电动车论文Word格式.docx
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二.系统总体方案5
2.1系统原理设计思路5
2.2检测元件选择6
2.3单片机选择7
2.4显示元件选择8
2.5系统总体硬件流程9
三.系统硬件设计10
3.1硬件设计总体思路10
3.2单片机电路（主控电路设计）12
3.2.1芯片介绍12
3.2.2时钟电路15
3.3.3复位电路16
3.3输入电路（数据采集电路设计）17
3.3.1红外光电传感器介绍17
3.3.2整形电路19
3.3.3输入电路设计20
3.4输出电路21
3.4.1数据显示21
3.4.2超速报警22
四.电动车的里程速度表的软件设计24
4.1概述24
4.2自行车的速度里程表总体程序设计24
4.3中断子程序的设计26
4.4数据处理子系统程序设计27
4.4.1.里程计算子程序27
4.4.2.速度计算子程序27
4.5显示子程序的设计28
4.6数据储存程序的设计29
五．结论与展望31
5.1系统分析31
5.2结论31
5.3展望32
参考文献32
致谢34
第一章绪论
1.1前言
1.1.1电动车概况
在科技发展迅速的时代人们更多的需要出行，而代步工具的选择就成了于人们生活息息相关的事情，各种代步工具相继出现，其中电动自行车的出现既满足了人们对出行的需要，也以其价格与方便的优势迅速进入人们的生活。
对于电动车，定义和特点如下：
新能源汽车包括混合动力汽车、纯电动汽车（BEV，包括太阳能汽车）、燃料电池电动汽车、氢发动机汽车、其他新能源（如高效储能器、二甲醚）汽车等各类别产品。
电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶。
所以混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池电动汽车都被归为电动汽车。
电动自行车是由蓄电池、电动轮毂、控制器、充电器四大件和车体部分组成
我国最新《电动摩托车和电动轻便摩托车通用技术条件》的出台，将40公斤以上、时速20公里以上的电动车，称之为电动轻便摩托车或电动摩托车，划入机动车范畴。
40公斤以下、时速不超过20公里的，列为非机动车范畴。
电动车发展历史:
①初期发明1830–1870
电动车的历史比我们现在最常见的内燃机驱动的汽车要早。
美国人托马斯·
达文波特于1834年制造出第一辆直流电机驱动的电动车。
1837年，托马斯因此获得美国电机行业的第一个专利。
今天在路面上依然行驶的有轨电车是1840年在英国出现的专利。
电池电动车的历史。
世界上第一辆电动汽车于1881年诞生，发明人为法国工程师古斯塔夫·
特鲁夫，这是一辆用铅酸电池为动力的三轮车，而在1873年，由英国人罗伯特·
戴维森用一次电池作动力发明的电动汽车，并没有列入国际的确认范围。
后来就出现了铅酸、镍镉、镍氢电池，锂离子电池，燃料电池作为电力。
②中期发展1860–1920
随着蓄电池技术的发展，电动车的运用在19世纪的下半叶在欧美得到了较为广泛的运用。
1859年法国伟大的物理学家、发明家噶斯顿·
普朗特发明了可充电的铅酸电池。
19世纪末期到1920年是电动车发展的一个高峰。
在早期的汽车消费市场上电动车比内燃机驱动车辆有着更多优势：
无气味、无震荡、无噪音、不用换挡和价格低廉，这形成了以蒸汽、电动和内燃机三分天下汽车市场。
③电动车停滞期
1920-1990阶段：
随着美国德州石油的开发和内燃机技术提高，电动车在1920年之后渐渐地失去了优势。
汽车市场逐步给内燃机驱动的汽车所取代。
只有在少数城市保留着很少的有轨电车和无轨电车以及很有限的电瓶车（使用铅酸电池组，被使用在高尔夫球场、铲车等领域）。
电动车的发展从此停滞了大半个世纪。
随着石油资源的滚滚流向市场，人们几乎忘记还有电动车的存在。
