基于单片机的自行车里程速度计设计本科毕业设计论文

本科毕业设计论文

基于单片机的自行车里程速度计设计

所以设计了自行车里程速度计

本文主要研究了以单片机为基础的自行车里程速度器的设计。以单片机作为主要控制芯片。利用自行车车轮上的传感器来计数。按照一定时间间隔采集信号。结合自行车自身车轮参数。单片机对采集的信号展开分析计算。最终在液晶显示器LCD上呈现车辆行驶的里程与速度。同时通过其他按键分别实现自行车单里程计数、瞬时速度、最大速度以及平均速度的显示。具备超速报警功能。该设计着重说明了系统的工作原理。还阐述了硬件构成。也提及了各部分的主要功能。另外说明了软件的结构和实现。自行车里程速度计的设计遵循安全、方便、节能、人性化的原则来开展。能让现代生活得到显著提升。

关键词:自行车,,

,ve,,

你提供的内容似乎不太清晰且无明确语义，无法准确进行改写。请检查或提供更有意义的句子。

core,,,elf,,,。-,,,user-,oved.

:;;

目录

摘要I

目录III

第1章绪论-1-

1.1选题的意义-1-

1.2课题任务-1-

1.3设计思想-2-

1.4主要问题-2-

第2章系统方案设计-5-

2.1总体方案比较-5-

2.2总体方案选择-6-

2.2.1系统总体框图-6-

2.2.2实现原理-6-

2.3分支方案选择-7-

2.3.1单片机的选择-7-

2.3.2显示模块的选择-8-

2.3.3传感器的选择-8-

第3章系统硬件设计-11-

3.1总体设计-11-

3.2各单元设计-12-

3.2.1控制单元设计-12-

3.2.2检测单元设计-17-

3.2.3显示单元设计-17-

第4章系统软件设计-27-

4.1总体设计-27-

4.2子程序设计-29-

4.2.1定时子程序-29-

4.2.2算法流程-30-

4.2.3按键扫描子程序-30-

4.2.程序-31-

第5章系统调试-33-

5.1系统硬件调试- 33 -

5.1.1常见的硬件故障- 33 -

5.1.2硬件调试方法- 33 -

5.2系统软件调试- 34 -

5.2.1系统仿真调试- 34 -

5.2.2 的介绍- 34 -

5.2.3系统调试方法- 34 -

5.3系统整体调试- 36 -

结论- 41 -

参考文献- 43 -

致谢- 45 -

附录- 47 -

第1章 绪论

1.1选题的意义

自行车产生后，里程计随之在时代中出现。自行车行业发展，电子技术发展，自行车里程计技术不断进步提高，对自行车里程器要求变高，用户不仅要求速度显示性能稳定。骑自行车时，希望看到的不只是速度。传感器安装在与自行车轮相连处。自行车行进时，该传感器会向里程器发送脉冲信号。在一定公里数内，也就是一定脉冲数的情况下，会持续进行里程计数。国内自行车里程计历经四个阶段发展。先是传统的机械式，全部由机械元器件构成。接着是半电子式，用电子线路替代部分机械元器件。然后是集成电路式。如今是单片机系统设计的自行车里程计。

社会持续发展。单片机应用技术迅猛发展。里程计功能不断完善。单片机出现并用于里程计后。现代自行车里程计模型基本具备。它能完成计程、显示等基本工作。还具备LED显示、永久时钟、存储等附加功能。单片机及外围芯片不断发展。这进一步推动了里程计发展。本课题以单片机为基础开展自行车计费系统研究。因研究条件受限，采用按键模拟自行车车轮计费脉冲信号。同时分别显示里程器公里数、速度以及温度。整个设计仅针对自行车里程计常用功能展开，未增添其他功能运用单片机来设计自行车里程计。这让里程计在功能方面有很大提升。在稳定性方面也有很大提高。设计难度同样得到很大提升。本设计主要运用单片机技术对里程计做了简单模拟。随着单片机技术持续发展。单片机在自行车里程计行业的应用会越来越广泛。

