健身单车速度里程测量系统设计.docx

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健身单车速度里程测量系统设计

基于单片机自行车测速系统设计

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。

本论文主要阐述一种基于霍尔元件的自行车的速度里程表的设计。

以AT89C52单片机为核心，ITR9606红外传感器测转数，实现对自行车里程/速度的测量统计，采用24C02实现在系统掉电的时候保存里程信息，并能将自行车的里程数及速度用LCD实时显示。

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。

关键词：

里程/速度；红外线传感器元件；单片机；LCD显示

Bikespeedsystemdesignbasedonsinglechip

ABSTRACT

Withthedevelopingofpeople’slife,thebicycleisnotonlytheuniversaltooloftransportationandsubstituteforwalking,butbecomesthefirstchoiceofentertainmentandexercising.Thebicyclemileage/speedcanfulfillthebasicneedofpeople’slife,sothattheycanlearnthespeedandthemileageofthebicycle.Inthispaper,thebicyclemileage/speeddesignbasedontheHallelementiselaborated.ByAT89C52askernel,usingITR9606Hallelementtomeasurerevolution,themeasureandstatisticareachieved.Therangeinformationissavedby24C02whenthepowerisoff,thebicyclespeedcanbedisplayedonLCD.Inthisarticle,thehardwarecircuitandsoftwaredesignofbicyclemileage/speedinstrumentareintroducedindetail.Aboutthehardware,thepulsenumberistransmittedofonecycleofthebicycleintoSingleChipMicrocomputersystem.ThenthesignalprocessedbySingleChipMicrocomputersystemissenttodisplayscream.Aboutthesoftware,inassemblelanguage;theprogramisdesignedinthemodeofmodules.Thesystemhassimplehardware,commonsub-program,andmeetsthedemandofdesign.

