自行車里程表設計【畢業(yè)論文+文獻綜述+開題報告】

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1、（2015屆）畢業(yè)設計題 目： 自行車里程表設計 姓名： 專業(yè)： 班級： 學 號： 指導教師： 導師職稱： 年 月 日 III自行車里程表的設計摘 要在自行車行駛的過程當中，自行車里程表是為使用者及時的提供動態(tài)駕駛信息的重要儀表，它的性能好壞直接的影響了交通和人身安全。傳統(tǒng)機械式里程表由于受裝置元件的影響，使得在車輛高速行駛的時候，造成里程表指示的不穩(wěn)定，反映遲鈍甚至失效。使車輛使用者不能及時的準確的收集到車輛的實時信息，從而無法掌握車輛的行駛狀態(tài)，容易造成交通事故和威脅到人身安全。在電動自行車越來越多的同時，避免因車速原因而所造成事故的需要性越來越迫切，所以對里程表進行更有效的設計是很重要的

2、。本設計所介紹的自行車里程表是基于AT89C52單片機和霍爾傳感器的車速和里程測量系統(tǒng)。同時，本設計還采用了4位數(shù)碼管顯示模塊以及按鍵切換顯示模塊；運用Keil C51 編程軟件工具進行軟件部分的設計。本文介紹的速度與里程表設計以單片機和霍爾傳感器為核心，傳感器將不同車速轉(zhuǎn)變成的不同頻率的脈沖信號輸入到單片機進行控制與計算再采用LED 模塊進行顯示使得電動自行車的速度與里程數(shù)據(jù)能直觀的顯示給使用者。關鍵詞：單片機,霍爾傳感器，數(shù)碼管顯示，里程表The Design of Bicycle Odometer AbstractIn the process of moving bicycles, bi

3、cycle odometer is for users to provide timely information on important dynamic driving instrument, its performance has a direct impact on traffic and personal safety. Traditional mechanical odometer due to the impact of flexible shaft makes high-speed driving, causing instability odometer directions

4、, reflecting the slow or even fail. The vehicle user can not be timely and accurate real-time information collected from vehicles, which can not grasp the state of the vehicle, could easily lead to accidents and threats to personal safety. At the same time more and more electric bicycle, to avoid ac

5、cidents caused by speed because of more pressing needs, so the odometer for more effective design is very important.The design presented is based on AT89C52 microcontroller bicycle odometer and Hall sensor speed and mileage measurement system. At the same time, this design also features four digital

6、 display and key switch module display module; using Keil C51 programming software tools software part of the design.This article first introduces the odometer that speed the development of the trends and the future status; Secondly, introduced the outstanding advantages of this design; then the wor

7、k requirements under the odometer choose the right of the sensor, microcontroller Deng components; Tong Shi, according to the use of odometer to design the appropriate hardware schematics; Finally, the hardware design and software design process correspondingKeywords: Microcontroller, Hall sensor, D

8、igital tube display, Odometer目錄摘 要III第一章 緒論11.1 課題的來源11.2車速里程表的國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢11.3小結(jié)3第二章 自行車里程表系統(tǒng)42.1車輛常用里程表比較42.2常用傳感器里程表比較42.2.1基于能變磁阻式的傳感器里程表42.2.2基于霍爾效應式傳感器里程表42.3霍爾傳感器突出的優(yōu)點52.4小結(jié)5第三章 自行車里程表的硬件設計73.1具體硬件電路及工作原理73.2其他外圍硬件電路83.2.1電源電路83.2.2位串行靜態(tài)顯示電路83.3單片機的選用113.3.1單片機的選用113.3.2 AT89C52單片機簡介113.4傳感器的選用

9、123.4.1傳感器的選用原則123.4.2傳感器的選用133.4.3 霍爾傳感器介紹133.5系統(tǒng)概述163.6小結(jié)16第四章 自行車里程表的軟件設計174.1系統(tǒng)軟件總體設計174.2系統(tǒng)軟件模塊框圖184.2.1數(shù)據(jù)處理194.2.2鍵盤控制194.3中斷204.3.1中斷優(yōu)先級的設定204.4數(shù)據(jù)處理子程序214.4.1處理車速子程序214.4.2顯示子程序224.5軟件開發(fā)環(huán)境224.6小結(jié)23第五章 設計結(jié)果分析245.1信號采集及處理結(jié)果245.2運行調(diào)試結(jié)果255.3 數(shù)據(jù)結(jié)果誤差測試結(jié)果265.4 小結(jié)27第六章 總結(jié)與展望28參考文獻29致謝30附錄：原理圖31附錄：主要程

10、序部分3251自行車里程表的設計第一章 緒論1.1 課題的來源從保護環(huán)境和經(jīng)濟條件許可等因素綜合來看自行車目前乃至今后都有著廣闊的發(fā)展空間目前市面上自行車的速度表和里程表都是機械的看起來不夠直觀與方便如果能用基于單片機系統(tǒng)與霍爾傳感器為基礎以及用LED直接顯示出來里程數(shù)或速度值就可節(jié)省用戶的時間及精力處理自行車行進過程中的突發(fā)事件。車速里程表是儀表板當中最重要的部分，它顯示了車輛的速度和行駛里程。車速里程表實際上是由兩個部分組成，一個是車速部分，另外一個是里程部分。傳統(tǒng)的機械式車速里程表連接了一根內(nèi)有鋼絲纜的軟軸，軟軸另一端連接到變速器上面，齒輪的旋轉(zhuǎn)通過鋼絲纜旋轉(zhuǎn)帶動里程表罩圈內(nèi)一塊磁鐵而旋

