基于单片机自行车测速系统设设计报告.docx
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基于单片机自行车测速系统设设计报告
单片机原理及系统课程设计
评语：
考勤10分
守纪10分
过程30分
设计报告30分
辩论20分
总成绩〔100分〕
基于单片机自行车测速系统设计
1设计目的
实现自行车运行过程中对行驶里程、平均速度、运行时间、当前瞬时速度进展测量和显示,通过对速度的测量来控制自行车的运行，当速度超过限定值时发出报警提醒减速，以确保自行车平安的运行。
2设计方案及原理
2.1系统总体设计思路和原理
本系统实现自行车运行过程中对行驶里程、平均速度、运行时间、当前瞬时速度进展测量和显示，系统包括控制器模块、信号检测采集模块、显示模块、电源模块四局部组成。
系统工作时，传感器采集到信号〔用按键代表脉冲信号输入〕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、全程平均速度、运行总时间送给液晶显示器显示，当前〔瞬时〕速度送给数码管显示。
通过以下计算公式算出里程、平均速度、瞬时速度。
通过相应的显示机构显示出来。
里程=脉冲总数×车轮周长
平均速度=里程÷运行总时间
瞬时速度=每五秒的行程÷5
2.2自行车测速系统方案设计
系统包括控制器模块、信号检测采集模块、显示模块、电源模块四局部，控制器模块由AT89C51组成，它运用于数据储存和外部设备管理，信号采集模块用的是模拟霍尔传感器，通过外部脉冲来控制圈数，显示模块用1602和数码管，1602显示里程、全程平均速度以及运行时间，数码管LED显示五秒的平均速度即当前瞬时速度，电源模块给整个系统提供电压，使系统可以正常工作。
系统框图如图1所示。
图1自行车测速系统设计原理图
3硬件设计
3.1系统原理电路图
系统中里程、速度等都是由霍尔元器件测量。
通过按钮输出脉冲，脉冲数目代表车轮转动圈数，自行车轮胎的周长为2.15m，输入一个脉冲，轮子转动一圈，里程为一个周长的距离，通过脉冲数可以算出总里程，通过单片机T0定时器和T1计数器记录时间，用5秒的前进距离除以时间5秒，得到5秒的平均速度即当前速度。
而总里程L除以总时间t得到平均速度。
在车轮辐条上的磁钢接近霍尔传感器一次，传感器送一个脉冲信号给单片机的外部中断计数器T1，产生一次中断，圈数加一，圈数乘以2.15即为车前进距离。
处理速度数据时同时刷新平均速度、当前速度、运行里程。
假设速度大于〔25km/h即6.95m/s〕那么P3.7输出高电平，蜂鸣器发出报警,提示速度过大。
单片机定时器0定时时间为50ms，每20次刷新系统时钟及计算累计行驶时间。
系统原理电路图如图2所示。
图2系统原理电路图
3.2霍尔传感器开关模块设计
使用开关代替霍尔传感器，通过连续按压开关，使开关对单片机连续输入脉冲来模拟辐条经过的次数，单位时间按压次数越多，相当于辐条经过传感器的频率越高，从而反映车速越快，电路原理如图3所示。
图3霍尔传感器模拟原理图
4软件设计
4.1程序流程图
图4系统流程图
5系统仿真
5.1仿真结果
按压模拟霍尔传感器的开关，模拟出辐条发生频率，通过脉冲数和时间计算出当前速度，当前模拟速度小于给定限定值6.95m/s即25km/h时，没有发生超速现象，通过单片机处理后给出报警指示低电平，蜂鸣器不响，故而速度没有超过限定值，可以正常行驶。
数码管显示屏显示自行车每五秒的平均速度，即当前的瞬时速度，而液晶显示器分别显示自行车行驶的总里程，全程的平均速度，以及当前运行的总时间，仿真结果如图5所示。
图5未超速系统仿真结果图
按压模拟霍尔传感器的开关，模拟出辐条发生频率，通过程序计算出当前速度，当模拟速度大于给定限定值6.95m/s即25km/h时，说明自行车发生了超速现象，通过单片机处理后给出报警指示高电平，故而报警蜂鸣器响，说明速度超出了限定值，提醒车主应减速行驶，同时数码管显示屏显示自行车每五秒的平均速度即当前的瞬时速度，而液晶显示器同时分别显示出自行车行驶的总里程，全程的平均速度，以及当前运行的总时间，仿真结果如图6所示。
图6超速系统仿真结果
6总结
这次课程设计的题目是设计一个以AT89C51单片机为核心的自行车速度里程表。
本设计主要分为硬件局部和软件局部。
在硬件电路的设计局部，主要考虑硬件电路的简单性，故使用开关代替霍尔传感器，通过连续按压开关，使开关对单片机连续输入脉冲来模拟辐条经过的次数，从而计算运行里程。
在软件局部采用用C语言编写，采用模块化设计思想，程序可读性强。
在这次课程设计中，我也遇到了许多问题。
在设计过程中，我发现自己平时对单片机知识的学习还不够深入，不能把所学的理论知识与实践相结合起来，因此在以后的学习中，我要争取做到理论与实践相结合，做到学以致用。
同时，我也学到了许多东西，我了解到要做好一个课程设计，就必须做到：
在设计程序之前，对所用单片机的部构造有一个系统的了解，知道该单片机有哪些资源；要有一个清晰的思路和一个完整的的软件流程图；要养成注释程序的好习惯，一个程序的完美与否不仅仅是实现功能，而应该让人一看就能明白你的思路。
这次课程设计让我懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义。
7参考文献
[1]阎焕忠,王长涛,马斌.单片机控制里程转速表的设计[M].建筑工程学院学报〔自然科学版〕,2002,4:
145-148.
