基于单片机的光电式自行车速度里程表设计.docx

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基于单片机的光电式自行车速度里程表设计

光电式自行车速度里程表设计

摘要

随着科技的迅速发展，单片机的应用也越来越广泛，并带动传统控制检测技术不断更新。

现在的里程表大多是电子式的，用数码管或液晶显示器即时显示，显示更加直观。

电子式里程表采用接触车速传感器代替软轴传动,可使里程表的安装位置不受距离限制，进一步有效地克服了机械式里程表中的诸多不足。

方案采用了一种以单片机AT89C51为主控机，使用光电传感器进行自行车里程、速度测量的装置。

传感器将不同车速产生的不同频率的脉冲信号输入到单片机进行控制与计算，再采用LCD液晶显示模块进行显示，使得自行车的速度与里程数据能直观的显示给使用者。

本设计主要包括自行车轮脉冲采集、键盘输入和数据显示等部分，主程序用C语言编写，完成各项功能及数据的处理。

本里程表的设计具有结构简单，成本低廉，显示清晰，稳定可靠等优点。

并且可以进行扩充，更方便于使用者。

关键词光电传感器单片机液晶显示器里程表

THedesignof

bicycleodometer

Abstract

Withtherapiddevelopmentoftechnology,moreandmorewidespreadapplicationofmicrocomputer,promotethetraditionalcontroldetectiontechnologyconstantlyupdated.Mostofthecurrentelectronicodometer,andwiththeLEDdigitaltubeorLCDdisplayreal-time,displaymoreintuitive.Electronicodometerflexibleshaftusingthecontactspeedsensorinsteadofdriving,mileagetablescanbeinstalledwithoutdistancelimitations,andfurthertoeffectivelyovercomethemechanicaldisadvantagesofmileageinthetable.

TheplanadoptsthesystemandconfigurationofcombiningthemicrocontrollerAT89C51asthemaincontrolcomputer,usingthephotoelectricsensorbicycleodometer,speedmeasuringdevices.whenDifferentspeedpulsesignalsofdifferentfrequenciesproducedbysensorareinputintothemicrocontroller,afteritscalculation,liquidcrystalwilldisplaythedatas,makingthebike'sspeedanddistancedatavisuallytotheuser.

Thedesignincludesabikewheelpulseacquisition,keyboardinputanddatadisplaysection,themainprogramusingClanguage,Thispaperfirstneededto"milestones"designofequipmentindetail,ontheproblemsexistinginthedesign,explainedAndthentohardwareandsoftwaredesignandimplementationofthepartmadeearnestanalysis,Thenpresentedsystemmodelingprocessandthecorrespondingsystembasedonthismodel,thecontrolsimulation,andthesimulationresultsarecompared.

odometer目录

1绪论

1.1问题由来

我国是人口大国，也是自行车大国，随着生活节奏的不断加快，自行车已经不仅仅是运输、代步的工具，现在则是代表着绿色、环保、节能。

因此其辅助功能也变得越来越重要。

而且人们希望自行车的娱乐、休闲、锻炼的功能越来越多，能带来大家更多的健康与快乐。

在这个背景下，自行车里程表作为自行车的一大辅助工具迅速发展起来。

科学、美观、合理设计自行车里程表有一定的实用价值.它能合理计算出速度及公里数,使运动者运动适量,达到健康运动与代步的最佳效果。

并且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需要一款里程表，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。

1.2课题现状

传统的机械式车速表是由旋转磁场作用于转动盘，使转动盘连同车速表指针发生同向的偏转。

当电磁转矩与弹簧产生的阻力矩平衡时，指针偏转停留在某一角度上。

指针偏转角与车速成正比，因而可用其表示车速。

机械式车速表的缺陷是明显的。

由于表盘指针偏转程度正比于软轴的转动时产生的磁力，当转速较低的时候，磁力较小，随转速变化波动较大。

因此，低速时车速表指针摆动剧烈、测量及显示精度不高。

对于发动机后置的车辆，要将车速表指针的偏转动力由变速箱经软轴等传至驾驶室，软轴必然布置的较长，如何将这种长长的转动软轴从结构上布置妥当，肯定是一件十分困难的事情。

现在的车速表大多是电子式的，用LED数码管或LCD显示，使速度显示更加直观。

采用接触车速传感器代替软轴传动,可使车速表的安装位置不受距离限制,有效地克服了机械式车速表中的诸多不足。

电子式车速表更加智能，车速表的功能也更加人性化，如加上了里程累计、超速提醒等功能。

本设计就是针对骑自行车的人们在行进中不能很好的把握自己达到了多大的速度，行驶了多远的距离而设计的。

以往的里程表只能进行测量速度，里程，时间，温度等数据，虽然能实现很多的功能，但是其中的一些功能不适合自行车业余爱好者，浪费资源，而且性价比也低，而且也不能很好的把握当前运动量，从而不能很好的实现娱乐和锻炼的效果。