相对运用在电动车上的技术：
电驱动、电池材料、动力电池组、电池管理等等也无法得到发展或运用。
④电动车的复苏期
1990至今：
石油资源的日益减少、大气环境的污染严重，让人们重新关注的电动车。
1990年之前提倡使用电动车主要还是以民间为主。
比如1969年建立的民间学术团体组织：
世界电动车协会（WorldElectricVehicleAssociation）。
世界电动车协会每一年半在世界不同国家和地区举办专业电动车学术会议和展览ElectricVehicleSymposiumandExposition（EVS）。
1990年代开始各个主要的汽车生产厂家开始关注电动车的未来发展并且开始投入资金和技术在电动车领域。
在1990年1月的洛杉矶汽车展上，通用汽车的总裁向全球推介Impact纯电动轿车。
1992年福特汽车使用钙硫电池的Ecostar,1996年丰田汽车使用镍氢电池的RAV4LEV，1996年法国雷诺汽车的Clio,1997年丰田的Prius混合动力轿车下线，1997年日产汽车世界上第一辆使用锂离子电池的电动车PrairieJoyEV,1999年本田汽车发布、销售混合动力Insight。
电动汽车之所以成为本世纪技术开发的宠儿，首先是因为电动汽车直接采用电机驱动，本身不排放污染大气的有害气体，即使按所耗电量换算为发电厂的排放，除硫和微粒外，其它污染物也显著减少。
发电厂大多建于远离人口密集的城市，对人类伤害较少，而且发电厂的场所固定，有害排放物集中排放、清除较容易。
由于电力可以从多种一次能源中获得，如煤、核能、水力、风力、光、热等，可以很好地解除人们对石油资源日见枯竭的担心。
其次，电动汽车能够充分利用晚间用电低谷时富余的电力充电，使发电设备得到充分利用，大大地提高了经济效益。
有关研究表明，同样的原油经过粗炼，送至电厂发电、充入电池、由电池驱动汽车，其能量利用效率比经过精炼变为汽油，再经汽油机驱动汽车高，因此有利于节约能源和减少二氧化碳的排量。
随着资源环境压力的不断增大，发展电动汽车产业成为世界各国一致的选择，各国汽车企业都在奋力争夺电动汽、车技术研发、产业化的领先优势。
电动车技术的发展与创新。
在电动车被不断普及应用的未来，他带给我们的方便性也将不断提高，电动车的应用技术还将有创新性的发展：
①可拆卸电池组的应用普及。
可以在充电站设置电池更换服务，使电池电量即将耗尽的车辆在这里更换已充电电池。
②无线充电技术。
利用电磁波等无线传输技术，使电动车可以无限充电，这样可以建立许多无限电波发射站，使车辆即使在行驶中都可以随时充电。
1.1.2电动车仪表概况
在我们使用电动车的过程中，了解车辆的行驶状态和使用情况最直观也的方法就是通过车辆上自带的各种仪表。
不同汽车仪表板的仪表不尽相同，但是一般电动车的常规仪表有车速里程表、转速表、充电表等。
现代电动车上，仪表还需要装置稳压器，专门用来稳定仪表电源的电压，抑制波动幅度，以保证仪表的精确性。
另外，大部分仪表显示的依据来自传感器，传感装置根据被监测对象的状态变化而改变其电阻值，通过仪表表述出来。
仪表板中最显眼的是车速里程表，它表示汽车的时速，单位是km/h（公里／小时）。
车速里程表实际上由两个表组成，一个是车速表，另一个是里程表。
传统的车速表是机械式的，典型的机械式里程表连接一根软轴，软轴内有一根钢丝缆，软轴另一端连接到变速器某一个齿轮上，齿轮旋转带动钢丝缆旋转，钢丝缆带动里程表罩圈内一块磁铁旋转，罩圈与指针联接并通过游丝将指针置于零位，磁铁旋转速度的快慢引起磁力线大小的变化，平衡被打破指针因此被带动。
这种车速里程表简单实用，被广泛用于大小型汽车上，也应用于现在的电动车测速当中。
不过，随着电子技术的发展，现在很多车量仪表已经使用电子车速表，常见的一种是从变速器上的速度传感器获取信号，通过脉冲频率的变化使指针偏转或者显示数字。