11、轉(zhuǎn)，磁鐵轉(zhuǎn)速快慢引起了磁力線的變化，指針平衡被打破因此偏離了零點位置，指示數(shù)值。這種車速里程表簡單又實用，曾被廣泛的用在各種車輛上。但是這種儀表看起來不太直觀與方便。本設計采用數(shù)碼管可以直接顯示里程數(shù)或速度值，這樣的設計可為用戶帶來方便，也降低由于用戶精力不集中而造成事故的幾率。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子式里程表越來越多地被用于各種車載儀表中。本設計里程表是數(shù)字式儀表，它從霍爾傳感器獲取里程信號；車速表則是利用了霍爾效應作用，使霍爾傳感器產(chǎn)生的信號與車輛行駛速度成比例，通過單片機處理，數(shù)值結(jié)果在數(shù)碼管上顯示。為了使用方便，現(xiàn)在的車速里程表同時設有總里程和單程里程兩項，總里程用來記錄車輛累計行駛的

12、路程，單程里程用來記錄車輛單程行駛路程。單程里程還可以通過復位置零1 2。1.2車速里程表的國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢隨著交通工具多樣化，里程表已經(jīng)被廣泛應用于各類車輛，傳統(tǒng)的機械式里程表由于受到了軟軸影響，穩(wěn)定度不高，而且功能單一、易磨損。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，電子式里程表被廣泛的應用，現(xiàn)在很多車輛已經(jīng)使用電子車速里程表，本設計就介紹一種基于單片機和霍爾傳感器的數(shù)字式里程表。該數(shù)字式里程表主要由車速表和里程表兩個部分組成，其傳感器采用霍爾傳感器。它不僅可以顯示車速，也可顯示一段時間的階段路程，還可以顯示車輛行駛的時間等功能，并具有較強的功能擴展性。傳統(tǒng)的車輛轉(zhuǎn)速里程表功能有兩個：一是用指針指示出

13、車輛行駛的實時車速；二是用機械計數(shù)器記錄車輛行駛里程。并且傳統(tǒng)機械式車輛的速度表連接了一條軟軸，軟軸另一端連接到變速器的其中一個齒輪上，齒輪的旋轉(zhuǎn)帶動軟軸內(nèi)的鋼絲纜轉(zhuǎn)動，使得里程表罩圈內(nèi)的一塊磁鐵旋轉(zhuǎn)，磁鐵旋轉(zhuǎn)速度的快慢引起磁力線大小的變化，打破了指針的平衡，使指針了偏離零點位置，指示出數(shù)值。這種車速里程表簡單實用，曾經(jīng)被廣泛應用于各種車輛上3。 但是隨著現(xiàn)代車輛各種性能都在飛速的發(fā)展，車輛性能的提高，舊的里程表已經(jīng)不能適應用于現(xiàn)代化的車輛當中；而且對于不同的車型，舊款里程表的安裝也受到了軟軸長度、彎曲度等的限制?，F(xiàn)代車速里程表為性能可靠的電子式儀表，其主要優(yōu)點如下： 1) 電子式里程表能夠提

14、供大量復雜的信息。隨著車輛行駛和工作狀態(tài)的信息量的顯著增加，車輛電子里程表能夠迅速、準確、直觀地顯示出車速，里程信息，而且顯示的信息量大。2) 電子式里程表具有體積小、重量輕等優(yōu)點。而且小型化、電子化的儀表盤還能適應于各種傳感器或控制系統(tǒng)的電子化，節(jié)省了車輛儀表盤的空間，而且還能進行更大的信息處理。3) 高精度和高可靠性。由于實現(xiàn)了里程表的電子化，可以為使用者提供高精度的數(shù)據(jù)信息，也可以減少傳統(tǒng)里程表中那些機械部分，從而改善并且提高了儀表的可靠性能和穩(wěn)定性能。4) 具有一表多用的功能。采用數(shù)字顯示能夠進行分時顯示，并可同時切換界面能顯示幾個參數(shù)，使得儀表盤更加簡單化和清晰化4。毋庸置疑，車輛儀

15、表的電子化、數(shù)字化和智能化是車輛儀表的發(fā)展方向，車用數(shù)字儀表的研究是國內(nèi)外正在探索的一個新興領域，集單片機控制技術(shù)、傳感技術(shù)、信號處理技術(shù)等多門學科交叉的應用研究，屬于世界車載裝置領域的前沿性課題。隨著現(xiàn)代車輛工業(yè)和電子技術(shù)的不斷發(fā)展，車輛中各種系統(tǒng)和器件日趨復雜，車輛行駛和工作狀況的信息量不斷增加。車輛儀表的功能已經(jīng)不僅僅是單純的指示，而是通過對車輛各部件參數(shù)的監(jiān)測與微處理機控制配套，從而達到控制車輛各種運行工作情況的目的。全數(shù)字式車輛儀表，是現(xiàn)在和未來車輛儀表顯示裝置的主導技術(shù)和重點發(fā)展方向。具體體現(xiàn)在以下幾個方面： 1) 多功能化；2) 數(shù)字化；3) 更好的視覺性；4) 信息化和網(wǎng)絡化5