[2]友德,志英,涂时亮.单片机微机原理,应用与实验[M].：
复旦大学,2003:
122-136.
[3]王思明,鑫,苟军年,单片机原理及应用系统设计[M].科学,2021:
6-8.
8附录
#include
#include//包含_nop_（）;函数定义的头文件
voidtimer0_int（）;
sbitbaojing=P3^7;
sbitE=P3^2;//1602使能引脚（位寻址，下同）
sbitRW=P3^1;//1602读写引脚
sbitRS=P3^0;//1602数据/命令选择引脚
unsignedcharhour,minute,second;
unsignedcharn,count;
unsignedlonglengthbuf,lengthvalue;
unsignedcharcode
Table[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};//0~9的共阴极七段管代码
unsignedcharcode
Table1[]={0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef};//0~9的共阴极七段管代码，带小数点
voidDelay0（intTimes）;
voidDisplay（unsinedint）;
voiddelay（）//延时5US
{
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
_nop_（）;
}
bitBusy（void）//读状态函数，判断液晶模块的忙碌状态
{
bitbusy_flag=0;
RS=0;
RW=1;
E=1;
delay（）;
busy_flag=（bit）（P0&0x80）;
E=0;
returnbusy_flag;
}
voidwcmd（unsignedchardel）//将模式设置指令或显示地址写入液晶模块
{
while（Busy（））;
RS=0;
RW=0;
E=0;
delay（）;
P0=del;
delay（）;
E=1;
delay（）;
E=0;
}
voidwdata（unsignedchardel）//将数据〔字符ASCII码〕写入液晶模块
{
while（Busy（））;
RS=1;
RW=0;
E=0;
delay（）;
P0=del;
delay（）;
E=1;
delay（）;
E=0;
}
voidL1602_init（void）//初始化液晶模块
{
wcmd（0x38）;//功能设置，8位字长，2行，5*7点阵
wcmd（0x0c）;//显示设置，显示屏右移
wcmd（0x06）;//显示设置，光标右移，字符不移
wcmd（0x01）;//清屏命令
}
voidL1602_string（unsignedcharhang,unsignedcharlie,unsignedcharp）//将数据写入液晶模块
{
unsignedchara;
if（hang==1）a=0x80;//显示在第一行
if（hang==2）a=0xc0;//显示在第一行
a=a+lie-1;
wcmd（a）;
wdata（p）;
}
voidtimer0_int（）interrupt1using3//中断，用于构成时钟
{
n++;
if（n==100）
{
n=0;
count++;
second++;
if（second>=60）
{
second=0;
minute++;
if（minute>=60）
{
minute=0;
hour++;
if（hour>=24）hour=0;
}
}
}
if（count==5）
{
count=0;
lengthvalue=（TL1+TH1*256）*215-lengthbuf;
lengthbuf=（TL1+TH1*256）*215;
}
TH0=0xd8;
TL0=0xf0;
}
inttimer（）//以秒为单位计算运行总时间
{
unsignedchara=100;
unsignedcharb;
b=second+minute*60+hour*60*60;
returnb;
}
voidDelay0（intTime）//延时子程序
{
inti;
unsignedcharj;
for（i=0;i{
for（j=0;j<150;j++）
{
}
}
}
voidDisplay（unsignedintx）//在LED七段管中显示最高速度
{
unsignedcharslc;
unsignedchara,b,c,d;
slc=0xef;//LED七段管选通
a=x/1000;
b=（x-a*1000）/100;
c=（x-a*1000-b*100）/10;
d=x%10;
{
P2=slc;//分别将最大速度的各个位扫描显示
slc=slc<<1;
P1=Table[a];
Delay0（10）;
P2=slc;
slc=slc<<1;
P1=Table1[b];
Delay0（10）;
P2=slc;
slc=slc<<1;
P1=Table[c];
Delay0（10）;
P2=slc;
slc=slc<<1;
P1=Table[d];
Delay0（10）;
}