里程表是一种数字式仪表，它通过计数器鼓轮的传动齿轮与车速表传动轴上的蜗杆啮合，使计数器鼓轮转动，其特点是上一级鼓轮转一整圈，下一级鼓轮转1/10圈。
同车速表一样，目前里程表也有电子式里程表，它从速度传感器获取里程信号。
电子式里程表累积的里程数字存储在非易失性存储器内，在无电状下态数据也能保存。
车速报警装置是为了保证行车安全而在车速表内装设的速度音响报警系统。
如果汽车行驶速度达到或超过某一限定车速（例如100km/h）时，则车速表内速度开关使蜂鸣器电路接通，发出声音报警。
仪表板上电量显示、时间超速次数等是电动车运行相关情况的显示，他让驾驶员了解电动车在使用时的一些基本情况。
目前，电子化仪表已取代机械式仪表。
这是由于机械式仪表一旦出现故障很难处理，另外，由于汽车装用的电子控制机构和相关的临近项目不断增加，而采用电子化仪表，不仅可以改进驾驶员的目视性，还有助于汽车仪表的多样化，其总的发展趋势为如下几点。
传统仪表一般是机电式模拟仪表，只能为驾驶员提供汽车运行中必要而又少量的数据信息，已远远不能满足现代汽车新技术、高速度的要求。
汽车仪表的功能已不仅仅是单纯的指示，而是通过对汽车各部件参数的监测和微处理机配套，达到控制汽车各种运行工况的目的。
随着现代电子技术的发展，多功能高精度、高灵敏度、读数直观的电子数字显示及图像显示的仪表已不断地在汽车上应用。
因此，汽车电子化仪表将逐步取代常规的机电式仪表。
未来车用电子化仪表具有以下优点。
（1）电子化仪表能提供大量复杂的信息
为了提高汽车的使用性能，汽车的电子控制程度越来越高。
电子控制装置必须能迅速、准确处理各种复杂的信息，并通过汽车仪表盘以数字、文字或图形等方式显示出来，使驾驶员了解与掌握汽车的当前状态，以便及时处理各种复杂的情况。
目前，汽车的故障诊断、地形图显示、导航及各种信息服务装置都已开始装备汽车，汽车仪表盘作为信息显示终端已经是大势所趋。
（2）满足小型、轻量化的要求
为了使有限的驾驶空间尽可能宽敞些，用于汽车的各种仪表及附件都必须小型轻量化。
电子化仪表不仅能适应各种传感器或控制系统的电子化，而且可实现小、轻、薄，既能节省汽车仪表盘附近的宝贵空间，增加一定的仪表数量，还可处理日益增多的信息量。
（3）高精度和高可靠性
实现汽车仪表的电子化，可为汽车驾驶员提供高精度的数据信息，同时，由于没有机械仪表中的那些机械传动部分，可减少了故障的发生率，大大提高了仪表的可靠性。
（4）一表多用
汽车电子化仪表可采用数字显示，可用一组数字进行分时显示，也可以同时显示多个参数，这样，汽车就不必为每个参数设置一个指示表，故使仪表盘得以简化，实现一表多用。
（5）外形设计自由度高
汽车仪表盘造型美观，这对一辆汽车来说非常重要，推出最流行的仪表新款式，选用外形设计自由度特别高的电子显示器件则是实现汽车现代化、提高产品竞争力的有力措施。
基于以上优点，汽车将会越来越多地装用各种用途的电子化仪表。
造型新颖别致和功能强大的电子化仪表，将是今后车用仪表的发展趋势和潮流。
车辆仪表可以是指针式、数字式或组合式，不同的显示方式有其不同的优缺点，指针式显示由机械移动来完成，结构比价简单，可行性比较高，但是显示不够直观明了；
而数字式的电子仪表显示则直观易读，但是成本较高，实现复杂。
虽然国内汽车仪表界一致看好全数字式汽车仪表，特别是步进电动机式汽车仪表，但其开发尚不具备技术条件。
全数字式汽车仪表特别是步进电动机式汽车仪表，是当今和未来一段时间汽车仪表的主导技术，有着十分广阔的市场前景。
1.2设计任务与目的
本设计方案主要是利用传感器、单片机，储存器等部件设计一个可实时显示里程和速度的自行车的速度里程表。
主要介绍了自行车的速度里程表的设计思想、元件的选择、方案论证以及电路原理等内容，整体上分为硬件部分设计和软件部分设计。
本文首先对该课题的任务进行方案论证，包括硬件选择使用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。