16、。車輛電子儀表向著多功能性、更高智能化的方向發(fā)展，同時車輛儀表的電子數(shù)字化，也表數(shù)字化水平不高,絕大部分儀表還是機械、模擬式的,而且大多數(shù)模擬儀表的體積大、數(shù)量多,使得顯示系統(tǒng)復雜而擁擠；另外模擬儀表故障發(fā)生率較高,增加了事故發(fā)生率和經(jīng)濟負擔,減小了車輛行使的安全穩(wěn)定系數(shù)。國外車速里程表采用了各大公司自行研制的芯片，不但成本高，而且對車種的適應性較差。不過，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，必將促進車輛儀表向高新技術(shù)領域、種類繁多、性能卓越的電子數(shù)字儀表方向發(fā)展61.3小結(jié)目前，國內(nèi)車輛儀現(xiàn)在很多車輛儀表已經(jīng)使用了電子車速表。在世界進入數(shù)字化時代的今天，車用儀表數(shù)字化必將是新世紀車輛發(fā)展的必然趨勢。新概念車

17、速里程表最直觀的變化將是大屏幕的液晶顯示器，直接用數(shù)字顯示時速、路程和行駛的時間。第二章 自行車里程表系統(tǒng)2.1車輛常用里程表比較傳統(tǒng)的自行車里程表一般使用于基于磁電式傳感器和單片機。磁電式轉(zhuǎn)速傳感器結(jié)構(gòu)簡單、成本低，但是存在以下缺點：一是其輸出信號的幅值會隨著轉(zhuǎn)速的變化而變化。如果車速過慢，其輸出信號低于1V，電控單元就不能檢測。如果車速過快，其輸出信號電壓值過高，則會出現(xiàn)次脈沖，檢測結(jié)果與真實轉(zhuǎn)速不符合；二是抗電磁波干擾能力較差。所以這種里程表受到磁電式傳感器的影響，不能克服以上缺點?；诨魻栃睫D(zhuǎn)速傳感器和單片機的里程表則能克服上述兩個缺點。自行車工作環(huán)境較為惡劣，震動性大，油污較多，

18、而霍爾傳感器具有無觸點、高壽命、高可靠性、無火花、無自激振蕩、溫度性好、抗污染力強、構(gòu)造簡單、堅固、體積小、耐沖擊等優(yōu)點，憑著這些特點從而決定了選擇新型的自行車里程表是個很好的選擇7。2.2常用傳感器里程表比較2.2.1基于能變磁阻式的傳感器里程表能變磁阻式傳感器也稱電磁感應式傳感器，會產(chǎn)生磁脈沖信號，該信號的產(chǎn)生是由于傳感器內(nèi)的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動從而使磁通量的大小發(fā)生了變化從而使線圈中的感應電動勢也改變?；谶@種里程表的優(yōu)點則是價錢低、形狀小、不用外接電源就能產(chǎn)生交流信號、而且溫度的穩(wěn)定性高；不過不好的地方是轉(zhuǎn)子在不轉(zhuǎn)動的時候沒有信號的輸出，信號跳動的范圍取決于傳感器里面轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)速度，需要專門的處

19、理信號的電路，而且傳感器內(nèi)的氣體空間必須要小于2mm。2.2.2基于霍爾效應式傳感器里程表霍爾效應式(Hall Effect)傳感器所獲得的電壓信號，是因為傳感器內(nèi)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動令磁通量的大小發(fā)生了變化。轉(zhuǎn)軸經(jīng)過傳感器中的霍爾器件和永磁鐵，磁通量的改變與可變化磁阻式得傳感器差不多，不過和可變磁阻式不一樣的是霍爾器件所測量的是磁通量的大小而不是變化率?；魻柶骷怯媒橛趯w和絕緣體之間的材料制成，需要偏置電流，此傳感器隨著作用于霍爾器件的磁場的磁通量的增大而增大?；魻杺鞲衅魇褂昧藘蓸O半導體做法，使變大、熱量的補充以及信號的處理全部集中在一張芯片上?；诨魻杺鞲衅骼锍瘫淼膬?yōu)點則是：價格較便宜、形狀小、能

20、測出無轉(zhuǎn)速、有著很好的線條；不過敝處是：溫度承受力不高（要低于200），傳感器的氣體間隔要小于25mm，承壓力較小。但對于自行車的工作環(huán)境，霍爾式里程表受溫度極限、壓力敏感方面的影響則較小8。2.3霍爾傳感器突出的優(yōu)點轉(zhuǎn)速傳感器的類型有很多，因為霍爾傳感器具有堅固、無觸點、構(gòu)造簡單、長壽命、無火花、溫度性能好、無自激振蕩、體積小、抗污染能力強、可靠性高、耐沖擊力強等優(yōu)點，所以采用霍爾效應式傳感器作為設計用轉(zhuǎn)速傳感器。該傳感器是開關元件，直接輸出脈沖頻率信號，但是由于存在一些電磁噪聲干擾，必須將信號采取過濾無用波以及矯正，提升信號波得精準度和抵抗干擾的能力。處理過的信號則轉(zhuǎn)變成了所需要的方波型信

21、號，然后經(jīng)過單片機的輸入采取能力就能準確的獲得他脈沖所產(chǎn)生時間，為了控制單位運算以及提供轉(zhuǎn)速和上截止點的基準信號。用霍爾元件做成的速度傳感器，在車輛速度范圍內(nèi)信號的幅度變化不大。并且，還可以利用這些輸出信號另有用途，如可以控制牽引力，對車輛的導航系統(tǒng)和發(fā)動機以及變速器進行管理等。霍爾傳感器的好處還在于：信號的輸出電壓比較高，從而使因為兩端受到的侵蝕和電磁干擾等這些外接因素引起的問題不大；抗氣體敏感度能力強，受質(zhì)量和空氣的影響力較小等?；魻栃獋鞲衅骼锍瘫硌b置具有諸多優(yōu)點，它們無減少了質(zhì)量觸點，結(jié)構(gòu)堅固，質(zhì)量輕，壽命長，安裝方便，功耗小，耐震動。同時，裝置當中的器件的耐溫范圍高、抗震能力強，而且

