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基于单片机自行车测速系统的理科doc.doc
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基于单片机自行车测速系统的理科doc.doc
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基于单片机自行车测速系统设计
摘 要
随着科技的迅速发展,单片机的应用也越来越广泛,并带动传统控制检测技术不断更
新。现在的车速表大多是电子式的,用 LED 数码管或 LCD 即时显示,显示更加直观。电子
式车速表采用接触车速传感器代替软轴传动,可使车速表的安装位置不受距离限制,进一
步有效地克服了机械式车速表中的诸多不足。
本次设计给出了以 AT89C2051 为核心,利用单片机的运算和控制功能,并采用系统化
LED 显示模块实时显示所测速度的设计方案,以及串口数据存储电路和系统软件。
该方案由于使用了数码管显示模块和 E2PROM,以及高效快速算法,因而可在节约系统
资源和简化程序设计的基础上保证测量精度和系统实时性。其中信号预处理电路包含信号
放大、波形变换和波形整形:信号预处理电路中的放大器用于对待测信号进行放大,以降
低对待测信号的幅度要求;波形变换和波形整形电路则用来将放大的信号转换成可与单片
机接口的 TTL 信号。通过单片机的设置可使 INT0 引脚能够对内部定时器 T0 的工作进行控
制,这样能精确地测出加到 INT0 引脚的正脉冲宽度(即测出脉冲信号的期) 。速度显示部分
采用数码显示, 所得的数据采用 I2C 总线, 并通过 E2PROM 来存储, 因而节省了所需单片机
的口线和外围器件, 同时也简化了显示部分的软件编程。
本方案实现了电动车速度即时显示,并可通过控制两个按键显示速度或里程,同时加
入了超速语音报警功能,使之更加人性化。
关键词 单片机;霍尔传感器;数码显示;语音报警;DC/DC 变换器
The bicycle’ Speed system design based on single-chipDoped
Abstract
With the rapid development of technology, more and more widespread application of
microcomputer, and promote the traditional control detection technology constantly updated.
Electronic speedometer flexible shaft using the contact speed sensor instead of driving, speed
tables can be installed without distance limitations, and further to effectively overcome the
mechanical disadvantages of speed in the table.
The AT89C2051 is designed to give the core of computing and the use of microcomputer
control, and adopting a systematic LED display module shows the measured real-time speed
design, and the serial data storage circuits and system software.
The program due to the use of the digital display module and E2PROM, and efficient fast
algorithm, thus saving resources and simplifying programming system based on the system to
ensure accuracy and real-time. Signal pre-processing circuit which includes signal amplification,
wave conversion and waveform shaping: signal pre-processing circuit in the amplifier for the
amplified signal could be to reduce the requirements on signal amplitude; wave transformation
and wave-shaping circuitry is used to enlarge the signal converted into TTL signals with the
microcontroller interface. The INT0 pin is added to the pulse width (ie measured pulse signal
period). Speed display part of a digital display, the data collected using I2C bus, and through
E2PROM to store, thus saving the need microcontroller port lines and peripheral devices, but
also simplifies the display part of the software programming.
The program achieved the speed of real-time electric vehicle revealed two buttons can be
displayed by controlling the speed or mileage, while adding a speed voice alarm function, make
it more humane.