return;
}
voidmain（）
{
unsignedchari=0;
unsignedintv=0;//运行速度
unsignedintvnow;//当前速度
unsignedinta,b,c,d;//分别显示速度的十位，个位，十分位，百分位
unsignedlongquanshu;//定义车轮转动圈数
unsignedlonglength,length1,length2,length3,length4,length5,length6;
//定义运行长度以及长度的各个进位
unsignedintsecond1,second2,minute1,minute2,hour1,hour2;
L1602_init（）;
TMOD=0x51;//定时器T0，计数器T1，允许外部中断，T1工作方式1，T0工作方式1
TH1=0x00;//计数器T1高位装初值
TL1=0x00;//计数器T1低位装初值
ET1=1;//计数器0开中断
TR1=1;//计数器0开场工作
TH0=0XD8;//T0设置时间常数
TL0=0XF0;
ET0=1;
EA=1;
TR0=1;
IT1=1;//外部中断1请求触发方式
EX1=1;
P1=0X00;//P1、P2口装初值，用于LED七段管显示用
P2=0xff;
while
（1）
{
quanshu=TL1+TH1*256;//计算车轮旋转圈数
length=quanshu*215;//骑行距离
//计算里程各个进位
length1=length/100000;
length2=（length-length1*100000）/10000;
length3=（length-length1*100000-length2*10000）/1000;
length4=（length-length1*100000-length2*10000-length3*1000）/100;
length5=（length-length1*100000-length2*10000-length3*1000-length4*100）/10;
length6=length%10;
if（timer（）>0）
v=length/timer（）;//计算速度
vnow=lengthvalue/5;//计算当前速度〔5秒〕
if（vnow>=695）baojing=1;
elsebaojing=0;//速度超过6.95m/s（即25km/h），那么报警
Display（vnow）;//在LED七段管上显示当前速度〔5秒〕速度
Delay0（20）;
a=（v/1000）;//计算速度的各个进位
b=（v-a*1000）/100;
c=（v-a*1000-b*100）/10;
d=v%10;
second1=second/10;//计算分秒时的十位与个位
second2=second%10;
minute1=minute/10;
minute2=minute%10;
hour1=hour/10;
hour2=hour%10;
L1602_string（1,1,'s'）;//在LCD相应位置显示变量或者常量
L1602_string（1,2,'p'）;
L1602_string（1,3,'e'）;
L1602_string（1,4,'e'）;
L1602_string（1,5,'d'）;
L1602_string（1,6,''）;
L1602_string（1,7,'L'）;
L1602_string（1,8,'='）;
L1602_string（1,9,length1+48）;
L1602_string（1,10,length2+48）;
L1602_string（1,11,length3+48）;
L1602_string（1,12,length4+48）;
L1602_string（1,13,'.'）;
L1602_string（1,14,length5+48）;
L1602_string（1,15,length6+48）;
L1602_string（1,16,'m'）;
L1602_string（2,1,a+48）;
L1602_string（2,2,b+48）;
L1602_string（2,3,'.'）;
L1602_string（2,4,c+48）;
L1602_string（2,5,d+48）;
L1602_string（2,6,'m'）;
L1602_string（2,7,'/'）;
L1602_string（2,8,'s'）;
L1602_string（2,9,hour1+48）;
L1602_string（2,10,hour2+48）;
L1602_string（2,11,':
'）;
L1602_string（2,12,minute1+48）;
L1602_string（2,13,minute2+48）;
L1602_string（2,14,':
'）;
L1602_string（2,15,second1+48）;
L1602_string（2,16,second2+48）;
while（i<2）//LCD显示延迟
{delay（）;
i++;}
i=0;
}
}
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