22、傳感器當中的磁場的存在不受介質(zhì)的影響，所以霍爾器件能暴露在空氣中，所以能在環(huán)境因素不太好的地方進行工作。另外此傳感器中的變換器能與處理信號的電路集成在同一片硅片上，體積較小，成本較低，同時具有較好的抗電磁干擾性能9。2.4小結(jié)基于霍爾效應式轉(zhuǎn)速傳感器的特點：工作電壓范圍寬；具有高速響應特性及較高的工作頻率；輸出信號幅值穩(wěn)定；抗磁場干擾能力強；耐沖擊力強等工作特點?？紤]到自行車工作環(huán)境的惡劣以及其他環(huán)境因素所造成的干擾，采用霍爾傳感器作為測速傳感器，實現(xiàn)對信號脈沖的采集，在某種意義上能夠很好的完成數(shù)據(jù)采集，通過單片機進行計算及顯示所需要實現(xiàn)的功能10。第三章 自行車里程表的硬件設計3.1具體硬件

23、電路及工作原理工作原理 ：此設計的優(yōu)點在于我們能夠隨時隨地的讀出速度與里程數(shù)，主要是將輸?shù)絾纹瑱C中的傳感器信號的頻率實時地測出來，但是因為信號的衰減性、干擾等的影響，在單片機接受信號以前要對信號放大并矯形，然后再經(jīng)過單片機可以得到速度和里程，最好把這些數(shù)據(jù)儲存到相應存儲器，并由數(shù)碼管顯示出所測出的速度與里程11。 設計時，應綜合的思考測量的準確度與系統(tǒng)的反應時間。在本設計中速度是通過測脈沖頻率而算出來的，所以有比較高的準確度。在計算里程的時候我們往往要假設自行車是處于理想狀態(tài)當中的。而實際中，誤差往往不會超過數(shù)米，而整個里程往往都有幾千米，所以誤差很小。但是為了能隨時的讀出數(shù)據(jù)，系統(tǒng)的所有模塊

24、都運用了快捷的算法。另外，還要力所能及的讓其他的子模塊在編程時具有通用性以及高效性。本設計的所有數(shù)據(jù)都用4位數(shù)碼管顯示12。 硬件設計霍爾傳感器測轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)數(shù)如圖3-8所示，在非磁性材料的車輪邊上粘一塊磁鋼，霍爾傳感器放在靠近圓盤邊緣處，圓盤旋轉(zhuǎn)一周，霍爾傳感器就輸出一個脈沖，從而可測出轉(zhuǎn)數(shù)（計數(shù)器），若接入頻率計，便可測出轉(zhuǎn)數(shù)。 圖3-8 霍爾傳感器測速按照車輪的周長大小，乘以運行時間內(nèi)測到的轉(zhuǎn)數(shù)，其乘積就是單程的行程。3.2其他外圍硬件電路3.2.1電源電路如圖3-9所示。電源提供用4組干電池提供電源，給霍爾傳感器和單片機系統(tǒng)供電。圖3-9 電源電路原理圖由于電流可達數(shù)值較高,且允許時間較長

25、，所以三極管選用功率高的。二極管用于控制電流大小，避免電流過大燒壞元件。當然，實驗設計過程中為了簡便，我們用到了干電池。直接用4個1.5V的電池組經(jīng)78M05穩(wěn)壓后得到+5V電壓給單片機系統(tǒng)和霍爾傳感器穩(wěn)定供電。3.2.2位串行靜態(tài)顯示電路當單片機進行串行通信時，可設置其工作于同步移位寄存器方式0，以輸出顯示信息，實現(xiàn)4位數(shù)碼管的靜態(tài)顯示。系統(tǒng)中，4個共陽極的LED數(shù)碼管位數(shù)字顯示電路，驅(qū)動數(shù)碼管顯示。該方式無須CPU做不停的掃描，頻繁地為顯示服務，節(jié)省了CPU的時間，軟件世界也比較簡單。顯示電路如圖3-10所示。圖3-10 4位串行靜態(tài)顯示電路原理圖S 00.00mV 0000km/hT 0

26、0(h).00(min)S: 當前行駛累計里程（單位固定） 00.00 .前為km數(shù)，.后為m數(shù)V：當前的行駛速度T：每次行車的總時間圖3-11 切換次序圖1）結(jié)構(gòu)框圖：AT89C52 單片機數(shù)碼管顯示四個AA電池組按鍵功能選擇霍爾傳感器圖3-12 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)由霍爾傳感器、按鍵切換模塊、系統(tǒng)化LED顯示顯示模塊、供電模塊和單片機構(gòu)成。由按鍵切換模塊選擇顯示模式后，單片機實時采集、處理后顯示。2）具體硬件電路及工作原理： 里程、速度等都是由霍爾傳感器測量。已知自行車輪胎的直徑D，輪子每轉(zhuǎn)動一圈，安裝在車輪輻條上的磁鋼接近干簧管一次，干簧管閉合，送一個下降沿信號給單片機的外部中斷0，產(chǎn)生一次中

27、斷，圈數(shù)n加1。兩個相鄰的下降沿脈沖信號的時間由單片機定時器1計算（設為t），那么計算單程累計里程S和當前速度V的公式為：S=D*n V=D* /t （3-2）處理各項數(shù)據(jù)時同時計算刷新并顯示數(shù)據(jù)。單片機定時器0定時時間為50ms，每20次刷新系統(tǒng)時鐘及計算累計行駛時間。圖3-13 系統(tǒng)硬件電路圖霍爾傳感器按鍵選擇顯示電源穩(wěn)壓器 A T89C52 單 片 機 圖3-1 儀表總體原理框圖整個設計系統(tǒng)以單片機作為核心，由數(shù)碼管顯示、按鍵切換、電源、霍爾傳感器等器件組成。從霍爾傳感器得到脈沖信號，經(jīng)過信號的處理，轉(zhuǎn)變成單片機能夠接受到的信號，通過單片機的計算和控制，就可實現(xiàn)車速和里程的顯示。按鍵選擇