本课题主要任务是进行设计。利用干簧管元件、单片机等部件。设计出一个可以用1602液晶显示的东西。

一种能显示里程和速度的自行车速度里程表。本文着重介绍自行车速度里程表的设计思路、电路原理、方案论证以及元件选择等内容。整体分为硬件部分设计与软件部分设计。本文首先要对该课题任务做方案论证。这包括硬件方案设计与软件方案设计。接着具体介绍自行车速度里程表的硬件设计。其中涵盖传感器选择、单片机选择以及显示电路设计。然后阐述该自行车速度里程表的软件设计。这包含数据处理子程序设计与显示子程序设计。最后对本次设计做了系统总结。具体的硬件电路包含：单片机的外围电路。还有LCD液晶显示电路。以及干簧管检

软件设计涵盖多方面。其中有系统总程序设计。还有芯片的初始化程序。包含定时中断采样子程序。以及显示子程序等。软件运用C语言编写。其设计思想主要是自顶向下。进行模块化设计。各个子模块逐个开展设计

1.3设计思想

本设计的思想如下：以单片机作为处理核心。用传感器把车轮的转数转变为电脉冲。将电脉冲进行处理后送到单片机。里程以及速度的测量。是通过定时计数器测出定时来实现的

1s会计数若干脉冲。经单片机计算得出结果。该结果通过LCD液晶显示器显示。测速首先要解决采样问题。用单片机测速可采用简单的脉冲计数法。转轴每旋转一周产生一个或固定多个脉冲。把脉冲送入单片机计算就能获得转速信息常用测速元件包含霍尔传感器、光电传感器以及光电编码器。里程测量传感器的选择存在几种方案：其一，使用光敏电阻测量里程；其二，利用编码器测量车轮圈数；其三，借助霍尔传感器测量里程；其四，运用干簧管型传感器测量里程。要求达成的各项指标及实现方法如下：

1.上电后实时显示速度

2.路程实时记录(掉电存储)

3.半径可设定(掉电存储)

超速报警得以实现。是通过利用软件编程来处理数据。进而得到需要的数值。

最终要达成的目标是：自行车的速度里程表拥有里程测试功能。还要具备速度测试功能。并且能够进行显示。它采用单片机来进行控制。显示电路可以显示里程。也能够显示速度。

1.4主要问题

根据需求分析的结果设计自行车里程器,:主要解决的问题

有2个指示灯。一个指示灯用于指示控制板是否正常上电工作。另一个指示灯用于指示当前速度是否超过设定的报警速度。当速度超过设定速度时。该指示灯灯光亮起。以此提示车主。

有客无客模拟按键，按下代表有客，弹开代表无客。待行使模拟按键，无客时，按下或弹起均无效，等待行使指示灯亮。有客时，按键按下。程模拟按键，有客且行使时，每按一次里程加0.1公里。待运行模拟按键，按下表示运行，弹开表示等待。要求单片机内部有以秒为单位的计时功能。

控制器采用。第一排显示日期与时间。比如显示2010年11月11日11时13分。中间的冒号闪烁。这表示当前的秒在变化。第二排显示当前速度。显示当前温度。还显示骑行的里程。

第2章 系统方案设计

2.1总体方案比较

方案一：利用大规模数字逻辑器件实现简单自行车里程计功能。其原理是利用计数器，对汽车车轮旋转时按在车轮上的传感器产生的计数脉冲进行计数。计数值达到33次时，可认为近似0.1公里，因为车轮周长为3米。每0.5公里显示1元。用数字逻辑器件设计电路，该电路很复杂，成本很高，没有实际运用价值。

方案二：利用单片机实现自行车里程计设计。大部分功能可用单片机达成，能让整个电路较为简单，成本也较低。使用单片机的外围电路简单。在时间计数和速度计算上精度高，扩展功能便利。但要是系统设计不佳，系统会不稳定，这给系统设计带来挑战

方案三：借助CPLD/FPGA达成电子EDA技术，进而实现自行车里程计。其可行性颇高，并且电路简易，能够通过软件进行完全仿真。不过设计实现存在较大难度，对设计者要求严苛，软件要求也很高。

方案四: 霍尔传感器:

霍尔价格通常较低，常被用于小车测速。然而，其开关触头导通时，可能会有上百欧电阻，输出范围存在限制，还有可能磨损器件，工作温度范围也受到一定限制。

方案五采用干簧管传感器。干簧传感器是密封的。它能几乎在任何环境下工作。比如对湿度没有影响。它能经受很高电压。它与周围温度环境没有影响。它提供的磁灵敏度有较大范围。许多干簧管在质量、可靠性及安全性方面是一流的。所以选用干簧管传感器。本系统选用嵌入式门磁，内部装有干簧管。因干簧管传感器存在安装、感应距离等问题，该嵌入式门磁默认处于常开状态。当磁铁靠近传感器时，传感器两端会自动吸合。