具体的硬件包括：
单片机最小系统、显示电路以及外围辅助电路等。
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。
二.设计思路，总体方案
2.1系统原理设计思路
电动车的里程与速度表的总体设计思路是由检测元件检测车辆的行驶状态，然后将检测数据交给单片机进行数据的处理并输出,最后由现实元件直观显示需要显示的数据。
在实现车辆状态检测的基本功能条件下，加上报警功能、出错复位等一些辅助功能，实现电动车状态监控。
通过图像、声音等方式给驾驶员直观清楚的印象，完成机器与驾驶员之间的人机交互。
显示里程/速度
（显示元件）
数据处理元件（单片机）
整形电路
检测车辆行驶状态
（检测元件）
报警提示
图2.1设计思路图
本设计主要任务是开发一个以单片机最小系统为核心的电动自行车的速度里程表。
本里程与速度分别根据以下公式求得：
里程=脉冲总数×
单个脉冲代表长度
速度=实时里程/单位时间
此公式将最终显示出里程和速度。
当车轮转动，传感器输出一个脉冲，可根据车轮周长计算里程，选择不同的车轮周长，里程数的变化有所不同；
显示速度时，显示器会根据转速的不同显示不同的数字，当速度超过一定速度时，将启动报警系统。
2.2检测元件选择
系统的检测元件是对车辆的形式状态进行测量的关键元件，需要对车辆在启动后对车量的速度进行初步测量。
根据系统工作原理，检测元件的主要任务是将车轮的转动信息转换为脉冲信号进行输入，交由单片机进行数据处理。
车辆常用的测量元件主要是机械式、电磁式、光学式等。
它们都能将车轮的转动状态转换成电平信号，达到使用目的。
①机械元件：
结构简单，使用方便、价格低廉，可以有效节省系统的成本。
但是，由于机械是测量元件，要完成信号的检测，需要对车轮进行物理上的直接接触。
这就有可能会带来机械上的问题，如机械元件容易损坏、使用寿命短，、老化后误差很大等特点。
在当今电子技术发展迅速的今天，我们考虑使用性能更好，价格也并不高的电子器件。
②电子元件：
使用电磁式或者光电式，电磁式传感器主要选用使用较多的霍尔传感器。
霍尔传感器是根据霍尔效应原理而制成的电流和电压传感器。
它具有灵敏度较高、体积很小，便于制成特殊规格的探头等优点。
但是他也存在着互换性差，信号随温度变化，非线性输出等缺点。
图2.2霍尔元件
③光电传感器：
是采用光电元件作为检测元件的传感器。
它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。
光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。
光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此,光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。
图2.3光电式传感器
综上考虑，因为光电式传感器具有非接触的检测、响应时间短、对检测物体的限制少、性能可靠、价格合理等其他器件所不具有的特点，所以，最后使用光电式传感器作为测量元件。
通过对市面上的光电传感器了解，考虑到电动车的结构特点，我们使用ST1101型单光束直射式红外光电传感器。
2.3单片机选择
单片机是整个系统的核心元器件，他必须实现输入脉冲的数值处理、数据保存、显示信号输出以及报警等功能。
市场上以51为内核的单片机使用的最为普遍与方便。
51单片机是对目前所有兼容Intel8031指令系统的单片机的统称。
该系列单片机的始祖是Intel的8031单片机，后来随着Flashrom技术的发展，8031单片机取得了长足的进展，成为目前应用最广泛的8位单片机之一，其代表型号是的公司的AT89系列，它广泛应用于工业测控系统之中。
目前很多公司都有51系列的兼容机型推出，在目前乃至今后很长的一段时间内将占有大量市场。
