自行車安全信號指示系統設計

楊宸+王璐瑤+胡乃升+陳漢明

摘 要：自行車作為人們娛樂、休閑、工作的代步工具，在高度信息化的社會中發揮著不可替代的作用，但是與汽車等機動車輛相比，由于其不具有轉向指示及剎車指示，安全性大打折扣。文章以STC12C5A60S2單片機為核心，以控制模塊為輸入部分，以尾燈模塊、LED點陣屏模塊等為輸出部分，以keil uvision為軟件開發環境，經過反復測試與實驗，成功實現了自行車轉向、剎車制動以及雙閃預警等電子顯示功能，從而使得自行車的安全性得到提高，給廣大騎行者的安全多了一份保障。

關鍵詞：自行車 安全 信號指示 單片機

中圖分類號：TP27 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）02（c）-0140-05

Abstract：As a transportation of entertainment， leisure and work， bicycles play an irreplaceable role in a highly information-based society .However， compared with motor vehicles such as automobiles， bicycles are less safe because they do not have steering instructions and braking instructions. Taking the STC12C5A60S2 microcontroller as the core， the control module as the input part， the taillight module， the LED dot matrix screen module as the output part， the keil uvision as the software development environment， after repeated testing and experiment， the system successfully realized the bicycle steering， braking system， dual-flash warning and other electronic display， which makes the safety of bicycles to be improved， so that the cyclists are more safe.

Key Words：Bicycle；Safety；Signal indication；Single chip microcomputer

自行車，人類偉大的發明，方便了人們的出行，鍛煉了人們的身體。但在中國這個自行車王國里，自行車數量居全球第一且遠超其他國家。相應地，因自行車安全性不高而導致的交通事故越來越頻繁，其中在轉彎及過馬路時是最容易發生的。所以，給自行車加裝可以警示后方車輛的裝置就顯得十分必要了。

1 制作設計思路

1.1 系統結構

系統結構如圖1所示。

1.2 模塊設計

1.2.1 控制模塊

為了警示他人，自行車安全信號指示系統設計了左轉key-left鍵和右轉key-right鍵（見圖2），這兩個按鍵分別位于自行車的左右車把上；剎車制動時觸發復位開關key-stop1或者key-stop2（見圖3），這兩個觸發復位開關由車閘自動檢測，按下車閘時開關自動閉合；預警時按key-warning鍵；若想用聲音提醒旁邊的路人及車輛，可按下key-ring，蜂鳴器就會發出1 kHz的聲音（如圖4）。

其電路圖見圖5。

1.2.2 主控模塊

這是整個系統的核心部件，上面安裝了它的大腦——增強型8051單片機（國產的STC12C5A60S2），以及它的“手表”——晶振以及兩個30pF的起振電容（見圖6）。這里接受所有使用者發出的指令，進行信息處理之后控制顯示部分工作。主控板電路圖見圖7。

1.2.3 LED點陣屏模塊

LED點陣屏安裝在車座下方，它有8×8即64個紅色LED燈（見圖8），可以在系統啟動時從下到上滾動顯示整個系統，簡稱“BSIS”，在自行車行駛過程中左轉或右轉時閃爍顯示轉向指示箭頭“←”“→”。LED顯示屏的驅動模式共有兩種——逐點掃描和逐列掃描。逐點掃描有著不可比擬的優越性——亮度均勻。采用逐點掃描時，每一個時刻都只有一個LED點亮，但由于人眼的視覺暫留效應，無法察覺快速刷屏，看到的就是一個完整的圖像（見圖9）。

LED點陣屏模塊電路圖見圖10。

1.2.4 尾燈模塊

5個超高亮紅色的食人魚尾燈（見圖11、12）有兩個作用——剎車指示和轉向指示，當自行車剎車時，LED燈從兩邊向中間快速地依次點亮，起到自行車剎車指示作用；當自行車向右（左）轉向時，會產生從左（右）向右（左）的流水燈效果，和LED點陣屏指示方向相同，起到補充作用（由于LED點陣屏亮度不是很高），同時也有美觀效果。

尾燈模塊電路圖見圖13。

1.2.5 速度里程顯示模塊

為了方便騎行者知道自己的速度及行駛里程，該系統設計了一個相對獨立的模塊——速度里程顯示模塊。通過觀察安裝在車把中央的1602液晶顯示屏（見圖14、15），速度以及該次上電所行駛的里程便一目了然。基本原理是：采用了光電門（見圖16）進行檢測車輪的轉動，用單片機內部的定時器/計數器進行測量轉一圈的時間，再通過MCU的計算即可得出行駛速度以及里程（見圖17）。另外，還加入了蜂鳴器（見圖18），上電時“滴”響一聲，另外在按下微動開關后，蜂鳴器就會報警，以此來提醒他人，這樣就可以不需要原先車子上的機械鈴了。

圖18液晶屏下的蜂鳴器速度里程顯示模塊電路圖（見圖19）。

1.2.6 電源模塊

系統供電方式為3節5號1.5 V干電池供電。由于電源開關很不穩定，在較劇烈振動時會重啟系統，所以采用了非常穩定的扭子開關（見圖20、21）。

1.3 各子系統連接

每個模塊上均安裝了排針，其目的就是為了連接。排針所對應的是杜邦線，但是單根杜邦線長度明顯不足，所以將一些漆包線接入杜邦線以增加長度，接口處用熱縮管包好，穩定又不失美觀。在線路比較集中的地方用一次性自鎖式尼龍扎帶綁好，并且盡量讓接線與車閘的線扎在一起（見圖22～25）。

1.4 系統測試

一切準備就緒之后，將電源開關撥到了“ON”上，“BSIS”正常顯示，按下按鍵相應的顯示部分均可正常工作，顯示效果圖見圖26～29。

總之，與市場上的同類產品相比，該系統具有以下幾個特點：顯示部分多樣；按鍵更加符合人體力學設計；剎車檢測由自行車閘自動檢測；轉向部分由自行車騎行人員直接控制，穩定性強；采用可編程芯片控制，程序開源，可拓展性強。希望能夠給廣大的騎行者一些安全感。

2 結語

此論文所研究的產品是筆者經過市場調研基礎上設計的，具有應用范圍廣、使用簡單、自動化程度高、成本低等優點，使用后希望能給廣大騎行者的安全多一份保障。以后的研究過程中考慮用單片機內置的EEPROM來實現掉電儲存、利用車輪轉動或太陽能發電提供電能，進一步提高自行車的自動化程度。

參考文獻

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