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1048.基于51单片机的电子式里程表设计.doc
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摘 要
里程表广泛应用于各类机车,传统的机械式里程表虽然稳定可靠,但功能单一、易
受磨损。随着电子技术的迅猛发展,电子式里程表得以广泛应用,现在很多轿车仪表已
经使用电子车速里程表,本设计介绍一种基于单片机的智能电子里程表。该电子式里程
表是一种数字式仪表,主要由车速表和里程表两部分组成,其传感器采用无接触测量的
光电传感器。它不仅可显示车辆行驶的总里程,也可显示一段时间的阶段里程,还可显
示车速,以及实现超速报警等功能,并具有较强的再开发能力。它的实现方式是,通过
安装在汽车转轴上的测量盘,用光电式转速传感器检测转速的脉冲信息,在脉冲状态下,
将转速的变化转换成光通量的变化,再通过光电转换元件将光通量的变化转换成电量的
变化,接着通过频率测量电路将脉冲信号输入到单片机中,然后依据电量与转速的函数
关系实现转速测量,再通过计算,从而得出里程、车速的信息,并由 LED 显示器显示出
来。并且该电子式里程表累积的里程数字存储在非易失性的 EEPROM 存储器内,在无电
状态下数据也能保存。
关键词:AT89S51单片机;里程表;光电传感器;LED显示器;存储器
Abstract
Vehicle odometer is applied in each kind of motorcycle extensively, although the
traditional machine type odometer stable and credible, but the function of it is single and be
easily worn away. Along with the technical fast fiercely develop in electronics, the electronic
vehicle can be applied extensively. Recently, a lot of car appearances have already used the
electronic vehicle odometer, this graduation thesis introduce a kind of intelligence electronic
vehicle odometer, which is based on a Single-Chip Microcomputer system. The electronics'
type vehicle odometer is a kind of numerical type appearance, which mainly constitute with
two parts, that is vehicle speed meter and odometer, it adopts the light sensor that the sensor
has no contact measure. It not only can show the total mileage that vehicle drive, but also can
show the stage mileage of a period of time. Moreover, It’s can show the car speed, and the
realization exceed the speed limit to report and so on. It also has the ability of strongerly
develop again. The way of this vehicle odometer carry out is as follows: through the installed
measure plate in the automobile shaft, use the light sensor to measure the rotational speed
information. Under the pulse appearance, it make the variety rotational speed change to the
variety of the light flux, after that the variety of the light flux convert to electricity quantity.
Then through the light electricity convert component, we can make the pulse signal input to
the Single-Chip Microcomputer by the frequency measure circuit. Then in terms of the
function relationship of electricity quantity and rotational speed, we can realize the measure
of rotational speed, after calculate by the Single-Chip Microcompute, we can obtain the
information of mileage and vehicle speed. Moreover, This mileage and vehicle speed
information can be displayed by the LED monitor. And the mileage numeral of the
electronics' vehicle odometer accumulation is saving in EEPROM,which is not easily lost,
the data also can keep under the no electric appearance.
Keyword:AT89S51 Single-Chip Microcomputer;Odometer;Light sensor;LED ;Memory
目 录
引 言 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 1
1 总体 设 计 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 2
2 系 统 设 计 可 行 性 分 析 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 2
2.1 总体设计分析……………………………………………………………………2
