电动自行车性能无线检测装置的设计毕业论文第三稿.docx
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电动自行车性能无线检测装置的设计毕业论文第三稿
本科毕业设计
电动自行车性能无线检测装置的设计
系别：
物电学院
专业：
通信工程
学号：
2014年4月27日
毕业论文（设计）原创性声明
本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。
对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。
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日期：
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本论文（设计）作者完全了解**学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论文（设计）的电子版和纸质版。
有权将论文（设计）用于非赢利目的的少量复制并允许论文（设计）进入学校图书馆被查阅。
学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容。
保密的论文（设计）在解密后适用本规定。
作者签名：
指导教师签名：
日期：
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注意事项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
2）原创性声明
3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
5）目次页（附件不统一编入）
6）论文主体部分：
引言（或绪论）、正文、结论
7）参考文献
8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：
理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：
任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
3）其它
目录
摘要与关键字II
0引言1
1概述1
1.1电动车性能的检测方法1
1.2该选题的目的和作用1
1.3主要的研究内容1
2总的设计思路2
2.1两种方案的设计2
2.2最终采用的方案3
2.3系统的工作原理3
3系统的硬件设计4
3.1PIC单片机4
3.1.1单片机的简介4
3.1.2PIC16F877的介绍4
3.1.3PIC单片机的应用4
3.2系统硬件的组成4
3.3.1电流采集电路5
3.3.2电压采集电路5
3.3.3无线接收发射模块5
3.4后向通道设计5
3.4.1MAX7219的介绍5
3.4.2MAX7219的数据接收5
3.4.3MAX7219与PIC16F877的接口电路6
3.4.4七段数码管的介绍6
4系统软件设计7
4.1.1软件设计简述7
4.1.2软件设计的原则7
4.2主程序模块7
4.3初始化子程序的设计8
4.4数码显示子程序8
4.6电压电流采样值处理子程序10
5结语10
参考文献11
致谢11
电动自行车性能无线检测装置的设计
摘要
随着大气污染的不断加剧，绿色环保、使用方便的电动自行车（以后简称“电动车”）受到了更多人的喜爱。
在使用过程中，我们更关心的是电动车电池的使用时间长短和每次充电后的行驶路程方面的性能指标。
电动车在出厂销售之前，常常要进行多项安全和性能地检测和记录，本课题设计一种无线遥控装置，用于检测电动车的欠压值、空载电流、堵转电流。
其核心元器件是PIC16F877单片机系统，并通过手持袖珍遥控器来控制它们的读取。
在不拆散电动车的情况下，质检员通过这种方式，可以迅速方便地读取数据，相对于手工检测，大大提高了效率。
关键字
电动自行车;PIC16F877单片机；检测；
TheDesignOfElectricBicyclePerformanceWielessDetectionDevice
Abstract
Withthecomingofmoreandmoreairpollections,peoplelikeelectricbicyclebetterforitsridingsavingandnotexhaustingpollection.Intheprocessofusing，peoplepaymoreisthelifeofthebatteryandmotordriveawaythetimeafterthechargeoftargets.Thereareoftenneedmoresecurityandperformancetestingandrecordbeforethebicycleleavesthefactory,oneoftheindexsistestingelectricbicycleowepressurevalue,idlecurrentandstallthesizeofthecurrent..ThedeviceisbasedonPIC16F877,equipedwithremotecontrolwhicecancontolthereadingofthethreeparameters.Inthedisintegrationoftheproduct,qualitativecanchecktheparametersquickly,whiceimportstheefficiencybadlycompardwiththemeasuringbyhand.
