基于51单片机的自行车测速系统设计.doc

1、基于51单片机的自行车测速系统设计摘要：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，为了满足人们对自行车更强大功能的要求，给人们带来更多的方便，设计一种体积小、操作简单的便携式自行车里程速度器，它能自动地显示当前自行车行走的距离及运行的速度。本论文主要阐述一种基于霍尔元件的自行车里程速度器的设计。以 AT89C52 单片机为核心，A44E 霍尔传感器测转数，实现对自行车里程/速度的测量统计，采用 24C02 实现在系统掉电的时候保存里程信息，并能将自行车的里程数及速度用LED实时显示。关键词：里程/速度，霍尔元件,AT89C52

2、单片机，LED显示Bicycle speed system design based on 51 single chip microcomputer Abstract: With the continuous improvement of living standards, the bicycle is not only the common transport, transport tool, but become entertainment, leisure, exercise of choice. Therefore, in order to satisfy the people to

3、the bicycle more powerful, brings more convenience to people, the portable bicycle mileage speed sensor design of a small volume, simple operation, it can automatically display the distance and the bicycle running speed. This paper mainly expounds a kind of design speed bicycle mileage is based on H

4、olzer element. AT89C52 microcontroller as the core, measuring speed A44E Holzer sensor, measuring the speed of the bicycle mileage / statistics, using 24C02 to realize saving mileage information when the power is off, and the bicycle mileage and speed with the LED real time display.Keywords: mileage

5、 / speed, Holzer element, AT89C52 microcontroller, LED目 录1前言11.1课题产生的背景12总体方案设计32.1任务分析与实现32.2 硬件方案设计42.2.1里程/速度测量传感器的设计42.2.2方案的确定52.3软件方案设计63系统硬件设计73.1概述73.2传感器及其测量系统73.2.1霍尔传感器的测量原理83.2.2集成开关型霍尔传感器83.3单片机的选型103.3.1单片机概述103.3.2单片机中断系统103.3.3单片机定时/计数功能113.4其他器件的选型123.4.1存储器123.4.2 74LS74芯片133.4.3 7

6、4LS244芯片的介绍143.5电路设计143.5.1时钟电路设计143.5.2 复位电路的设计153.5.3 显示电路的设计163.5.4 报警电路的设计184系统软件设计194.1总体程序设计194.2中断子程序的设计214.3数据处理子程序的设计224.3.1里程计算子程序224.3.2速度计算子程序234.4显示子程序设计245系统调试与分析265.1 系统调试265.1.1 调试系统简介265.1.2 系统仿真265.2 调试故障及原因分析27总 结29参考文献30致 谢32附录1 电路原理图33附录2 程序清单34I1前言单片机自20世纪70年代问世以来，作为微计算机一个很重要的分

7、支，应用广泛，发展迅速，已对人类社会产生了巨大的影响。目前，单片机的应用已经渗透到国民经济与人们生活中的各个领域。各类导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的手机充电器电话电风扇录像机摄像机全自动化洗衣机的控制，以及遥控玩具电子宠物等等，这些都离不开单片机。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

8、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里程速度器，它能自动地显示当前自行车行走的距离及运行的速度。1.1课题产生的背景 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。1791年，法国人西弗拉克发明了最原始的自行车。它只有两个轮子而没有传动装置，人骑在上面，需用两脚蹬地驱车向前滚动。1801年，俄国人阿尔塔马诺夫设计出世界上第一辆用踏板踩动

9、的自行车。1817年德国人德雷斯在自行车上装了方向舵，使其能改变行使方向。1839年，苏格兰人麦克米伦制造出木制车轮，装实心橡胶轮胎、前轮小、后轮大、坐垫较低、装有脚踏板和曲柄连杆装置，骑者可以双脚离开地面的自行车。同年，麦克米伦又将木制自行车改为铁制自行车。1867年，英国人麦迪逊设计出第一辆装有钢丝辐条的自行车。1869年德国斯图加特出现了由后轮导向和驱动的自行车，同时车上采用了滚动轴承、飞轮、脚刹、弹簧等部件。1886年英国人詹姆斯把自行车前后轮改为大小相同，并增加了链条，使其车型与现代自行车基本相同。1887年，德国曼内斯公司将无缝钢管首先用于自行车生产。1888年英国人邓洛普用橡胶制

10、造出内胎，用皮革制造出外胎，以次作为自行车的充气轮胎。从此，基本奠定了现代自行车的雏形。时至今日，自行车已成为全世界人们使用最多，最简单，最实用的交通工具。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里程速度器，它能自动地显示当前

11、自行车行走的距离及运行的速度。 单片微型计算机自1976年问世以来发展非常迅速，现在已成为微型计算机一个很重要的分支，在现实生活中应用越来越广泛，已经对人类产生了巨大的影响，尤其是美国Intel公司的MCS51系列单片机，由于其集成度高、处理功能强、性能价格比高、可靠性高、系统结构简单，可以灵活的与其他芯片组成众多的测量电路用于速度、温度、深度、高度、湿度、光强等方面的测量和研究等特点，在我国现代化生活、生产中已经得到了广泛的应用，如在工业检测控制、仪器仪表、电子工业、机电一体化等众多领域取得了令人瞩目的成果。本设计利用MCS51系列单片机扩展方便、可靠性能高、处理功能强、速度高等特点，实现对

12、自行车里程和速度的测量1。2总体方案设计2.1任务分析与实现设计的任务是：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的，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，并从引脚P3.2口中断0端输入，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

13、，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，若自行车超速，系统发出报警信号，指示灯闪烁。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：自行车里程速度器具有里程、速度测试与显示功能，采用单片

14、机作控制，可根据车圈的不同设置常用的四种尺寸，显示电路可显示里程及速度。整个设计过程包括硬件电路的搭建，软件的编程，系统的调试，调试通过后，固化程序，脱离开发系统运行。2.2 硬件方案设计2.2.1里程/速度测量传感器的设计（1）速度传感器的选用测速是工农业生产中经常遇到的问题，学会使用单片机技术设计测速仪表具有很重要的意义。要测速，首先要解决是采样的问题。在使用模拟技术制作测速表时，常用测速发电机的方法，即将测速发电机的转轴与待测轴相连，测速发电机的电压高低反映了转速的高低。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

15、，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2。 霍尔传感器霍尔传感器是对磁敏感的传感元件，常用于信号采集的有A44E、CS3020、CS3040等，这类传感器是一个3端器件，外形与三极管相似，只要接上电源、地，即可工作，通常是集电极开路（OC门）输出，工作电压范围宽，使用非常方便。A44E的外形如图2.1所示。1-Vcc 2-GND 3-OUT图2.1 A44E外形图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，只要在转轴的齿轮盘上粘上一粒磁钢，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。如果在齿轮盘上粘上多粒磁钢，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，如果没有信号输出，可以换一个方向再试。这种传感器不怕灰尘、油污，在工业现场应用广泛。 光电传感器光电传感器是应用非常广泛的一种器件，有各种各样的形式，如透射式、反射式等，基本的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。以红外光电传感器为例，当有物体挡在红外光电发光二极管和高灵敏度的光电晶体管之间时，传感器将会输出一个低电平，而当没有物体挡在