基于单片机自行车测速系统设计(毕业论文).doc

基于单片机自行车测速系统设计
摘要
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Keyword:Mileage / speed; Hall element; Single chip puter; LED
引言
自行车被发明及使用到现在已有两百多年的历史,这两百年间人类在不断的尝试与研发过程中,将玩具式的木马车转换到今日各式新颖休闲运动自行车,自行车发展的目的也从最早的交通代步的工具转换成休闲娱乐运动的用途。
随着居民生活水平的不断提高,自行车不再仅仅是普通的运输、代步的工具,而是成为人们娱乐、休闲、锻炼的首选。因此,人们希望自行车的功用更强大,能给人们带来更多的方便。自行车里程速度表作为自行车的一大辅助工具也正是随着这个要求而迅速发展的,其功能也逐渐从单一的里程显示发展到速度、时间显示,甚至有的还具有测量骑车人的心跳、显示骑车人热量消耗等功能。本设计采用了MCS-51系列单片机设计一种体积小、操作简单的便携式自行车的速度里程表,它能自动地显示当前自行车行走的距离及运行的速度。
系统总方案论证与分析
课题主要任务及内容
本课题主要任务是利用霍尔元件、单片机等部件设计一个可用LED数码管实时显示里程和速度的自行车的速度里程表。本文主要介绍了自行车的速度里程表的设计思想、电路原理、方案论证以及元件的选择等内容,整体上分为硬件部分设计和软件部分设计。
本文首先扼要对该课题的任务进行方案论证,包括硬件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。
具体的硬件电路包括AT89C52单片机的外围电路以及LED显示电路等。
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。
任务分析与实现
本设计的任务是:以通用MCS-51单片机为处理核心,用传感器将车轮的转数转换为电脉冲,进行处理后送入单片机。里程及速度的测量,是经过MCS-51的定时/计数器测出总的脉冲数和每转一圈的时间,再经过单片机的计算得出,其结果通过LED显示器显示出来。
本系统总体思路如下:假定轮圈的周长为L,在轮圈上安装m个永久磁铁,则测得的里程值最大误差为L/m。经综合分析,本设计中取m=1。当轮子每转一圈,通过开关型霍尔元件传感器采集到一个脉冲信号,,传感器每获取一个脉冲信号即对系统提供一次计数中断。每次中断代表车轮转动一圈,中断数n轮圈的周长为L的乘积为里程值。计数器T1计算每转一圈所用的时间t,就可以计算出即时速度v。当里程键按下时,里程指示灯亮,LED切换显示当前里程,与当速度键按下时,速度指示灯亮,LED切换显示当前速度。
要求达到的各项指标及实现方法如下:
1. 利用霍尔传感器产生里程数的脉冲信号。
2. 对脉冲信号进行计数。
实现:利用单片机自带的计数器T1对霍尔传感器脉冲信号进行计数。
3. 对数据进行处理,要求用LED显示里程总数和即时速度。
实现:利用软件编程,对数据进行处理得到需要的数值。
最终实现目标:自行车的速度里程表具有里程、速度测试与显示功能,采用单片机作控制,显示电路可显示里程及速度。
硬件方案设计
测速,首先要解决是采样的问题。使用单片机进行测速,可以使用简单的脉冲计数法。只要转轴每旋转一周,产生一个或固定的多个脉冲,将脉冲送入单片机中进行计算,即可获得转速的信息。常用的测速元件有霍尔传感器、光电传感器和光电编码器。里程测量传感器的选择也有以下几种方案:使用光敏电阻对里程进行测量、利用编码器对车轮的圈数进行测量、利用霍尔传感器对里程进行测量、利用干簧管型传感器测量里程。
光敏电阻对光特别敏感,当白天行驶时,外界光源将导致光敏电阻发出错误信号;光敏电阻对环境的要求相当高,如果光敏或发光二极管被泥沙或灰尘所覆盖,光敏电阻就不能再进行准确测量;而编码器必须安装在车轴上,安装较为复杂;霍尔元件或干簧管不但不受天气的影响,即使被泥沙或灰尘覆盖也不会有影响,而且安装方便。所以本设计采用霍尔元件对里程与速度进行测量,既简单易行,又经济适用。
使用霍尔传感器获得脉冲信号,其机械结构也可以做得较为简单,只要在转轴的齿***上粘上一粒磁钢,霍尔元件固定在前叉上,当车子转动时霍尔元件靠近磁钢,就有信号输出,转轴旋转时,就会不断地产生脉冲信号输出。如果在齿***上粘上多粒磁钢,可以实现旋转一周,获得多个脉冲输出。在粘磁钢时要注意,霍尔传感器对磁场方向敏感,粘之前可以先手动接近一下传感器,如果没有信号输