51单片机是基础入门的一个单片机，还是应用最广泛的一种。
它使用历史长、发展健全、种类多样、功能齐全，能够达到一般使用的要求，而且成本低廉。
现在使用的51系列单片机种类主要是：
STC单片机、单片机（51单片机）、PHILIPS公司的单片机、TI公司单片机（51单片机）。
本系统选用STC89C51芯片的主要原因：
①单片极为51系列单片机，具有51单片机的优点，如接口方便，通用性强，使用方便，易于初学者学习与编程。
51单片机应用广泛，其使用时间悠久，应用成熟，能够适应多种需求，硬件兼容性好。
使用51系列单片机能够有效控制系统的使用成本，高效简洁达到目的。
②STC89C51芯片带有4K的Flash存储器，其中1K能当EEPROM用，能够有效进行掉电保护，使每次的行驶里程数据在断电后不丢失，并提供下次再启动时使用。
数据靠单片机存储，能够实现节省硬件资源，减少接口数量，编程方便，可靠性高。
降低由外加芯片带来的附加成本。
图2.4STC单片机
2.4显示元件选择
在系统前两步得到了速度与里程数据之后，要将它显示在驾驶员面前。
在单片机应用系统中，使用的主要器件是LED（发光二极管显示器）和LCD（液晶显示器），这两种显示器成本低廉、配置灵活，与单片机接口方便。
①LCD：
它液晶显示器是LiquidCrystalDisplay的简称，LCD的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向，将光线折射出来产生画面。
比CRT要好的多，但是价钱较其贵。
②LED：
主要含义：
LED=LightEmittingDiode，发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体固态器件，它可以直接把电转化为光。
LED灯具有抗震耐冲击、光响应速度快、省电和寿命长等特点。
图2.5LED数码管
在电动车的里程与速度显示较为简单，对于以上两种形式，LED（发光二极管）更适合使用在电动车的现实上。
在电动车上使用能完全满足系统显示里程速度的需求，而且，它比LCD成本低很多，具有更好的竞争优势。
2.5系统总体设计方案
经过元器件的选择之后，即得到系统总体设计的基本方案。
即以ST1101为传感器的输入主体，以STC89C51RC为数据处理核心，以LED数码管为显示器件。
对电动车的行驶状况进行实时监控与观测，让用户了解驾驶时的状况与电动车的性能。
STC89C51RC
单片机
ST1101型单光束直射式红外光电传感器
LED数码管
图2.6系统基本结构图
三.系统硬件设计
3.1硬件设计总体思路
自行车的速度里程表的硬件电路设计是系统的基础部分，它包括信号的捕获、放大、整形，单片机的计算处理，实时显示和单片机外围基本电路的设计，两大主要器件就是传感器和单片机。
本设计主要目标是为了对用户在使用电动车的过程中，对电动车的行驶状况进行实时监控与观测，让用户了解驾驶时的状况与电动车的性能。
本设计以单片机最小系统为基础，对电动车的行驶状况进行数据接收、处理、显示、报告。
这个系统总体上可分为信号的测量与输入、信号的整形、数据的处理、数据的储存、状态量的显示、报警装置、复位系统几大部分：
1车轮行驶状态监测：
在自行车轮的轴处安装感器，每当后轮旋转的时候，传感器就会产生感应，将向外输出若干个脉冲。
②信号的整形：
对传感器输入的脉冲通过一系列的波形整形成单片机可以识别的TTL电平，进过计算，即可算出轮子即时的转速。
③数据的处理：
利用传感器测得的信号，结合电动车本身的物理特性以传感器安装特性进行处理，得出我们需要的速度与里程量。
④数据的储存：
对得到的数据进行掉电保护，再次使用。
⑤状态量的显示：
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