KeyWords
electricbicycle;PIC16F877;detection
0引言
现代社会充斥着各种各样的交通工具，大气污染不断加重，骑行省力、噪音低且无废气排放等优点的电动车越来越受到喜爱。
它是在普通自行车的基础上，又安装了电机、控制器、电池、转把闸等操纵部件和显示仪表的便捷的交通工具。
电动自行车是新兴的环保交通工具，已成为为国内外新兴的产业。
它不断的发展壮大，将会带动电机、蓄电池、仪器仪表、电子集成、机械模具等多个行业的快速发展，起到了领跑多个行业的作用，所以，研究电动车具有很好的发展前景。
在电动车不断的产生和发展过程中，人们更加重视它的性价比。
因此，电动车性能检测成为了重点。
在国内测量手段上，手工检测仍然被大部分人采用，用电压表、电流表等进行实体操作检测，效率很低。
现在，我们将设计一套无线检测装置，该装置是基于PIC16f877单片机系统，兼有手持袖珍遥控器分别对欠压值、空载电流、堵转电流进行测量，灵活方便，大大提高了检测效率，成了电动车检测技术的里程碑[1]。
1概述
1.1电动车性能的检测方法
随着全球节能减排的倡导，作为一种骑行工具—电动自行车，越来越受到了人们的青睐。
因此，在出厂前对电动车的性能检测成为了重点。
电动自行车是新兴的环保交通工具，已成为为国内外新兴的产业。
在国内，杭州中关信息科技有限公司等多个单位联合研制出了电动车性能检测的综合系统，可以实现电动车行驶阻力的分析，并实现了测试平台的路面模拟。
在国外，如日本的JISD9201：
2001标准、英国的BS6102-1992标准等都介绍了电动车制动系统的检测[2,3]。
近来，各厂家以及技术监督部门都在不断的研究电动自行车的质量检测方法。
武二永等专家提出了一种电动自行的车整车性能检测系统，完成了传感器对转速、转矩、电参数的检测，并结合TI公司的TMS320LF2407DSP芯片构建了一个实时分布式的测控系统,实现对电动车各项功能的检测。
目前，在电动车检测系统中用到了PIC16F877芯片，它包含Flashprogram程序的内存功能，可以多次烧录程序，比较适合教学、开发新产品等，其内建了ICE功能，可以让使用者直接方便地在单片机产品上，进行如暂停微处理器的执行、观看缓存器的内容、快速除错与开发等等的操作，具有比较好的发展前景[4]。
1.2该选题的目的和作用
当骑行作为一种趋势的当今社会，它节能环保，使用方便，实惠耐用，在短途旅行中，是不二的选择，电动自行车作为新兴的环保交通工具，已成为为国内外新兴的产业。
电动车逐渐进入了人们的视线，它不仅绿色环保，还很方便适合短途出行。
电动车是以蓄电池、锂电池等电能当作其能源，实现了人力骑行、电动或电助动功能的一种特种自行车。
它是在普通自行车的基础上，安装了电机、控制器、电池等操纵部件和显示仪表系统的个人交通工具，比步行更快速，比公交、轿车来的更环保，因此，对于电动车的研究受到重视。
电动车出厂时要进行性能的检测，其中，空载电流指的是电机不带任何负载时的电流，堵转电流指的是电机刚刚启动时的电流或者说是通电后电机不转动了时的电流，欠压值指的是能够维持电动车行驶的最小电压值。
如今，使用更多的仍然是手工测量，使用起来很不方便，为此，该课题中设计一套无线检测测装置，兼有手持袖珍遥控器，能快速的对欠压值、空载电流、堵转电流进行测量和记录，提高了检测效率，为自行车的进一步研究有很大的意义，因此，该课题具有很大的实用意义。
1.3主要的研究内容
1.要求完成对控制器外围芯片的配置、资源分配以及信号采集电路的设计。
2.完成通讯、电源等接口的设计。
3.设计并绘制出电路的sch图。
2总的设计思路
2.1两种方案的设计
经过查阅资料，可知有两种方案比较适合完成电动车性能的检测，现分别介绍如下：
方案一：
它是以设计电动车整车的性能检测平台为目的，该系统采用了计算机辅助测试设备,并且需要机械的传动、测量和计算机控制技术的互相结合。
方案原理框图如图2.1所示:
图2.1方案原理框图
该方案设计的重点是以用整车性能检测平台来代替实际路面状况，实现电动车性能的检测与记录。
由图可看出，通过计算机控制参数的检测，并利用传感器传入计算机进行处理。