28、在這里實現(xiàn)的是顯示界面的切換，對數(shù)碼管顯示的內(nèi)容選擇，以實現(xiàn)車速、里程、時間的直觀顯示13。3.3單片機的選用3.3.1單片機的選用鑒于本系統(tǒng)在數(shù)據(jù)處理上速度的要求，單片機采用美國ATMEL 公司所生產(chǎn)的AT89C52單片機。該芯片不但具有MCS.5l系列單片機的所有特性，而且片內(nèi)集成有8K字節(jié)的電擦除只讀程序存儲器。它價格低、引腳功能全，是目前性價比較高的單片機芯片之一。它用ATMEL的高密非易失存儲技術(shù)制造，并和工業(yè)標準MCS.51指令集和引腳結(jié)構(gòu)兼容。通過在單塊芯片上組合通用的CPLl和Flash存儲器，使AT89C52 成為了適用性強的微型計算機。它為許多嵌入式控制應用提供了靈活度和成

29、本低的解決辦法。3.3.2 AT89C52單片機簡介1）芯片概述：AT89C52是一個低電壓、低功耗和高性能的CMOS 8位單片機，片內(nèi)含有8k Bytes能重復進行編寫一千次次的只讀程序FLASH存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器，器件由atmel公司生產(chǎn)的具有密度高、不容易丟失的存儲技術(shù)所制造，兼容了標準型mcs-51指令系統(tǒng)以及80C51的引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了可以兼用的中央處理器（8位）和flash的存儲單元，多功能的微型計算機的AT89C52能為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。 AT89C52包含了20對引腳，16對外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，并且里面

30、還有2個外部中斷接口，16位的可編程定時計數(shù)器有3個，2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線，AT89C52能常規(guī)的進行編寫程序，同時也能在線編程。圖3-2 AT89C52引腳圖2）主要功能介紹：AT89C52為40腳雙列直插封裝的8位通用微處理器，引腳分布參照-單片機引腳表3-3： 表3-3 單片機引腳功能兼容MCS51指令系統(tǒng)8K可重復編寫Flash ROM16對雙向I/O口256*8bit里部RAM3個16位能編程定時/計數(shù)器中斷時鐘頻率0-24MHz2個串行中斷可編程uart串行通道低消耗閑置和掉電模式軟件設置沉睡和喚醒功能AT89C52也可以為很多的嵌入式控制應用提供高度靈活而且價格低廉

31、的方案，特別適合小系統(tǒng)。本系統(tǒng)用到單片機的32個I/O口，選用AT89C52單片機做主系統(tǒng)14。3.4傳感器的選用3.4.1傳感器的選用原則傳感器是各式各樣的，即便是對相同種類的測量也可以采用不同工作原理的傳感器，因此根據(jù)需要來選用最合適的傳感器。 現(xiàn)在的傳感器在原理與結(jié)構(gòu)上有著很大的區(qū)別，根據(jù)需要來恰當?shù)倪x擇用什么傳感器，這是在對某個量進行測量時首先要考慮的。當傳感器確定之后，怎樣去測量和如何去選擇測量所需要的裝備也就能定下來了。怎樣去選擇傳感器對最后測量的準確度有著至關重要的作用。1) 根據(jù)測量什么以及測量在什么情況下進行測量來確定的傳感器類型根據(jù)所要進行的測量對象，考慮采用哪種原理的傳感

32、器，本設計需要根據(jù)被測量的特點以及傳感器的使用條件考慮選用何種類型的傳感器，然后再來考慮傳感器詳細的各項指標。2) 頻率響應特性被測量對象的頻率范圍是由傳感器的頻率響應特性決定的，頻率響應越高，測量對象的信號的頻率范圍越寬。在對運動中的對象進行測量時，為了不產(chǎn)生較大的誤差，就要對被測量對象的信號特點來確定所需要的傳感器的頻率響應特性。3) 靈敏度的選擇 在一定的線性范圍以內(nèi)，傳感器的靈敏度越高則處理信號則越簡單。因為當靈敏度比較高時與被測量變化對應的輸出信號的值才會比較大，有利于信號的處理。同時又要求傳感器本身應具有較高的信噪比；如果被測量是個多維向量，則要求傳感器的交叉靈敏度越小越好。4)

33、穩(wěn)定性要使傳感器具有較好的穩(wěn)定性，則傳感器必須要有較強的環(huán)境適應能力。在選擇傳感器前，應對傳感器的使用環(huán)境進行調(diào)查，并根據(jù)具體的使用環(huán)境來選擇合適的傳感器25。5) 線性范圍 傳感器的線性范圍指的是輸入和輸出在正相關的范圍以內(nèi)。傳感器的量程和其線性范圍也是成正比的，且線性范圍越大則測量出來的結(jié)果越準確。特別是在選擇傳感器的時候要看看他的量程是不是符合要求。6) 精度精度是傳感器的一個重要性能指標它關系到了整個測量系統(tǒng)與測量精度的一個重要環(huán)節(jié)。因此，傳感器的精度只要能滿足整個測量系統(tǒng)的精度要求就可以了，同時要考慮性價比與適用性，不要選得過高15。3.4.2傳感器的選用本系統(tǒng)的傳感器是安裝在車輛的

