自行车车速系统毕业设计.docx

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自行车车速报警系统

摘要

随着居民生活水平的不断提高，自行车不再仅仅是普通的运输、代步的工具，而是成为人们娱乐、休闲、锻炼的首选。

自行车的速度里程表能够满足人们最基本的需求，让人们能清楚地知道当前的速度、里程等物理量。

本文介绍了一种基于单片机控制的简易自动自行车速度以及里程计算系统，包括自行车里程表的硬件构成，软件逻辑以及程序代码。

该里程测速系统以AT89C51作为系统控制核心，采用光电传感器来检测信号，通过一定时间间隔内对信号的采集，结合自行车本身车轮参数，经过单片机对采集信号进行分析计算，最终在LCD以及LED上显示车辆行驶里程、平均速度和瞬时速度，并且具有超速报警功能。

文章详细介绍了自行车的速度里程表的硬件电路和软件设计。

硬件部分利用霍尔元件将自行车每转一圈的脉冲数传入单片机系统，然后单片机系统将信号经过处理送显示。

软件部分用汇编语言进行编程，采用模块化设计思想。

该系统硬件电路简单，子程序具有通用性，完全符合设计要求。

【关键字】自行车测速；单片机；霍尔传感器，LCD/LED显示

Abstract

Withthecontinuousimprovementofpeople'slivingstandard,thebicycleisnotonlythecommontransporttools,butaspeopleentertainment,leisure,exerciseofchoice.Thespeedofthebicyclespeedometercansatisfythebasicneedofpeople'slife,sothatpeoplecanclearlyknowthespeedandthemileageofthephysicalquantities.Acomputingsystembasedonsingle-chipmicrocomputertocontrolthesimpleautomaticbicyclespeedandmileage,includingbicycleodometerhardwarecomposition,softwarelogicandprogramcodeareintroducedinthispaper.ThemileagespeedmeasurementsystembasedonAT89C51asthesystemcontrolcore,photoelectricsensorisusedtodetectthesignal,byacertaintimeintervalofsignalacquisition,withabicyclewheelparameters,throughthemicrocontrollertoanalyzeandcomputethesignalacquisition,eventuallyintheLCDandLEDdisplayvehiclemileage,averagevelocityandinstantaneousvelocity,andisspeedingalarmfunction.Thispaperintroducesthehardwarecircuitandsoftwaredesignofthebicyclespeedodometer.Inthehardwarepart,thepulsenumberofthebicycleistransmittedtothesinglechipmicrocomputersystembyHolzerelement,andthenthesignalisprocessedandsenttothedisplaydevice.Thesoftwarepartisprogrammedbyassemblylanguage,andtheideaofmodulardesignisadopted.Thesystemhardwarecircuitissimple,thesubroutineisuniversal,fullymeetthedesignrequirements.

【Keywords】bicyclespeedmeasurement;MCU;Holzersensor,LCD/LEDdisplay

目录

第一章绪论 1

1.1课题背景介绍 1

1.2课题研究意义 1

1.3课题研究的主要内容 1

第二章系统设计 2

2.1设计任务与要求 2

2.2总体设计方案 2

第三章系统方案论证 3

第四章系统硬件设计 5

4.1硬件设计思路 5

4.2霍尔传感器 5

4.2.1霍尔传感器的介绍 5

4.2.2霍尔效应 6

4.2.3霍尔器件 6

4.2.4霍尔传感器的分类 7

4.2.5霍尔传感器的特性 8

4.2.6传感器的选择 9

4.3主控芯片单片机的选择 9

4.3.1AT89C51的性能 10

4.3.2AT89C51的引脚结构 10

4.4显示模块的选择 11

4.4.11602字符型LCD简介 11

4.4.21602LCD的基本参数及引脚功能 11

4.4.31602LCD显示模型 14

4.4.4LED显示模块 14

4.5按键模块 15

4.6LED报警 16

第五章系统软件设计 17

5.1系统主程序流程图 17

5.2数据处理子程序的设计 17

5.3显示子程序设计 20

第六章程序调试与分析 23

总结 24

致谢 25

参考文献 26

程序源代码 27

第一章 绪论

1.1课题背景介绍

自行车被发明及使用到现在已有两百多年的历史，这两百年间人类在不断的尝试与研发过程中，将玩具式的木马车转换到今日各式新颖休闲运动自行车，自行车发展的目的也从最早的交通代步的工具转换成休闲娱乐运动的用途。

随着居民生活水平的不断提高，自行车不再仅仅是普通的运输、代步的工具，而是成为人们娱乐、休闲、锻炼的首选。

因此，人们希望自行车的功用更强大，能给人们带来更多的方便。

自行车里程速度表作为自行车的一大辅助工具也正是随着这个要求而迅速发展的，其功能也逐渐从单一的里程显示发展到速度、时间显示，甚至有的还具有测量骑车人的心跳、显示骑车人热量消耗等功能。