由于在实际路况中，电动车的电压、电流不可避免的与地面摩擦、速度的变化、载重的变化等等有关系，所以很难简单地用模拟的检测平台来代替，因而该模拟平台的设计非常复杂，不太可行。
方案二：
该方案主要是设计电动自行车性能检测为目的，使系统专更加用性，采用了单片机控制，方案框图如图2.2所示：
该方案的专用性强，思路比较清晰，通过电流传感器来采集电流、电压信号，经过信号调理电路放大调理电压、电流值，模数转换后经单片机处理显示读取。
该系统简单并易于实现。
图2.2采用单片机控制的方案框图
2.2最终采用的方案
根据实际应用的需要和本装置的设计要求，最终的方案定位第二种，因为它的设计方便成本也不高，它的传输速度480Mb/s，即传输速度比较高，该设计中还用到了单片机，它功能多，性价比高，数据处理能力也比较强。
2.3系统的工作原理
本方案的内容是通过手持袖珍遥控器来来控制电动车欠压值、空载电流、堵转电流的读取，并在显示器上显示出来。
具体内容是：
通过电流传感器采集电压、电流的值，并通过电压电流调理电路对信号调整放大，然后送到单片机系统进行处理采集，并在数码管上显示。
该系统的工作原理如下图2.3所示：
图2.3系统工作原理框图
简要介绍以上器件：
1.电流传感器：
该电流传感器采用的型号为KT100A/P的元器件，根据霍尔效应对交直流进行检测。
2.信号调理电路：
由于电流传感器采集到的是微弱的电压信号，该小信号不能直接被单片机系统所使用，所以需对采集到的信号进行放大调理，因此要用到电压调理电路、电流调理电路。
3.无线接收和发射模块：
无线接收和发射模块的内部有编码芯片，但不能重复的编码，只有当编解码一致时，才能完成信号的发射和接受，因此具有了保密性能好，抗干扰性能强以及灵敏度高等特点。
4.显示模块：
该显示模块是有四个七段数码管组成，主要完成数据的显示。
3系统的硬件设计
3.1PIC单片机
3.1.1单片机的简介
单片机又叫做单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集中到一个小芯片上，相当于了一个微型计算机，和计算机相比，它只是缺少了I/O设备。
也就是说：
一块芯片就成为了一台小型的计算机。
它具有很多的优势，比如：
体积较小、价格较便宜、质量轻等等。
同时，学习使用单片机也可以学习计算机原理与结构打下了很好的基础。
单片机是有运算器、控制器、存储器、输入输出设备构成的。
单片机具有广泛的应用，比如智能仪表、实时工控、导航系统、家用电器等等。
不管是何种产品，只要用到了单片机，就能够使产品的功能效率提升很多，就是大家常说的“智能型”，比如智能型洗衣机等。
3.1.2PIC16F877的介绍
PIC16F877是PIC16F87X中的一种，PIC16F87X是1998年的年底微芯（Microchip）公司新推出的产品，采用了哈佛总线的结构，除地址分支指令外，其余全都是单周期指令。
PIC16F877DE寻址方式很简单，有直接/间接/相对共三种寻址方式。
高性能精简指令集（RISC），仅35条指令。
运行速度快、功耗低、驱动能力强，具备USART模块和MSSP模块，目前还没有其他的办法对其直接进行解密拷贝。
它的一大特征是片内带有64、128或256字节EEPROM的数据存储器，另外，其程序存储器是Flash型存储器，可以实现在电路板上直接的擦/写程序[5-7]。
3.1.3PIC单片机的应用
随着微型计算机的不断发展，越来越多的人吧目光集中到单片机上，它的使用价值急剧上升，在大学里，《微机原理》这门课被当作专业课中的重点，在我所知道的，它有如下这些实例：
在工控仪表铁路等的控制领域，使用单片机实现LCD的液晶显示；在证劵交易、车站码头等一些宣传广告中，利用它彩色点阵样式的LED显示；在公共场所广泛使用的语音控制装置；在公交金融等场合实用的IC卡；在仪表工控等等一些实时监控中用到的DS12887时钟监控等等好多实例都证实单片机的强大用途[8]。
3.2系统硬件的组成
在满足设计要求的情况下，将该系统的硬件设计分为两部分：
前向通道设计和后向通道设计，其中，前向通道设计包括电压采集模块、电流采集模块和无线接收发射模块，后向通道设计包括数码管接口和LED接口，在数码管接口中将用到MAX7219驱动芯片。
利用在模拟电路中学到的知识可以快速的设计出与非门，通过各自相对对应的引脚进行连接，得到的其硬件组成如图3.1所示：