34、轉(zhuǎn)軸上的，當車輛行駛時傳感器隨著車輪的旋轉(zhuǎn)從而來采集信號，將采集到的信號又轉(zhuǎn)換為電信號，再送入單片機計算出車的轉(zhuǎn)速。霍爾轉(zhuǎn)速傳感器由于具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、價格適中等優(yōu)點，所以一直被廣泛的應用于車輛的自動控制系統(tǒng)當中，所以本設計選用了霍爾傳感器16。3.4.3 霍爾傳感器介紹科學家們發(fā)現(xiàn)半導體往往具有霍爾效應，而此傳感器就是根據(jù)半導體的這種特性所制成的霍爾器件所制成的。1）霍爾效應如圖3-4所示，在半導體薄片兩端通以控制電流I，并在薄片的垂直方向施加磁感應強度為B的勻強磁場，則在垂直于電流和磁場的方向上，將產(chǎn)生電勢差為U的霍爾電壓，其等式是 UH=kIB/d （3-1）圖3-4 霍爾效應圖式

35、中d為厚度，k稱為霍爾系數(shù)，霍爾系數(shù)的大小與半導體的材料有關系。B為磁場強度，I為電流。2）霍爾元件根據(jù)霍爾效應，霍爾器件是用半導體材料所制造的。其對磁場有很強的敏感度、構(gòu)造簡易、個頭小、頻率響應寬等優(yōu)點，因此，在很多領域都有用途。3）霍爾傳感器因為霍爾器件所產(chǎn)生的電勢差比較小，所以霍爾傳感器往往由放大器電路、霍爾器件、補償溫度的電路及穩(wěn)壓電源電路組成。圖3-5 霍爾傳感器外形霍爾傳感器也可稱為霍爾集成電路，它外形較小，如圖3-5所示，是其中一種型號的外觀。4）霍爾傳感器的特性（一）線性型霍爾傳感器的特性圖3-6 線性型霍爾傳感器的特性輸出電壓與外加磁場強度呈線性關系，如圖3-6所示，可見，在

36、B1B2的強度范圍內(nèi)有較好的線性度，如果其強度超出了這個范圍則呈現(xiàn)飽和狀態(tài)。（二）開關型霍爾傳感器的特性如圖3-7所示，其中BOP是打開工作點的磁感應強度，BRP為釋放點“閉”的磁感應強度。圖3-7 開關型霍爾傳感器的特性當作用于傳感器的磁感應強度大于點Bop時，輸出的電平則較低，當磁感應的強度不到Bop時，則其輸出的電平就不會發(fā)生改變，但是當下降到釋放點BRP時，傳感器輸出的電平從低躍變成高電平。3.5系統(tǒng)概述1）功能描述：以AT89C52型單片機為核心，實時測量并顯示自行車行駛過程中的各項參數(shù)，包括當前行駛時間、當前行駛里程、當前實時速度等，各參數(shù)分屏顯示。本設計在車輪運行時才進行時間計算

37、，具有行駛時間準確性，且實用性高。2）操作說明：（1）接通電源顯示畫面；（2）按鍵選擇所需要的界面；（3）接通電源，里程表就開始工作17。3.6小結(jié)本方案的確定以性能可靠，價格便宜，使用及安裝方便為主要依據(jù)。設計中利用霍爾效應原理來測量自行車行駛的里程和速度，在車輪上布置磁鋼，在自行車上安裝霍爾效應集成元件，當磁鋼隨車輪通過霍爾元件時，由霍爾元件檢測并發(fā)出脈沖給單片機，單片機根據(jù)記錄的脈沖數(shù)和車輪型號大小計算速度、里程數(shù)等。第四章 自行車里程表的軟件設計4.1系統(tǒng)軟件總體設計良好的設計方案可以減少軟件設計的工作量和提高軟件的通用性，以及提高擴展性和可讀性。本設計的軟件設計程序流程圖如下：界面顯

38、示按鍵中斷 處理行車時間刷新并顯示行駛時間按鍵中斷 處理速度顯示實時速度按鍵中斷 處理里程數(shù)顯示里程開始 圖4-1 軟件設計程序流程圖本系統(tǒng)的設計方案和步驟 ： 1） 在進行模塊劃分時要根據(jù)系統(tǒng)的需要以及功能要求來進行。2） 在明確了軟件的開發(fā)環(huán)境后，再來挑選要用什么語言來設計，然后再去設計模塊的功能，最后還要逐個進行調(diào)試通過。3） 為了易于軟件的編制以及調(diào)試，必須要知道每個模塊間的數(shù)據(jù)時怎么樣來傳遞的，爭取每個模塊間的傳遞少一點，這樣就可以使每個模塊間的獨立性提高。4） 注意子程序調(diào)用時，中斷間的關系，使思路清晰。5） 按照開發(fā)式軟件設計結(jié)構(gòu)，把每個模塊有效的結(jié)合在一起，即成一個較完善的系統(tǒng)

39、18。4.2系統(tǒng)軟件模塊框圖如圖4-2所示，本設計軟件采用模塊化設計方法。整個系統(tǒng)由初始化模塊、顯示模塊、按鍵選擇模塊、中斷模塊等以及其他功能模塊組成。初始化模塊按鍵切換模塊顯示模塊中斷服務模塊調(diào)用子程序模塊圖4-2系統(tǒng)軟件模塊圖4.2.1數(shù)據(jù)處理本設計使用的霍爾傳感器是一塊集成芯片。它結(jié)合采樣和放大功能于一體。首先我們把磁鋼放在自行車的車輪上，而對霍爾元件進行適當?shù)陌仓?，當我們完成安裝后，轉(zhuǎn)動自行車的車輪，磁鋼就跟著一起轉(zhuǎn)動，從而使霍爾傳感器周圍的磁場會發(fā)生變化，這種變化將會導致霍爾電壓的變化從而會產(chǎn)生一個變化的信號，再通過其內(nèi)部的整形和放大。產(chǎn)生了一個適合外部電路的脈沖電壓。如果磁鋼為1片