采用单片机设计一种体积小、操作简单的便携式自行车的速度里程表，它能自动地显示当前自行车行走的距离及运行的速度，可以广泛用于个人、家庭、比赛等场合的测速、里程显示等其他功能。

1.2课题研究意义

自行车速度里程表已成为人们日常生活中必不可少的必需品，广泛用于个人家庭及比赛等公共场合，给人们的生活，出行，工作带来了极大的方便，由于自行车速度里程表的数字集成电路的发展和采用了先进的传感器技术，使自行车速度里程表有测量准确、性能稳定、携带方便等优点，它还用于测速，里程计算及自动控制等各个领域。

尽管目前市场上已有现成的自行车速度里程表集成电路芯片出售，价格便宜，使用也很方便。

但鉴于自行车速度里程表的基本组成包含了数字电路、单片机及自动检测的主要组成部分。

因此进行自行车速度里程表的设计是必要的，研究自行车速度里程表及扩大其应用，有着非常现实的意义。

1.3课题研究的主要内容

本课题研究的主要内容是利用霍尔元件，单片机等部件设计一个可用的LED数码实时显示速度和里程的自行车速度里程表。

能显示速度。

里程，并可以通过按键进行切换。

通过编程使单片机具有测速并计算里程的功能，并通过按键切换两种功能，再通过模块显示时间，霍尔传感器和外部存储对单片机提供脉冲信号和数据记录，从而实现调整与现实的功能。

第二章系统设计

2.1设计任务和要求

2.1.1设计任务

设计一个自行车里程表、测速仪，可以将自行车一段时间内的行驶里程，瞬时速度，平均速度在LCD上显示出来，有一个能用LCD显示的腕式自行车里程显示器，传感器采用霍尔元器件，安装在自行车的车轮上；

2.1.2基本要求

能实时显示当前的车速和行驶里程；能去除或保留原先的里程数；

电池供电。

2.2总体设计方案

2.2.1系统总体设计思路

本系统实现自行车运行过程中对行驶里程、当前瞬时速度、平均速度进行测量和显示。

总体设计思路如图1所示。

系统包括控制器模块、信号检测采集模块、显示模块、电源模块四部分。

图1

系统工作时，传感器采集到信号（用按键代表脉冲、或者用频率输入代表信号输入）传输给单片机，单片机计数器统计脉冲个数，定时器记录相应时间长度，经过运算，将行驶里程、平均速度送给LCD显示，当前（瞬时）速度送给7段数码管显示。

第三章系统方案论证

测速，首先要解决是采样的问题。

使用单片机进行测速，可以使用简单的脉冲计数法。

只要转轴每旋转一周，产生一个或固定的多个脉冲，将脉冲送入单片机中进行计算，即可获得转速的信息。

常用的测速元件有霍尔传感器、光电传感器和光电编码器。

里程测量传感器的选择也有以下几种方案：

使用光敏电阻对里程进行测量、利用编码器对车轮的圈数进行测量、利用霍尔传感器对里程进行测量、利用干簧管型传感器测量里程。

光敏电阻对光特别敏感，当白天行驶时，外界光源将导致光敏电阻发出错误信号；光敏电阻对环境的要求相当高，如果光敏电阻或发光二极管被泥沙或灰尘所覆盖，光敏电阻就不能再进行准确测量；而编码器必须安装在车轴上，安装较为复杂；霍尔元件或干簧管不但不受天气的影响，即使被泥沙或灰尘覆盖也不会有影响，而且安装方便。

所以本设计采用霍尔元件对里程与速度进行测量，既简单易行，又经济适用。

使用霍尔传感器获得脉冲信号，其机械结构也可以做得较为简单，只要在转轴的齿轮盘上粘上一粒磁钢，霍尔元件固定在前叉上，当车子转动时霍尔元件靠近磁钢，就有信号输出，转轴旋转时，就会不断地产生脉冲信号输出。

如果在齿轮盘上粘上多粒磁钢，可以实现旋转一周，获得多个脉冲输出。

在粘磁钢时要注意，霍尔传感器对磁场方向敏感，粘之前可以先手动接近一下传感器，如果没有信号输出，可以换一个方向再试。

这种传感器不怕灰尘、油污，在工业现场应用广泛。

目前，单片机被广泛的应用于测控系统、工业自动化、智能仪表、集成智能传感器、机电一体化产品、家用电器领域、办公自动化领域、汽车电子与航空航天器电子系统以及单片机的多机系统等领域。

在设计中选用的是AT89C51单片机。

图2系统结构框图

第四章系统硬件设计

4.1整体硬件设计思路

本设计的自行车车速报警系统以AT89C51作为系统控制核心，采用光电传感器来检测信号，通过一定时间间隔内对信号的采集，结合自行车本身车轮参数，经过单片机对采集信号进行分析计算，最终在LCD以及LED上显示车辆行驶里程、平均速度和瞬时速度，并且具有超速报警功能。

如图4.1所示：

图4.1硬件结构框图

4.2霍尔传感器

4.2.1霍尔传感器的介绍

霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。

霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔（EdwinH.Hall，1855—1938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。