biāo)志。CPU 響應(yīng)中斷后TF1 由硬件自動(dòng)清 0。其格式如下:表 34位 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0字節(jié)地址:88HTF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0TF1( ):T1 溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。表 33M1 M0 工作方式 功能0 0 工作方式 0 13 位計(jì)數(shù)器0 1 工作方式 1 16 位計(jì)數(shù)器 1 0 工作方式 2 自動(dòng)再裝入 8 位計(jì)數(shù)器定時(shí)器 0:分成兩個(gè) 8 位計(jì)數(shù)器 1 1 工作方式 3定時(shí)器 1:停止計(jì)數(shù) TCON TCON 的低 4 位用于控制外部中斷,已在前面介紹。M1M0:工作方式設(shè)置位。其格式如表 32: 表 32 位號(hào) D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0符號(hào) GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0GATE:門(mén)控位。TMOD 用于設(shè)置其工作方式;TCON 用于控制其啟動(dòng)和中斷申請(qǐng) [9]。TMOD 是定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式寄存器,確定工作方式和功能; TCON 是控制寄存器,控制 T0、T1 的啟動(dòng)和停止及設(shè)置溢出標(biāo)志。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中,ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器,為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 圖 36 信號(hào)預(yù)處理電路圖圖圖 37 信號(hào)處理波形圖 單片機(jī)系統(tǒng)部分 AT89C51 單片機(jī)介紹  AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器( FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低電壓,高性能 CMOS8 位微處理器,俗稱單片機(jī)。無(wú)論出現(xiàn)上述的那一種情況,都可以通過(guò)用施密特反相觸發(fā)器整形而得到比較理想的矩形脈沖波形。從傳感器得到的矩形脈沖經(jīng)傳輸后往往發(fā)生波形畸變。利用施密特觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程中的正反饋?zhàn)饔?,可以把邊沿變化緩慢的周期性信?hào)變換為邊沿很陡的矩形脈沖信號(hào)。其中電阻 R3 為輸入電阻,R4 為輸出電阻。當(dāng)輸入信號(hào)為零或負(fù)電壓時(shí),三極管截止,電路輸出高電平;而當(dāng)輸入信號(hào)為正電壓時(shí),三極管導(dǎo)通,此時(shí)輸出電壓隨著輸入電壓的上升而下降,這使得速度里程表既可以測(cè)量任意方波信號(hào)的頻率,也可以測(cè)量正弦波信號(hào)的頻率。脈沖發(fā)生源的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖35 所示。這樣就可以在單位時(shí)間內(nèi)盡可能多地得到脈沖數(shù)從而避免了因?yàn)閮蓚€(gè)過(guò)孔之間的距離過(guò)大,而車(chē)子正好在過(guò)孔之間或者是在下個(gè)過(guò)孔之前停止了,造成較大的誤差。把這些脈沖通過(guò)一系列的波形整形成單片機(jī)可以識(shí)別的 TTL 電平,即可算出輪子即時(shí)的轉(zhuǎn)速。 輪脈沖檢測(cè)該系統(tǒng)在自行車(chē)后輪的軸處保持著與輪子旋轉(zhuǎn)切面平行的方向延伸附加一個(gè)鋁盤(pán),在這個(gè)鋁盤(pán)的邊沿處挖出若干個(gè)圓形過(guò)孔,把傳感器的檢測(cè)部分放在圓孔的圓心位置。當(dāng)有物體擋在紅外光電發(fā)光二極管和高靈敏度的光電晶體管之間時(shí),傳感器將會(huì)輸出一個(gè)低電平,而當(dāng)沒(méi)有物體擋在中間時(shí)則輸出為高電平,從而形成一個(gè)脈沖。根據(jù)主要參數(shù)表,它的極限電流為 50mA,當(dāng)兩者之間有孔時(shí),三極管導(dǎo)通,當(dāng)兩者被隔離時(shí),三極管截止。紅外光電傳感器 ST1101 采用高輸出的紅外光電二極管與高靈敏度光敏晶其特點(diǎn)是性能可靠,體積小,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,廣泛應(yīng)用于里程表。圖 32 光電傳感器的原理圖圖 33 遮光葉片將光敏電阻安裝在自行車(chē)前又的一側(cè),在同等高度的另一側(cè)安上一個(gè)高亮度的發(fā)光二極管。當(dāng)葉片數(shù)較多時(shí),旋轉(zhuǎn)一周可以獲得多個(gè)脈沖信號(hào)。以透射式為例,如圖 31 所示,當(dāng)不透光的物體擋住發(fā)射與接收之間的間隙時(shí),開(kāi)關(guān)管關(guān)斷,否則打開(kāi)。如圖 32 所示,是某光電編碼器的外形。 