40、,轉(zhuǎn)動一圈（設計操作中為了方便，只用一片磁鋼），磁場將改變1次，當磁場強度大時輸出高電平，當磁場強度低時則輸出低電平。所以將會產(chǎn)生1個方波，既每次輸出1個方波代表自行車轉(zhuǎn)動了一周。比如我們的自行車車輪在R=0.25m時，通過C=2*R計算得出車輪的周長C=1.5m。由于每一圈霍爾傳感器將輸出1個脈沖，當自行車行駛1KM時就會轉(zhuǎn)動667次，這樣每1KM將會產(chǎn)生667個脈沖，單片機會對這667個脈沖進行計數(shù)。通過單片機計算出來的速度和里程的數(shù)據(jù)，必須通過BCD碼轉(zhuǎn)換才能輸出給顯示模塊?？偫锍虜?shù)的顯示是出現(xiàn)在自行車啟動后，單片機開機經(jīng)過初始化后顯示出來，這樣一來用戶可以清楚的知道自己的車子已經(jīng)運行多

41、少公里了19。4.2.2鍵盤控制鍵盤是實現(xiàn)人機對話的必要設備，用戶可用鍵盤向計算機輸入數(shù)據(jù)和命令。本系統(tǒng)采用獨立按鍵接口，獨立式按鍵是指直接用I/O口線構(gòu)成單個的按鍵電路。每一個獨立式按鍵單獨占用一根I/O口線。獨立式按鍵接口電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單。但每個按鍵要占用一根I/O口線，適用于按鍵數(shù)量少的鍵盤20。 電路中，按鍵輸入低電平有效。鍵未按時有上拉電阻保證此時輸入為高電平。軟件設計程序舉例：*RF2005鍵盤顯示板源程序*#include #include #include systimer.h#include math.h#include keytask.huchar first_s

42、tart=0;uchar timer1=0; /用于進度的顯示效果bdata bit IsSet=0; /*設置模式標志位：正常走時 ：設置模式*/unsigned char SetSelect=0; /*在設置模式IsSet=1時，正在被設置的位,對應上面的宏*/4.3中斷CPU的運行方向改變的前提是中斷要經(jīng)過硬件系統(tǒng)。計算機在執(zhí)行程序的時候，因為除了 CPU自身的原因以外，還有其他的外界原因，所以對當前正在執(zhí)行的程序要終止掉，然后去處理相應的程序，當處理以后，再回過頭來去執(zhí)行上面所說的被終止掉的原程序。所以像這種因為外界的原因而把程序在執(zhí)行的時候中間打斷掉的狀況叫做 “中斷”。本設計中，由

43、于一般自行車車輪在R=26英寸時，通過C=*D*2.54計算得出車輪的周長C=2.07m。由于每一圈霍爾傳感器將輸出1個脈沖，當自行車行駛1KM時會轉(zhuǎn)動484次，這樣沒1KM將會產(chǎn)生484個脈沖，單片機對這484個脈沖進行計數(shù)。當達到這個數(shù)時單片機將會產(chǎn)生中斷。外部信號由T1引腳輸入，每產(chǎn)生一次負跳變計數(shù)加1，每輸入484個脈沖時計數(shù)器發(fā)生溢出中斷，在中斷服務程序中將P1.0取反一次。T1計數(shù)方式工作模式1的模式字為TMOD=50H，T0不用，TMOD的低4位可以任意?。ǖ荒苓M入模式3），現(xiàn)取021。4.3.1中斷優(yōu)先級的設定單片機中斷優(yōu)先級的設定由特定的寄存器IP統(tǒng)一管理，它包含了2個中斷

44、優(yōu)先級。軟件所制定的每個中斷源叫高優(yōu)先級中斷或低優(yōu)先級中斷，并且兩級中斷還能進行嵌套 。 高優(yōu)先級中斷源能把正在運行的低優(yōu)先級中斷服務程序終止掉，但也有例外，比如：當在執(zhí)行低優(yōu)先級中斷服務程序的時候它設定了CPU關中斷或者不允許某些高優(yōu)先級中斷源的中斷。一樣等級或低優(yōu)先級的中斷源沒法中斷正在執(zhí)行的中斷服務程序。所以，在中斷系統(tǒng)里面有2個(用戶無法訪問的)優(yōu)先級狀態(tài)觸發(fā)器。它們分別指示出CPU是否在執(zhí)行高優(yōu)先級或低優(yōu)先級中斷服務程序，從而決定是否屏蔽所有的中斷申請。本設計中，可進行按鍵中斷，以切換顯示的界面，給使用者提供所需的內(nèi)容。 軟件設計舉例中斷優(yōu)先級程序：HaveKey=0xff;IP=0