图3.1系统硬件组成框图
3.3前向通道设计
3.3.1电流采集电路
该电流传感器采用的是KT100A/P型号，该传感器是由北京科海电子技术有限公司生产的，其额定电流值为100A，有如下的性质：
采用磁平衡式、磁补偿；该测量中，被测电流的有效值是100A，输出电流100mA，并且输出电流与被测电流是呈线性的，且该误差＜=0.1%，满足该装置的设计要求。
该电流传感器采用的是磁补偿式电流传感器，其工作原理是：
当主回路有一个电流Ip通过时，它产生的磁场被将会被聚磁环聚集并且感应到霍尔器件上，输出的信号可以用来驱动功率管并使其导通，这样一来就获得了一个补偿电流Is，这个电流再通过多匝绕组的方式来产生磁场，该磁场方向与原磁场正好相反，因此起到了一个补偿作用，此时霍尔器件的输出就会减小，直到和Ip与匝数所产生的磁场相同时，Is不再变化，霍尔器件指示为零。
一旦磁场失去平衡，霍尔器件就会有信号输出的变化，此时重复以上过程，将重新达到平衡，所以这是一个动态平衡。
3.3.2电压采集电路
该课题要求电压的检测范围是0-50V，我们用到电阻分压的方式来测量。
3.3.3无线接收发射模块
该无线接收接受发射模块使用的YCR200型，它是深圳市运筹实业有限公司生产的遥控模块，发射距离＞200m，需要9V的电压来供电，接收模块工作电源是5V，输出电流为5mA，它的满足该装置设计的要求。
接收模块的A、B、C、D端口与发射模块的A、B、C、D端口是一一对应的，它的输出都是高电平当然还有锁存功能。
VT属于解码信号的输出，一般情况下是成低电平，当解码有效时，低电平就将变成高电平，就在这时的输出电压，幅值变为4V，输出得电流值约为4mA，它是一种非锁存输出。
3.4后向通道设计
3.4.1MAX7219的介绍
MAX7219，它是共阴极的数码管显示驱动芯片，是美国MAXIM公司研究生产。
MAX7219可以完成对8位七段数码管或者64个独立的LED的驱动。
用它的3线串行接口来传输数据，可方便的与单片机相连，并完成该装置的设计要求。
在芯片内，BCD的译码器、控制电路、驱动器和静态RAM，用来显示数码管需要显示的数据。
用一个电阻接在MAC7219的外部，用来设置LED显示器字段电流。
可以采用BCD译码方式显示同样也可以选择不译码方式来显示，LED数码显示可以用MAX7219来完成，具有多重优点，比如：
CPU的I/O接口更加节省、芯片功能更好用、更简单的进行编程等，起作用功不可没，得到大家的非常喜欢。
MAX7219是24引脚的DIP（DualInLine/SO（SmallOutline）封装。
在引脚图中，包括+5V的电源和2个GND的引脚，其中DIG0～DIG7引脚是8位数字的驱动线，可以从数码管共阴极吸收电流，它的输出是位选信号，SEGA～SEGGLED的驱动线代表7段的驱动线和SEGDP的驱动线代表小数点，共同协作来来给显示器提供电流，用ISET引脚外接电阻的方法，可以来调整LED的显示亮度；DOUT引脚属于串行数据的输出端口，作用不容忽视，在MAX7219的级联扩展发挥着具足轻重的作用。
3.4.2MAX7219的数据接收
MAX7219能够接收数据和命令格式为16的数据。
其中前8位用来选择7219内部寄存器地址，后8位是指令或数据的内容，高位（MSB）在前，低位（LSB）在后。
MAX7129工作时，MAX7219能够接收数据和命令格式为16的数据其中，D15~D12与操作无关的，它们可以随意写入，无伤大雅，但内部寄存器地址是有D11~D8决定的，待显示数据或初始化控制字有D7~D0来实现。
在寄存器内写入，读取相应寄存器内的数据都需要他来完，所以我们更好的了解了MAX7129控制字，数据以串行的方式依次进入内部寄存器，然后一个上升沿到来后，数据将锁存到内部寄存器中。
我们可以想到的是最高位D16先接收，D0最后接受的。
刚才有提到，数据接收采用串行移位接收的方法，即二进制数是逐位逐位的发送到DIN端，一位数据进入MAX7219的内移位寄存器，每当CLK上升沿到来时，在引脚信号上升沿，移入完毕后的16位数据，将对应的装入MAX7219相应位置，从而可以生动的显示数据。
在片内，位寄存器对应显示LED具体内容，LED工作方式有控制寄存器决定。
