自 行 车 码 表 设 计.docx

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自行车码表设计

课程名称：

工程测试技术

设计题目：

自行车码表设计

院系：

机械工程系

专业：

工程机械2班

年级：

2010级

姓名：

wwww

指导教师：

曾祥光

西南交通大学峨眉校区

2013年5月15日

课程设计任务书

专业工机2班姓名www学号20

开题日期：

2013年4月5日完成日期：

2013年5月15日

题目自行车码表设计

一、设计的目的

设计自行车码表对自行车的速度、路程等基本量进行测量，利用霍尔传感器和温度传感器作为输入的测速和测温传感器，最终显示在LCD上。

二、设计的内容及要求

利用霍尔传感器和温度传感器设计一个自行车码表，测出即时速度、平均速度、累积路程的数值，并进行实时温度和时间的显示。

三、指导教师评语

四、成绩

指导教师（签章）

年月日

目录

一、设计背景3

二、设计思路3

2.1工作原理及设计思路3

2.2霍尔测速模块论证与选择4

2.3显示模块论证与选择5

2.4电源模块论证与选择5

2.5单片机与测量方法模块论证与选择5

2.6总体设计方案5

2.7主要器件概述6

三、电路设计6

3.1总体电路设计图7

四、程序设计7

4.1设计步骤7

4.2程序流程图8

4.3程序中断设计8

五、测试方法与测试结果9

六、参考资料9

七、附录10

一、设计背景

随着人社会的不断进步，绿色出行已逐渐被现今社会所重视，于是自行车也不再是运输、代步的工具，其辅娱乐、休闲、锻炼的功能越来越多受到人们的热爱。

而自行车码表作为自行车的一大辅助工具迅速发展起来。

方便、美观、精确的自行车码表有一定的实用价值。

它能准确的计算出骑行速度及公里数，使运动者运动适量，达到健康运动的最佳效果。

目前市面上常用的码表主要是日本的SIGMA和SHIMANO。

其中SIGMA是大陆知名度最高、适用率最广的码表品牌，特点是外形含蓄，做工精细。

市面上常见的是其RT系列和V系列产品，前者定位于业余爱好者，后者定位于运动选手，功能强大，价格也高。

主流产品误差按厘米计算，又有防水功能，是很多车友的选择。

二、设计思路

2.1工作原理及设计思路

自行车码表一般由安装于前轮幅条上的感应磁铁、前叉上的感应器、顺着前叉蜿蜒而上的连接线、置于把横上面的码表座和座上面的码表。

码表的工作原理是：

车轮旋转时感应器捕捉到感应磁铁带来的信息，通过连接线传输至码表，码表对此进行处理后计算出时速、里程等信息并显示。

它能够让我们比较精确的知道自己的当前速度、骑行时间、单次里程、总里程、平均速度、最高速度等。

主要的设计思路如下：

（1）主要完成即时速度、平均速度、累积路程的测量；

（2）温度的测量；

（3）日期和轮胎半径的设置；

通过总体设计进行对方案选择的最终确定，研究了霍尔测速方法、显示、电源、单片机等各部分模块的可行性方案。

介绍了系统各模块结构并进行方案的比较、论证和最终的选择。

2.2霍尔测速模块论证与选择

如果把霍尔传感器按预定位置上，当永磁体经过它时，可以从测量电路上测得脉冲信号。

根据对脉冲信号的计数与处理可以测出自行车的速度。

并由此计算出均速、路程等量。

系统另附温度测量的功能。

本系统采用集成霍尔传感器敏感速率信号，具有频率响应快，抗干扰能力强等特点。

下面有两种方案可以进行选择。

方案一：

采用霍尔元件传感器即霍尔片；霍尔片可分为贴片型和直插型。

由于贴片型不常用，因此选择直插型。

霍尔片体积小，安装灵活，可用于测速，且与普通的磁钢片配套使用，价格一般为2.5~5元。

方案二：

采用霍尔传感器；选型号为CHV-25P/10的霍尔传感器。

体积大，价格一般为40~120元之间不等。

从性价比方面综合考虑因此选择方案一。

图1霍尔传感器实用举例电路图

2.3显示模块论证与选择

方案一：

采用8段LED数码管作为显示模块核心。

数码管显示器件相对便宜，但是耗能大、编写程序相对麻烦，工作量大。

方案二：

采用LCD液晶显示器作为显示模块核心。

LCD显示器工作原理简单，编程方便，节能环保。

因此选择方案二。

2.4电源模块论证与选择

方案一：

采用交流220V/50Hz电源转换为直流5V电源作为电源模块。

该方案实施简单，但需持续供电，不能移动。

方案二：

采用干电池串并联达到5V作为电源模块。

该方案实施简单，无需搭建电路，可嵌入码表中，随之移动。

针对该设计要求性价比低。

因此选择方案二。

2.5单片机与测量方法模块论证与选择

选用STC89C52的单片机速度快、功耗低、体积小、资源丰富。

下面有两种转速的测量方法可供选择。

测频法：

利用定时器，定时某一固定时间段，并在此时间段内计算脉冲输入的个数。

周期法：

定时两段输入脉冲的时间。

由于自行车并非高速运转，当速度转动较慢时，测频法接受的脉冲个数过少，若此时处理数据会产生较大的误差。

而周期法的特性决定了无论速度如何，都能有极高的灵敏度。

经过权衡，决定选用周期法测速。

图2STC89C52单片机引脚图

2.6总体设计方案

传感器采用霍尔器件将自行车的转速转化为脉冲信号，处理器采用STC89C52单片机.计数器采用单片机片内汁数器完成对脉冲的计数，显示器采用字符型液晶显示器12864进行显示。