2.2 硬件模块…………………………………………………………………………3
2.3 软件模块…………………………………………………………………………6
3 硬件单元电路设计……………………………………………………………………7
3.1 传感器的设计……………………………………………………………………7
3.2 单片机与光电传感器的接口设计………………………………………………11
3.3 单片机与外部存储器的接口设计………………………………………………13
3.4 单片机与超速报警电路的接口设计……………………………………………13
3.5 单片机与键盘和7段显示器的接口设计……………………………………… 13
4 软件设计… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 1 4
4.1 脉冲测量部分……………………………………………………………………16
4.2 键盘输入部分……………………………………………………………………17
4.3 数据处理部分……………………………………………………………………18
4.4 存储器部分………………………………………………………………………21
4.5 超速报警部分……………………………………………………………………24
4.6 显示部分…………………………………………………………………………25
5 系统调试… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 2 7
5.1 硬件单元电路调试………………………………………………………………27
5.2 软件程序调试……………………………………………………………………29
5.3 整体调试…………………………………………………………………………32
6 系统使用说明……………………………………………………………………32
7 系统功能的扩展……………………………………………………………………33
8 结论…………………………………………………………………………………33
谢辞 …………………………………………………………………………………35
参考文献…………………………………………………………………………………36
附录…………………………………………………………………………………………37
引言
我国汽车工业走过了五十年的历程,与国际发达国家汽车工业相比,电子技术水平
相对比较落后,提高国产汽车的电子技术水平,增加汽车电子装备的数量,促进汽车电子
化是夺取未来汽车市场的关键,提高我国的汽车电子技术已势在必行。
随着中国的复关,国外汽车零部件厂商也大举进入中国参与竞争。电子式仪表及新
型传感器是各类车型汽车的首选配套产品,通用性好,市场前景广阔。目前国外汽车车
速里程表已广泛采用电子式机芯结构,而国内汽车仪表一直是机械式车速里程表的天下,
少数采用动圈式电子仪表, 通过大量市场调研,我们清楚地看到进入 20 世纪以来汽
车工业迅速发展,而电子产品则是汽车提高技术含量的晴雨表。国外电子产品占整车成
本的 30%,然而我国汽车行业起步较晚,技术十分落后,电子产品仅占整车成本的 5%。
例如国外汽车早已装配电子式仪表,而我国汽车仍在应用传统的机械仪表,可靠性很差。
目前汽车仪表控制电子化是一种发展趋势,由先进的传感器与显示装置构成的电子仪表
已开始全面取代传统的机电式仪表,成为现代汽车的明显标志。
一般汽车的常规仪表有车速里程表、转速表、机油压力表、水温表、燃油表、充电
表等。仪表板中最常用的是车速里程表,目前很多轿车仪表已经使用电子车速表,它通
过变速器上的速度传感器获取信号,通过脉冲频率的变化使指针偏转或者显示数字。
随着汽车电子半导体技术的发展,多功能、高精度、高灵敏度、读数直观的电子数字显
示及图像显示的仪表已不断应用于汽车。汽车仪表的功能已不仅仅是单纯的显示,而是
通过对汽车各部件参数的监测和计算机处理相配套,从而达到控制汽车各种运行工况的
目的。因而电子式里程表的广泛应用将会很大的提高中国的汽车电子技术水平。
本作品正是顺应了汽车电子发展的趋势,利用安装在汽车转轴上的测量盘,由光电
传感器输出采样脉冲,采取单片机控制,用一个六位 LED 数码管和一个四位 LED 数码管
作为显示设备,从而得出里程、车速的信息。在里程信息的存储功能上,采用了新型轿
车中广泛使用的串行 EEPROM 芯片 24C16。当电源正常供电时给电容器充电,电源掉电时,
利用电容器电流将单片机中的数据写入 EEPROM 中。本作品廉价且功能较强,使用方便,
实用价值较高,极容易得到推广。
本作品经过实验,完全能达到设计要求,显示的车速、里程和原车机械里程表的显
示值误差小于 1%,报警值非常准确。由于采用的芯片都是广泛使用的通用芯片,成本
较低,制作元器件和印刷电路板成本不过七八十元,如果批量生产,成本更低。而且该
电子式里程表体积小,功耗低,功能多,稳定可靠,性价比高,在很多领域都能得到广
泛的应用,具有较高的经济价值。
1 总体设计
该电子式里程表以AT89S51单片机为核心,由系统输入、单片机部分和系统输出组
成。其主要模块有报警装置、键盘输入、光电传感器、显示、单片机以及EEPROM存储
器。其系统组成框图如图1.1所示。
图1.1 系统组成框图
单片机控制模块是该作品的重要组成部分。为了提高单片机的使用效率,以及可以
实现在线编程,而采用了 AT89C51 单片机的升级产品 AT89S51 单片机。为保证数据的安
全可靠保存并减少作品的成本,以及使系统的结构简单,在里程信息的存储功能上,没
有采用常用的并行 EEPROM 存储器,而采用了新型轿车中广泛使用的串行 EEPROM 芯片
24C16。当电源正常供电时给电容器充电,电源掉电时,利用电容器电流将单片机中的
数据写入 EEPROM 中。超速报警部分本作品采用了简单的软件设计,由程序产生,铃声
是为了达到提示的目的,因此,选用了一个简单的蜂鸣器,通过软件定时产生的嘀嘀声
作为提示音,并且接一个红色的发光二极管,使报警效果更加理想。在车速里程显示方
面,本作品采用了常用的 6 位共阳极 LED 显示器,通过按键的转换以及对单片机的软件
编程,可在一个 6 位共阳极 LED 显示器中实现系统总里程和单班里程的显示,而车速则
通过另一个 4 位的共阳极 LED 显示器实时显示。而本系统的车速脉冲采样部分,采用了
非接触式的高灵敏度光电传感器,它有利于提高脉冲测量的精度,并提高了系统的可靠
性,应用时将测量盘固定在车辆的转轴上,再通过光电传感器来测量。
2 系统设计可行性分析
2.1 总体设计分析
根据电子式里程表的具体设计要求:
(1)显示车辆行驶的总里程,用 6 位 LED 显示;
(2)显示一段时间的阶段里程,用 6 位 LED 显示;
(3)显示车速,用 4 位 LED 显示;
(4)实现超速报警;
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白茶丫
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