控制寄存器有很多种工作方式，这里不一一列出了。
3.4.3MAX7219与PIC16F877的接口电路
在MAX7219驱动的七段数码管的接口电路中，CLK,LOAD,DIN是分别接到单片机RC3，RC4，RC5对应位置上。
在条件比较恶劣的背景下，干扰可能会通过3根信号线串入到显示电路，造成数码管的显示不稳定。
因此，我们在3根信号线上对地分别接入一个22pF的陶瓷电容，以消除周围环境干扰引入的尖脉冲。
为减小尖峰位驱动电流导致的电源波动，在V+和GND之间需接一个0.1uF的瓷片电容和一个10uF的电解电容。
此外还需要注意对于MAX7219来说，连接到V+和ISET端的电阻可以对数码管的亮度进行调节，但不得小于9.53千欧，本设计采用的是10千欧。
该硬件电路的原理图如图3.2所示：
图3.2硬件系统的sch图
3.4.4七段数码管的介绍
数码管可分为七段数码管以及八段数码管，它俩的区别在八段数码管比七段数码管多了一个发光二极管的单元而已。
其基本的核心单元是发光二极管。
二极管价格很便宜但其价值却很大，其发光原理是对不同的管脚输入相应的电流，使其发亮并显示相应的数字。
它的应用及其广泛尤其是在电器这方面，如显示屏、空调、冰箱，热水器等。
在本实验，利用它来显示空载电流、堵转电流以及欠压值的大小。
4系统软件设计
4.1软件设计
4.1.1软件设计简述
主程序完成了软硬件的初始化，可以判断按键的状态并完成相应子程序的调用。
子程序中主要实现码制的转换、数据的采集、数码管显示等。
相应的子程序包括数码管的显示子程序、初始化子程序、电流值采样结果处理程序A/D转换子程序、电压值采样结果处理程序、一些四则运算程序等。
在设计中模块都是相互独立的，因此可以更好的调用。
4.1.2软件设计的原则
软件设计在需求分析、硬件系统以及使系统实现中起到了很重要的作用，因此，对于软件设计的原则我们应该要注意，即可靠性；健壮性即合理判断并处理规范要求以外的程序；可修改性；容易被理解；程序很简便；可测试性；效率性；先进性；可扩展性即软件设计完之后有对其升级的空间。
掌握这些原则之后，可以为我们设计便捷效率高的软件做好了准备。
4.2主程序模块
在设计的面板中，电源旋钮是电源输入端；负载接电动自行车；采集的电压/电流值用4个七段数码管来显示；所测量的电流电压值电用点流、压校正旋钮进行精密矫正。
在设计中该遥控器上共有A，B，C三个键，分别为复位键（KA）、选择键（KB）和采集键（KC）。
系统软件设计的主程序流程图如图4.1所示。
图4.1系统软件设计的主程序流程图
该流程图的含义如下：
（1）打开电源，LED1被点亮。
（2）按下KA，LED2点亮，可以采样了。
（3）按下KB，可以选择要采集的参数，此时对应LED3/4/5点亮，循环按下KB，可以进行循环选择。
4）按下KC，采集参数，此时对应的LED6/7/8被点亮，当采集完毕后，由数码管显示，然后返回步骤（3），循环采集，即完成了所有量的采集。
4.3初始化子程序的设计
初始化程序是很重要的初始步骤，I/O端口初始化、寄存器初始化、串口和MAX7219的初始化等，对于实现的代码我们不予简要介绍。
其流程图如图4.2所示：
图4.2初始化子程序流程图
4.4数码显示子程序
数码管显示子程序完成PIC16F877和MAX7219之间的通信，数码显示子程序流程图如图4.3所示：
图4.3数码显示子程序流程图
4.5A/D转换子程序
在软件设计中，分别对电压通道和电流通道进行设计，增加各自的独立性，掉用起来肯定会更加方便的，其中下面的为对电流A/D转换设计的程序，如图4.4所示：
在实现代码为：
***************************电流A/D转换的子程序***************************
MOVWFADCON0;选择A/D时钟，选择采样通道1，
NOP;采样允许位延时，留出足够采样时间
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
NOP
ADI_STARTBSFADCON0,GO;开始A/D转换
BTFSCADC
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