系统原理框图如图所示。

系统工作过程：

测量转速的霍尔传感器与自行车轮胎一侧近距相接，自行车每转二周，用定时器精确测得时间，即可实现对应车轮的转速值。

单片机CPU将数据处理后，通过LCD显示出来。

2.7主要器件概述

主要器件：

12864—LCD、DS18B20温度传感器、STC89C52单片机、霍尔传感器A3144EUA、按键、若干电阻、若干电容、12MHZ晶振、导线、电路板、6V串联电池盒、1.5V电池*4、10K电位器。

3、电路设计

电路设计与程序设计是码表制作的核心环节。

硬件部分包括信号的输入、控制、输出。

软件部分采用C语言，通过模块化程序设计，并结合protues7与keil4联合仿真不断调试，可达好的效果。

图3系统总体设计框图

3.1总体电路设计图

图4（左图详见附件，右图为霍尔元件输入电路模块）

输入：

使用霍尔传感器获得脉冲信号传入单片机。

霍尔元件模块电路如上面右图所示。

由于霍尔元件本身输出电压可达4.5V。

因此只需上拉一500Ω左右的电阻便可达5V。

温度传感器DS18B20作为一单总线输入输出集成元件，接一上拉电阻4.7KΩ（以保持释放总线时为高电平），接入单片机。

微控制器：

STC89C52单片机。

最两33pF与一12MHZ晶振并联构成振荡回路驱动单片机。

由于系统的需要，复位采用按键复位模式。

与按键串联的电阻起限流的作用。

输出：

LCD-12864.图中10K变位器起亮度调节的作用。

本系统LCD采用串口输入。

并由输出的信号进入单片机中。

4、程序设计

4.1设计步骤

1、实现自行车转速的测量显示需要４个步骤：

（1）将速度非电信号转化为电脉冲信号；

（2）单片机对脉冲信号进行计数；

（3）单片机对输入的电信号进行一系列处理；

（4）输出显示到LCD上。

2、实现温度的测量显示需要以下３个步骤：

（1）DS18B20对温度的感应；

（2）单片机对传感器发出指命及进行数据读取；

（3）显示到LCD上。

4.2程序流程图

图5软件流程图

4.3程序中断设计

定时器1

每次中断，标志位Ｔ１_num自增１；此处是为计算两次中断之间的时间而设置的一个变量。

T=（T1_num*65536+TH1*256+TL1）/1000000s

外部中断0

本系统采用周期法测速。

当系统第一次进入外部中断0时。

标志位赋值为1（用以主程序循环中显示部分）。

启动单片机片内定时器。

当系统第二次进入外部中断0时，停止定时器计时。

并处理数据。

speed=1000000/（（T1_num*65536.0+TH1*256.0+TL1））;

speed1=speed*R*3.14*2/100

road=2*3.14*R*countroad;

（每次进入外部中断0，路程计数量countroad自增1，以达到准确计算路程的数值。

）

平均速度计算是通过自己的数值与下一次的数值取算术平均值的方式不断更新。

五、测试方法与测试结果

测试过程主要是通过软件形式完成的（附件中有真实场景）。

软件调试方便，快捷，对于硬件系统并不复杂的系软，软件仿真完成了，硬件也就不成问题了。

测试仪器：

protues7.0与keil4。

测试方法：

利用keil4编译程序，生成hex文件，导入protues中，进行仿真。

Keil4本身也具有模拟仿真的功能。

可进行单步执行以及设置断点等方法，观察变量的变化，以达到程序的完好性。

相应图片均在附件中。

测试结果：

见附件。

由于软件中并没有同等型号的硬件。

为了达到仿真的目的，对程序做了小的改变。

6、参考资料

[1]孟立凡，蓝金辉.传感器原理与应用[M].北京：

电子工业出版社，2007.8

[2]谭浩强.C程序设计（第三版）[M].北京：

清华大学出版社，2005.7

[3]王建校.51系列单片机及C51程序设计[M].北京:

科学出版社,2002.5

[4]张毅刚,彭喜元.新编MCS-51单片机应用设计（第一版）[M]哈尔滨：

哈尔滨工业大学出版社,2003.25～27,411～417

[5]何希才,新型实用电子电路400例[M].北京：

电子工业出版社,2000,60～65

[6]丁镇生.传感器及传感技术应用[M].北京:

电子工业出版社,2000.

[7]李科杰.新编传感器技术手册[M].北京:

:

国防工业出版社,2002.

七、附录

附录清单：

（1）总体电路图

（2）各部分模块电路图（局部）

（3）测试结果