Keyword：

Mileage/speed;Hallelement;Singlechipmicrocomputer;LCD

1引言…………………………………………………………………………………1

2系统总方案论证与分析……………………………………………………………2

2.1课题主要任务及内容……………………………………………………………………2

2.2任务分析与实现………………………………………………………………2

2.3硬件方案设计…………………………………………………………………3

2.4软件的方案设计………………………………………………………………5

3硬件电路设计…………………………………………………………………6

3.1概述……………………………………………………………………………6

3.2系统总电路图……………………………………………………………………6

3.3单片机简介………………………………………………………………………7

3.3.1单片机的引脚功能介绍………………………………………………………7

3.3.2单片机中断系统介绍………………………………………………………11

3.4传感器及其测量系统…………………………………………………………11

3.5单片机外围电路的设计………………………………………………………12

3.5.1时钟电路的设计……………………………………………………………12

3.5.2复位电路的设计……………………………………………………………12

3.5.3显示电路的设计……………………………………………………………13

4软件程序设计……………………………………………………………………17

4.1概述……………………………………………………………………………17

4.2中断程序的设计………………………………………………………………17

4.3总程序的设计…………………………………………………………………18

4.4本章小结………………………………………………………………………22

5系统的调试………………………………………………………………………23

5.1硬件调试………………………………………………………………………23

5.2软件调试………………………………………………………………………23

5.3故障分析与解决方案…………………………………………………………25

6结论……………………………………………………………………………27

参考文献……………………………………………………………………………28

致谢………………………………………………………………………………30

1引言

随着人们生活水平的逐渐提高，人们对于生活质量的要求也日益增加，尤其是对健身的要求。

自行车在中国普遍作为代步工具。

而在国外，自行车却是一项十分受欢迎的健身运动。

因为它无污染，价位低廉，老少皆宜。

而且在运动过程中可以充分享受到大自然，对于忙碌的现代人来说，无疑是一种较好的放松方法。

在中国这种情况也在慢慢发生变化。

因此爱好自行车运动的人十分学要一款能测速的装置，以知道自己的运动情况。

并根据外界条件，如温度，风速等进行适当的调节，已达到最佳运动的效果。

而对于自行车运动员来说，最为关心的莫过于一段时间内的训练效果。

因为教练要根据一段时间内运动员的训练效果进行评估，从而进行适当的调整已使运动员达到最佳的状态。

因此需要一种装置进行对训练中各种参数的测定记录[1]。

  码表主要针对那些业余爱好者，他们运动一般会选择晴朗凉爽的天气进行运动，所以温度和风速对运动员几乎没影响，只要能精确的测量速度和里程以及时间即可。

并能在运动员达到预期运动量后能准确提醒运动员已达到预期要求[2]。

  本设计以AT89C52单片机为主控芯片，把红外线传感器传来的脉冲信号进行处理，预算，精确的计算出行驶的速度和里程，然后在传送给LCD显示器，从LCD上显示出运动的一系列数据，而且还可以通过显示器进行人机对话，可以通过显示器和键盘进行一些参数的设置，比如像将要安装的自行车的轮圈的半径设置，以及预设运动量的和时间的设置。

这些都需要通过显示器进行设置，其中的时间是用芯片内自带的计数器进行计数的。

  本设计是以AT系列单片机为主控制芯片，采用红外线元件检测小车行驶速度。

程序用C语言编写，由主程序、外部中断服务程序、定时器中断服务程序、延时子程序等模块组成。

主程序主要完成程序的初始化和键盘处理，外部中断服务程序由测量、计算、读数等部分组成。

2系统总方案论证与分析

2.1课题主要任务及内容

本课题主要任务是利用红外线传感器、单片机等部件设计一个可用LCD液晶显示器实时显示里程和速度的自行车的速度里程表。

本文主要介绍了自行车的速度里程表的设计思想、电路原理、方案论证以及元件的选择等内容，整体上分为硬件部分设计和软件部分设计。

本文首先扼要对该课题的任务进行方案论证，包括硬件方案和软件方案的设计；继而具体介绍了自行车的速度里程表的硬件设计，包括传感器的选择、单片机的选择、显示电路的设计；然后阐述了该自行车的速度里程表的软件设计，包括数据处理子程序的设计、显示子程序的设计；最后针对仿真过程遇到的问题进行了具体说明与分析，对本次设计进行了系统的总结。

具体的硬件电路包括AT89C52单片机的外围电路以及LCD显示电路等。

软件设计包括：

芯片的初始化程序、定时中断采样子程序、显示子程序等，软件采用汇编语言编写，软件设计的思想主要是自顶向下，模块化设计，各个子模块逐一设计。

2.2任务分析与实现

本设计的任务是：

以通用MCS-51单片机为处理核心，用传感器将车轮的转数转换为电脉冲，进行处理后送入单片机。

里程及速度的测量，是经过MCS-51的定时/计数器测出总的脉冲数和每转一圈的时间，再经过单片机的计算得出，其结果通过LCD显示器显示出来。

本系统总体思路如下：

假定轮圈的周长为L，车轴上装一个有缺口的圆版，在圆板的外侧装置一个红外线传感器，车轮转动一圈经，红外传感器及记录一次输入信号。

综合分析，本设计中取m=1。

当轮子每转一圈，通过红外线传感器采集到一个脉冲信号，并从引脚P3.2中断0端输入，传感器每获取一个脉冲信号即对系统提供一次计数中断。

每次中断代表车轮转动一圈，中断数n轮圈的周长为L的乘积为里程值。

计数器T1计算每转一圈所用的时间t，就可以计算出即时速度v。

要求达到的各项指标及实现方法如下：

1.利用红外传感器里程数的脉冲信号。

2.对脉冲信号进行计数。

实现：

利用单片机自带的计数器T1对红外传感器脉冲信号进行计数。

3.对数据进行处理，要求用LCD显示里程总数和即时速度。

实现：

利用软件编程，对数据进行处理得到需要的数值。

最终实现目标：

自行车的速度里程表具有里程、速度测试与显示功能，采用单片机作控制，显示电路可显示里程及速度。

2.3硬件方案设计

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：

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、利用红外线传感器进行里程测量。

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。

这种传感器不怕灰尘、油污，在工业现场应用广泛[3]。

红外线传感器具光源稳点，操作简单功耗低的优点，相比霍尔传感器安装简单，对磁场的抵抗力较强，且使用较为简单。

故本文采用红外线传感器进行信