基于單片機的自行車速度及里程表的設(shè)計

唐志將+彭森

摘 要：隨著自行車行業(yè)和電子技術(shù)的發(fā)展，自行車里程速度計技術(shù)也在不斷進步和提高，用戶對自行車里程速度計的要求也越來越高，因此設(shè)計了自行車里程速度計。本文主要研究了以單片機為基礎(chǔ)的自行車里程速度器的設(shè)計。采用STC89C52單片機為主要控制芯片，運用自行車車輪上的傳感器進行計數(shù)，通過一定時間間隔對信號的采集，結(jié)合自行車本身車輪參數(shù)，經(jīng)過單片機對采集信號進行分析計算，最終在液晶顯示器LCD上顯示車輛行駛的里程和速度，同時運用其他按鍵分別自行車單里程計數(shù)，瞬時速度、最大速度和平均速度顯示以及超速報警。該設(shè)計重點闡述了系統(tǒng)的工作原理、硬件構(gòu)成、各部分的主要功能以及軟件的結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)。

1 引言

我國是自行車大國，隨著人們生活水平的不斷提高，自行車已經(jīng)不僅僅是運輸、代步的工具，其輔助功能也變得越來越重要。因此，人們希望自行車的娛樂、休閑、鍛煉的功能越來越多，能帶來大家更多的健康與快樂。在這個背景下，自行車里程表作為自行車的一大輔助工具迅速發(fā)展起來.科學、美觀、合理設(shè)計自行車里程表有一定的實用價值.它能合理計算出速度及公里數(shù)，使運動者運動適量，達到健康運動與代步的最佳效果。

隨著自行車里程表的發(fā)展，其功能也逐漸從單一的里程顯示發(fā)展到速度、時間顯示，甚至有的還具有測量騎車人的心跳、顯示騎車人熱量消耗等功能，讓人能清楚地知道當前的速度、時間、里程等物理量。如佛山高明華勁電子公司的自行車里程表MS-601，能動態(tài)顯示行駛里程、騎車時間、實時車速等。

2 工作原理

此設(shè)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的測出來，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)存儲到相應(yīng)的存儲器，并由液晶1602顯示出所測的速度與里程。

設(shè)計時，應(yīng)綜合的思考測量的準確度與系統(tǒng)的反應(yīng)時間。在本設(shè)計中速度是通過測脈沖的頻率而算出來的，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(shè)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(shè)計的所有數(shù)據(jù)都用液晶1602顯示。

3 電源電路

如圖1所示。外部由12V經(jīng)7805降壓芯片提供電源，給霍爾傳感器和單片機系統(tǒng)供電。

由于電流可達數(shù)值較高，且允許時間較長，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(shè)計工程中為了簡便，我們直接由一個12V的電源經(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。

4 液晶1602顯示電路

圖2為液晶1692顯示原理圖，液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動、易于實現(xiàn)全彩色顯示的特點，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在便攜式電腦、數(shù)字攝像機、PDA移動通信工具等眾多領(lǐng)域。

5 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖3為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，改系統(tǒng)由霍爾傳感器、液晶1602顯示部分、電源電路部分和單片機構(gòu)成。單片機可以實時采集、處理顯示。

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，咱裝到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(shè)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*Π*n V=D*Π/t

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。

6 結(jié)論

該課題的主要任務(wù)是開發(fā)一個以MCS-52單片機為核心的自行車的速度里程表。本設(shè)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使用性，所以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(shè)計。軟件采用C程序語言編寫，采用模塊化設(shè)計思想，程序可讀性強。通過仿真、實驗驗證了系統(tǒng)的可行，達到設(shè)計要求的指標，實現(xiàn)對自行車里程/速度的計算功能，并用1602液晶顯示，里程與速度分別根據(jù)以下公式求得：

里程=脈沖總數(shù)×輪子周長

速度=1s內(nèi)的路程/1ms×1000

此公式將顯示出里程值和速度值，。當車輪轉(zhuǎn)的一圈，小磁鐵繞過霍爾元件時，霍爾元件輸出一個脈沖，根據(jù)車輪周長計算出里程數(shù)。顯示速度時，LED會根據(jù)轉(zhuǎn)速顯示不同的速度值。當速度超過一定數(shù)值時，將啟動報警系統(tǒng)。

參考文獻

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作者簡介

唐志將，邵陽學院信息工程系電子科學與技術(shù)專業(yè)學生

通訊作者（指導老師）

彭森，邵陽學院信息工程系教師