45、x10; /中斷優(yōu)先級/ PT0 = 0;PS = 1;TR1 = 1;ES = 1; ET0 = 1;EA = 1; /4.4數(shù)據(jù)處理子程序數(shù)據(jù)處理子程序包括計算車速子程序、計算單程里程子程序、計算時間子程序等。4.4.1處理車速子程序根據(jù)輸入的脈沖個數(shù)來計算出車速，計算方法如下： V=(n/N)*2R （4-1）式中： V:車速 ； n:總的脈沖數(shù) ； R:車輪的半徑 ； N:轉(zhuǎn)速傳感器一圈的磁鐵數(shù)。 處理車速子程序流程圖如圖4-3：開始累計脈沖，計算車速繼續(xù)累計脈沖N顯示車速Y時間到了？ 圖4-3處理車速流程圖 4.4.2顯示子程序按鍵中斷調(diào)用子程序處理、計算取顯示數(shù)據(jù)送顯示數(shù)據(jù)返回YN

46、顯示結(jié)束？圖4-4 子程序流程圖通過對顯示子程序的調(diào)用來實現(xiàn)車速及里程的顯示： 軟件設計舉例，當前速度數(shù)據(jù)處理及顯示子程序如下：void sdp()if(sji!=0)sd2=tc*1800/sji;else sd2=0;qw=sd2%100000/10000;bw=sd2%10000/1000;sw=sd2%1000/100;gw=sd2%100/10;4.5軟件開發(fā)環(huán)境隨著單片機硬件性能的提高和程序代碼量的加大，在編寫單片機的應用程序的過程當中，必須能讀出程序并且開發(fā)效率也是非常重要的。為了能跟上這種變化，很多軟件公司都在對單片機高級語言的編譯器進行研發(fā)。其中德國Keil公司在研發(fā)單片機C

47、語言編譯器這塊獲得了不錯的成績，從編譯器、調(diào)試器、實時操作系統(tǒng)各方面全部支持8051，生產(chǎn)了以825l等單片為主的產(chǎn)品以及由此派生出去的其他系列22。由Keil Software，IncKeil Elektronik Gmbh開發(fā)的基于80C51內(nèi)核的微處理器軟件開發(fā)的平臺是KeilC51的集成開發(fā)環(huán)境，它里面有著多種符合現(xiàn)代工業(yè)標準的開發(fā)工具，可以完成軟件開發(fā)的流程。特別是C編譯工具在產(chǎn)生代碼的精準度以及效率這兩塊有了不錯的水準，并且能附加靈活對選項進行控制，在研發(fā)較大項目的時候很理想23。本設計的軟件部分全部采用C語言編寫，以提高系統(tǒng)的可讀性和可移植性。其設計方法和硬件設計相對應，采用模塊

48、化的設計思想，將該設計部分劃分為相應的程序模塊，分別進行設計、調(diào)試，增強了程序的可移植性。整個系統(tǒng)軟件主要包括數(shù)據(jù)處理模塊、顯示模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊等子程序22。4.6小結(jié)本設計以AT89C2051 為核心，通過霍爾傳感器來檢測自行車的運轉(zhuǎn)情況進而實現(xiàn)動自行車的速度，里程的計算及里程的累計、存儲，最后用4位的數(shù)碼管能直觀的將速度與里程顯示給用戶，并且在速度高于一定的值時可自動向用戶報警，從而達到智能速度里程表第五章 設計結(jié)果分析5.1信號采集及處理結(jié)果傳感頭和齒圈組成了霍爾式輪速傳感器。傳感頭由永久磁鐵、霍爾元件以及電子電路等組成，如圖5-1所示。它的工作原理就是用永磁鐵的磁力線穿過霍爾元件通然

49、后向齒輪，齒輪相當于一個集磁器。當齒輪位于圖5-1（a）地方時，因為透過霍爾元件的磁力線的分散，所以磁場比較弱。但齒輪在5-1（b）地方時，因為透過霍爾元件的磁力的集中，所以磁場比較強。當齒輪開始轉(zhuǎn)動的時候，使得穿過霍爾元件的磁力線的密集度產(chǎn)生了變化，因此引起了霍爾電壓的改變，霍爾元件將輸出一個mV級的正弦波電壓。這個交流信號要經(jīng)過由電子電路變換成為標準的脈沖電壓。圖5-2為霍爾轉(zhuǎn)速傳感器電子線路框圖。圖5-1 霍爾輪速傳感器磁路霍爾元件運算放大器施密特發(fā)生器輸出級 圖5-2霍爾輪速傳感器電子線路框圖由霍爾元件輸出的正弦電壓，經(jīng)過放大器放大成振幅較大的電壓信號，輸人施密特觸發(fā)器，然后由觸發(fā)器將

50、正弦波信號轉(zhuǎn)換成標準的脈沖信號再送至放大級放大然后輸出。各級波形如圖5-3所示。其工作電壓為46V，負載電流為100mA，工作頻率為15kHz，輸出電壓幅值35.5V。霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器需輸入6V電源電壓，其輸出信號電壓在5.51V，即使車速下降至0也不改變。該傳感器的響應頻率可達15kHz。圖5-3 電子線路的各級波形5.2運行調(diào)試結(jié)果 圖5-4 調(diào)試運行結(jié)果程序運行沒有錯誤，可以運行。5.3 數(shù)據(jù)結(jié)果誤差測試結(jié)果表5-1 數(shù)據(jù)測試結(jié)果預設轉(zhuǎn)速值（m/min）實測轉(zhuǎn)速值（m/min）誤差（%）3603754.174804953.136907052.179009151.67111011251.35153015300.98線性度分析圖5-5 線性度分析圖表5-2 線性度分析表功能誤差里程10Km的里程誤差0.08Km速度=0.6Km/h平均速度=100)timer_10ms_1=0;seconds_bike+;if(seconds_bike = 60)seconds_bike = 0;minutes_bike+;if(minutes_bike =60)minutes_bike=0;hours_bike+; void task_shuru(void)if(shuru=0)shuru_flag = 1;void delay_ms(ucha