基于單片機的自行車數字里程表設計

巢國強

摘要：隨著居民生活水平的不斷提高，自行車又一次在人們的身邊不斷出現。人們不僅僅把它當作交通工具使用，更多的是作為一種鍛煉身體和娛樂休閑的載體。通過自行車上的數字里程表，可以使人們在車輛行駛時，清楚地掌握當前車輛速度、車輛累計行駛里程、當前時間等信息。本論文主要闡述一種基于51單片機的自行車簡單里程表的設計方案。文中以 STC89S52單片機為核心，通過A44E 霍爾傳感器測量車輛轉數，通過編寫程序實現對自行車車速、里程的測量，并采用LCD1602顯示測得的車速、里程數和當前時間;通過按鍵設置車速上限，當測得的車速高于設定值時，蜂鳴器報警提示超速。本文詳細介紹了自行車速度里程表的硬件電路組成和軟件設計方案。其中硬件部分包括了：時鐘電路、霍爾傳感器電路、電源電路、蜂鳴報警電路、按鍵電路和LCD顯示電路。電路中利用霍爾元件將自行車每轉一圈的脈沖數傳入單片機系統，然后單片機系統將信號經過處理送入LCD進行顯示。論文中軟件部分采用C語言模塊化編程設計思路進行編程，將程序分成了主程序模塊、按鍵設定模塊、時鐘模塊、速度測量和里程計算模塊、LCD顯示模塊等。

關鍵詞：單片機;霍爾;LCD;速度

一、硬件系統的設計

電動車的速度里程表應當具有里程、速度測量、顯示功能。采用單片機作核心控制器件，顯示電路可顯示里程及速度，并且可以改變里程預設值達到報警效果。用霍爾傳感器將所測轉速轉變為數字量信號，然后再將數字信號數據傳輸于到單片機處理，單片機將根據設計程序計算在一定時間內數字脈沖的頻率，再由計數值最終得到里程數并通過LCD設備顯示出來。本系統還包括報警功能，在速度超過某一個固定值后，蜂鳴器響，提示需要減速。

1、電路總體原理框圖

要求達到的各項指標及實現方法如下：

（1）利用霍爾傳感器產生里程數的脈沖信號。

（2）對脈沖信號進行計數。利用單片機自帶的計數器T1對霍爾傳感器脈沖信號進行計數。

（3）對數據進行處理，要求用LCD顯示里程總數和即時速度。

2、液晶顯示電路

本次設計液晶顯示電路選用的是LCD1602模塊。LCD1602是顯示的內容為16X2，即可以顯示兩行，每行16個字符液晶模塊（顯示字符和數字）。

3、霍爾傳感器

霍爾傳感器是利用霍爾效應制成的一種磁敏傳感器。在置于磁場中的導體或半導體通入電流I，若電流垂直磁場B，則在與磁場和電流都垂直的方向上會出現一個電勢差Uh，這種現象稱為霍爾效應。利用霍爾效應制成的元件稱為霍爾元件。因為它具有結構簡單、頻率響應寬、靈敏度高、測量線性范圍大、抗干擾能力強以及體積小、使用壽命長等一系列特點，因此被廣泛應用于測量、自動控制及信息處理等領域。電動車速度測量時，在轉盤邊緣的某個位置放置一個小磁鐵，固定在轉盤附近的霍爾傳感器便可在小磁鐵通過時產生一個相應的脈沖，檢測出單位時間的脈沖數，便可知被測轉速。根據磁性轉盤上小磁鐵數目多少，就可以確定傳感器測量轉速的分辨率。

4、DS1302時鐘芯片

本設計電路工作時能顯示當前時間，包括年月日、時分秒。采用DS1302定時芯片來實現以上計時功能。DS1302是一種低功耗實時時鐘電路，具有可對年月周日、時分秒進行計時的功能，工作電壓為2.5V～5.5V。該芯片采用串行數據傳輸，主要特點是在其內部有一個用于臨時性存放數據的RAM寄存器，即使掉其電內部數據亦不丟失。DS1302與STC89C52單片機的連接線有三條線：RST引腳、SCLK串行時鐘引腳、I/O串行數據引腳，Vcc2作為備用電源，芯片外接晶振X2，為芯片提供計時脈沖。

5、按鍵控制模塊

本文采用查詢式按鍵技術，按鍵之間相互獨立，每一個按鍵接一根I/O口線，互不干擾，以下是各建作用：K1為選擇鍵：連續按下該按鍵可以在時間、速度之間進行切換選擇。K2為加1鍵：按下該按鍵，目標值加1。K3為減1鍵：按下該按鍵，目標值減1。

6、報警電路

采用PNP三極管驅動蜂鳴器構成報警電路。當測得的當前車速超過所設定的速度上限時，單片機控制三極管導通，使蜂鳴器鳴叫實現報警。

二、系統軟件設計

1、主程序設計

單片機存儲單元和個功能模塊初始化;轉換讀取霍爾傳感器數值，計算出相應的電動車車速和累計行駛里程數;將車速、里程數和當前時間進行顯示;判斷當前車速是否超速，如果超速則蜂鳴器鳴叫報警，提醒車主超速。

2、速度處理流程

該子程序測速原理是在一段時間以內檢測磁鐵經過傳感器的圈數來測算出實時速度，然后根據提前預設值來判斷是否超速。如果超速就會進行報警發出蜂鳴聲;如果速度在預設值以內，便不會報警并且將實時速度通過LCD顯示屏顯示出來。

3、顯示工作流程

該子程序用LCD動態掃描顯示方式。先將單片機的P2.2口連接使能端口E。接著將單片機的P2.0口連接數據/命令選擇端RS，P0口連接數據端D0～D7，然后將要顯示的數字的值發送給P0口。然后調用延時，接著將P2.2口置0，P2.0口置1，寫指令，將P2.2口置1，P2.0口置1，寫數據，直到要顯示的數字全部顯示在液晶上。

參考文獻

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