光電編碼器的工作原理與光電傳感器一樣,不過(guò)它已將光電傳感器、電子電路、碼盤(pán)等做成一個(gè)整體,只要用連軸器將光電傳感器的軸與轉(zhuǎn)軸相連,就能獲得多種輸出信號(hào)。霍爾傳感器由永久磁鐵和開(kāi)關(guān)型霍爾集成電路組成。中 中 中 中中 中 中 中 中 中 中 中中 中 中中 中 中 中中 中 中 中中 中 中 中中 中 中 中中 中 中 中中 中 中 中中 中 中中 中 中 中中 中I N T 0T 0I N T 1圖 22 系統(tǒng)軟件流程圖3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用的是以紅外傳感器 ST1101 為傳感器,以 AT89C51 作為系統(tǒng)的主控芯片,以 LCD160128*16 液晶顯示器進(jìn)行顯示。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。模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)即是根據(jù)要求和硬件設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu),將整個(gè)系統(tǒng)的功能分成許多小的功能模塊,再根據(jù)這些小的功能模塊進(jìn)行程序編寫(xiě)的過(guò)程。 軟件系統(tǒng)工作流程在硬件設(shè)計(jì)完畢之后,接下來(lái)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)行駛達(dá)到一定的車(chē)速時(shí),會(huì)發(fā)出報(bào)警聲。 系統(tǒng)硬件組成原理系統(tǒng)硬件由信號(hào)預(yù)處理電路、單片機(jī) AT89C205系統(tǒng)化 LCD 顯示模塊、開(kāi)關(guān)按鍵,報(bào)警模塊組成,系統(tǒng)的硬件組成框圖如下:中 中 中 中 中 中 中中 中 中 中中 中 中 中中 中 中 中 中 中中 中 中 中L C D 中 中中 中 中 中圖 21 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖由于不同速度發(fā)出不同頻率的脈沖,通過(guò)光電傳感器檢測(cè)出不同狀態(tài)的脈沖信號(hào),而一般的模擬信號(hào)都是微弱的,所以要把它放大,這就需要一個(gè)放大器。本設(shè)計(jì)中,計(jì)數(shù)的正確性決定了本裝置的精度,如何在復(fù)雜的環(huán)境中得到正確的計(jì)數(shù)脈沖,是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn),設(shè)計(jì)中里程表顯示采用LCD1602 液晶模塊,用液晶顯示器顯示是本設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。其中信號(hào)預(yù)處理電路包含信號(hào)放大、波形變換和波形整形。 設(shè)計(jì)任務(wù) 本設(shè)計(jì)要以單片機(jī)為核心,通過(guò)光電傳感器來(lái)檢測(cè)自行車(chē)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)自行車(chē)的速度的測(cè)量,最后用液晶顯示器直觀地將速度與里程顯示出來(lái),并且在速度高于一定的值時(shí)可自動(dòng)向用戶報(bào)警,從而達(dá)到智能化的目的。以往的里程表只能進(jìn)行測(cè)量速度,里程,時(shí)間,溫度等數(shù)據(jù),雖然能實(shí)現(xiàn)很多的功能,但是其中的一些功能不適合自行車(chē)業(yè)余愛(ài)好者,浪費(fèi)資源,而且性價(jià)比也低,而且也不能很好的把握當(dāng)前運(yùn)動(dòng)量,從而不能很好的實(shí)現(xiàn)娛樂(lè)和鍛煉的效果。電子式車(chē)速表更加智能,車(chē)速表的功能也更加人性化,如加上了里程累計(jì)、超速提醒等功能?,F(xiàn)在的車(chē)速表大多是電子式的,用 LED 數(shù)碼管或 LCD 顯示,使速度顯示更加直觀。因此,低速時(shí)車(chē)速表指針擺動(dòng)劇烈、測(cè)量及顯示精度不高。機(jī)械式車(chē)速表的缺陷是明顯的。當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩與彈簧產(chǎn)生的阻力矩平衡時(shí),指針偏轉(zhuǎn)停留在某一角度上。因此需要一種裝置進(jìn)行對(duì)訓(xùn)練中各種參數(shù)的測(cè)定記錄。而對(duì)于自行車(chē)運(yùn)動(dòng)員來(lái)說(shuō),最為關(guān)心的莫過(guò)于一段時(shí)間內(nèi)的訓(xùn)練效果。因此愛(ài)好自行車(chē)運(yùn)動(dòng)的人需要一款里程表,以知道自己的運(yùn)動(dòng)情況。而且在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中可以充分享受到大自然,對(duì)于忙碌的現(xiàn)代人來(lái)說(shuō),無(wú)疑是一種較好的放松方法。而在國(guó)外,自行車(chē)卻是一項(xiàng)十分受歡迎的健身運(yùn)動(dòng)。并且隨著人們生活水平的逐漸提高,人們對(duì)于生活質(zhì)量的要求也日益增加,尤其是對(duì)健身
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