Keywords microcomputer; Hall sensor; digital display;voice alarm; DC / DC convert
目 录
摘要……………………………………………………………………………………I
Abstract………………………………………………………………………………II
前言……………………………………………………………………………………1
1 总设计方案…………………………………………………………………………2
2 系统硬件设计………………………………………………………………………4
2.1 变化电路设计……………………………………………………………………4
2.2 信号处理电路设计………………………………………………………………5
2.3 存储器电路设计…………………………………………………………………6
2.4 显示电路设计……………………………………………………………………7
2.5 掉电保护电路设计………………………………………………………………7
3 系统仿真与分析……………………………………………………………………10
3.1 仿真结果…………………………………………………………………………10
4 系统软件设计………………………………………………………………………11
4.1 系统软件流程……………………………………………………………………11
4.2 速度处理子程序…………………………………………………………………11
4.3 显示程序…………………………………………………………………………13
5 总结与展望…………………………………………………………………………15
参考文献………………………………………………………………………………16
致谢……………………………………………………………………………………17
附录……………………………………………………………………………………18
前 言
在全球倡导绿色环保的大趋势下,我国加大了对车辆排放和噪声的管理,由于电动自
行车具有无污染、低噪声和轻便快捷等优点,是一种绿色环保的交通工具。随着我国城市
规模的迅速扩大及农村道路的日益改善,长期依靠脚踏自行车的人们将会把目标转向电动
自行车,对电动自行车需求也会越来越大。人们对环境的关注以及相关技术的更新,有力
地促进了电动自行车的发展。
传统的机械式车速表是由旋转磁场作用于转动盘,使转动盘连同车速表指针发生同向
的偏转。当电磁转矩与弹簧产生的阻力矩平衡时,指针偏转停留在某一角度上。指针偏转
角与车速成正比,因而可用其表示车速。机械式车速表的缺陷是明显的。由于表盘指针偏
转程度正比于软轴的转动时产生的磁力,当转速较低的时候,磁力较小,随转速变化波动
较大。因此,低速时车速表指针摆动剧烈、测量及显示精度不高。对于发动机后置的车辆,
要将车速表指针的偏转动力由变速箱经软轴等传至驾驶室,软轴必然布置的较长,如何将
这种长长的转动软轴从结构上布置妥当,肯定是一件十分困难的事情。
现在的车速表大多是电子式的,用 LED 数码管或 LCD 显示,使速度显示更加直观。采
用接触车速传感器代替软轴传动,可使车速表的安装位置不受距离限制,有效地克服了机
械式车速表中的诸多不足。电子式车速表更加智能,车速表的功能也更加人性化,如加上
了里程累计、超速提醒等功能。
1 总体设计方案
速度里程表由信号预处理电路、AT89C2051 单片机、数码管显示电路、串口数据存储
电路和系统软件组成。其中信号预处理电路包含信号放大、波形变换和波形整形。信号预
处理电路中的放大器用于对待测信号进行放大,以降低对待测信号的幅度要求;波形变换
和波形整形电路则用来将放大的信号转换成可与单片机接口的 TTL 信号;通过单片机的设
置可使 INT0 引脚能够对内部定时器 T0 的工作进行控制,这样能精确地测出加到 INT0 引脚
的正脉冲宽度(即测出脉冲信号的周期);速度显示部分采用数码显示模块, 所得的数据采
用 I2C 总线, 并通 E2PROM 来存储, 因而节省了所需单片机的口线和外围器件, 同时也简化
了显示部分的软件编程。系统软件包括单片机和液晶模块的初始化模块、液晶模块的写数
据/ 命令子模块、周期测量模块、速度里程计算模块、数据存储模块、速度和里程显示数
据转 BCD 码模块、显示数据消多余零模块、数据显示模块以及实时中断服务模块等。
该设计能实时地将所测的速度显示出来, 同时也能够累计显示总里程数。该速度表能
将传感器输入到单片机的脉冲信号的宽度(传感器将车速转变成相应宽度的脉冲信号) 实
时地测量出来,然后通过单片机计算出速度和里程, 再将所得的数据存储到串口数据存储
器, 并由动态数码显示模块实时显示出所测速度。本设计用两个按键来控制显示速度或里
程。考虑到信号的衰减、干扰等影响,在信号送入单片机前应对其进行放大整形, 然后再输
入到单片机进行测速。单片机利用定时器 T0 的控制功能测出输入信号的周期后, 再利用单
片机的算术运算功能将周期转换成速度, 同时每秒钟进行一次里程累计,从而计算出总里
程。最后将得出的速度、里程值存储在 E2PROM 中, 并根据两个按键的选择情况来显示速度
或里程。为了方便计算要显示数据值的段码, 可再将其转换成压缩的 BCD 码, 然后通过查
表将要显示的数据值中每一位的压缩 BCD 码转换成 8 段码送到显示缓冲区, 最后经串口送
至液晶显示模块以显示所测的速度或里程。设计时, 应综合考虑测速精度和系统反应时间。
为了保证系统的实时性, 系统的速度转换模块和显示数据转 BCD 码模块都采用快速算法。
另外, 还应尽量保证其它子模块在编程时的通用性和高效性。本设计的速度和里程值采用
2 位显示。系统方框图如图 1-1 所示。
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