而本设计却能实现娱乐和锻炼的双重效果，而且相对业余爱好者性价比更高。

1.3设计任务

 本设计要以单片机为核心，通过光电传感器来检测自行车的运转情况进而实现电动自行车的速度的测量，最后用液晶显示器直观地将速度与里程显示出来，并且在速度高于一定的值时可自动向用户报警，从而达到智能化的目的。

主要设计内容:

1.传感器电路模块设计

2.单片机外围电路设计

3.报警电路设计

4.显示电路设计

2系统原理概述

2.1系统原理总概述

本系统由信号预处理电路、单片机AT89C2051、LCD显示模块、开关按键,报警模块和系统软件组成。

其中信号预处理电路包含信号放大、波形变换和波形整形。

对待测信号进行放大的目的是降低对待测信号的幅度要求；波形变换和波形整形电路则用来将放大的信号转换成可与单片机相连的TTL信号；通过单片机的设置可使内部定时器T1对脉冲输入引脚T0进行控制，这样能精确地算出加到T0引脚的单位时间内检测到的脉冲数。

本设计中，计数的正确性决定了本装置的精度，如何在复杂的环境中得到正确的计数脉冲，是本设计的重点，设计中里程表显示采用LCD1602液晶模块，用液晶显示器显示是本设计的难点。

并且在速度高于一定的值时可自动向用户报警，从而达到智能速度里程表。

2.2系统硬件组成原理

系统硬件由信号预处理电路、单片机AT89C2051、系统化LCD显示模块、开关按键，报警模块组成，系统的硬件组成框图如下：

图2-1系统总体设计框图

由于不同速度发出不同频率的脉冲，通过光电传感器检测出不同状态的脉冲信号，而一般的模拟信号都是微弱的，所以要把它放大，这就需要一个放大器。

另外单片机能识别的都是TTL信号，经波形变换和波形整形电路方能将放大的信号转换成可与单片机相连的形式。

当行驶达到一定的车速时，会发出报警声。

不同的按键方式，液晶显示器会显示不同的数据。

2.3软件系统工作流程

在硬件设计完毕之后，接下来就是设计中最核心和最为主要的软件部分设计。

所谓软件设计就是把软件需求变换成软件的具体设计方案（即模块结构）的过程。

模块化结构设计即是根据要求和硬件设计的结构，将整个系统的功能分成许多小的功能模块，再根据这些小的功能模块进行程序编写的过程。

这样的设计方法，使得系统的整个功能和各部分的功能趋于明朗化。

当系统出现问题，就可以根据功能设置找出问题的根源，从而更快地解决问题。

所以说，在整个设计过程中，软件设计必须与硬件设计紧密地结合在一起。

图2-2系统软件流程图

3系统硬件设计

本设计采用的是以红外传感器ST1101为传感器，以AT89C51作为系统的主控芯片，以LCD1602、128*16液晶显示器进行显示。

图3-1系统硬件框图

3.1采集信息部分以及传感器的选择

信息采集部分可以选用的传感器种类一很多，例如磁感应传感器，光电感应传感器，金属传感器等。

霍尔传感器由永久磁铁和开关型霍尔集成电路组成。

霍尔集成电路由霍尔元件、放大器、整形电路及集电极开路输出等部分组成，其功能是把磁信号转换成电信号，霍尔元件为磁敏元件，当垂直于霍尔元件的磁场强度发生变化时，其两端的电压就会发生变化，经放大和整形即可输出脉冲电信号。

 光电编码器的工作原理与光电传感器一样，不过它已将光电传感器、电子电路、码盘等做成一个整体，只要用连轴器将光电传感器的轴与转轴相连，就能获得多种输出信号。

它广泛应用于数控机床、回转台、伺服传动、机器人、雷达、军事目标测定等需要检测角度的装置和设备中。

如图3-2所示，是某光电编码器的外形。

光电传感器是应用非常广泛的一种器件，各种各样的形式，如透射式、反射式等，基本原理就是当发射管光照射到接收管时，接收管导通，反之关断。

以透射式为例，如图3-1所示，当不透光的物体挡住发射与接收之间的间隙时，开关管关断，否则打开。

为此可以制作一个遮光叶片如图3-3所示，安装在转轴上，当扇叶经过时，产生脉冲信号。

当叶片数较多时，旋转一周可以获得多个脉冲信号。

而考虑到实际可操作性以及设计要求方面，本设计选用的传感器为光电传感器。

图3-2光电传感器的原理图

图3-3遮光叶片

将光敏电阻安装在自行车前又的一侧，在同等高度的另一侧安上一个高亮度的发光二极管。

在同等高度的辐条上贴上一圈黑色材料，并在黑色材料上打上等间距的小孔，这样当小孔经过光敏电阻时，光敏电阻根据光电流的变化发出脉冲，从而测量里程。

红外光电传感器ST