2.2总体方案选择

且易于实现

2.2.1系统总体框图

图2.1系统设计总框图

2.2.2实现原理

系统把52单片机用作中心处理器。用干黄管传感器模拟自行车车轮脉冲信号，从单片机I/O口输入。借助系统内部时钟设计，实现里程、速度等参数设计。最后从单片机I/O口输出信号，分别显示里程、温度、时间等。还增加按键，用于设置时间、报警速度等功能。

工作原理：里程、速度等由干黄管元器件测量。频率计输出脉冲，此脉冲代表车轮转动圈数。自行车轮胎半径为50cm，轮子每转动一圈，安装在车轮辐条上的磁钢就接近传感器一次。传感器向单片机的外部中断计数器T0发送一个脉冲信号，从而产生一次中断，圈数加一。车前进距离为圈数乘以2再乘以π乘以0.5。通过单片机T0定时器记录时间，间隔是1秒。用1秒内的前进距离除以时间1秒，得出1秒内的当前速度。总里程L除以总时间t，得到平均速度。

能借助按键改变速度上限值

2.3分支方案选择

2.3.1单片机的选择

微电子技术与超大规模集成电路技术不断发展。单片微型计算机具备体积小、性价比高、功能强、可靠性高等独特特点。它在各个领域广泛应用，比如工业控制、家电产品、汽车电子、智能仪器仪表。下面简要介绍几款具有代表性的单片机

8031单片机属于公司生产的MCS - 51系列单片机。它没有片内ROM。

除此之外，其他特性和MCS-51单片机基本相同。它内部有一个8位CPU。还有128个字节的RAM。

21个特殊功能寄存器。单片机8031进行存储器扩展较麻烦。其外围器件多。8031功耗大。单片机8032/8052/8752是增强型产品。803片内没有ROM。

内部有4K字节的ROM。52系列单片机的计数器有三个，都是16位。中断源有8个。8051是最早且最典型的产品，它是在8031基础上，片内集成了程序存储器。8051单片机和其他单片机外形完全相同，指令系统也一样

引脚信号相同。总线也相同。这意味着在8051环境下开发的软件。完全能够在另一环境应用。反之。在该环境开发的软件。同样可以在8051上应用

它是一种低功耗、高性能的位微控制器。它具有8K在系统可编程存储器。它在单片机芯片上。它拥有灵巧的8位CPU。它具备在系统可编程特性。

为大量嵌入式控制应用系统供给高灵活且超有效的解决办法。具备以下标准功能

内置4KB?

有810复位电路。设有三个16位定时器/计数器。具备一个6向量2级中断结构。还有全双工串行口。另外，CPU停止工作时，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。在掉电保护方式下，RAM内容会被保存，振荡器会被冻结，单片机的一切工作都会停止，直到下一个中断或硬件复位才恢复。其最高运作频率有6T/12T两种选择

在本次设计里，经分析和比较后，选择了单片机。原因如下：其一，单片机采用的工艺具备高速度、高密度、低功耗的特点，即它是低功耗单片机。其二，可靠性高且便于扩展。其三，控制功能强。其四，单片机片内存储容量较小，此外，单片机集成度高。

体积小、性价比高、应用广泛、易于产品化等特点

2.3.2显示模块的选择

动态扫描LED数码管进行显示。里程表的显示内容主要是数字。利用LED数码管基本能满足使用要求。并且成本比较低。不过采用动态扫描的方式来驱动数码管。亮度太过低。在阳光下

几乎看不到显示内容，丧失使用价值。采用串行静态LED数码管显示。将单片机的串行口设为方式0（同步移位寄存器），输出显示信息。LED数码管进行静态显示，其亮度不错。使用串并转换芯片驱动LED数码管，因而存在体积大、成本高、功耗高等弊端。采用LCD液晶显示模块液晶显示模块有体积小的特点。有功耗低的特点。有显示内容丰富的特点。如今字符型液晶显示模块是单片机应用设计里最常用的信息显示器件。

在本次设计中,经过分析与比较使用作为显示模块

2.3.3传感器的选择

红外光电传感器，将红外对管分别装于自行车车轮两侧，车轮转动时，辐条

会使红外对管的光路被阻挡，接收管输出低电平。单片机依据这个信号能够计算里程、速度等。红外对管的长处是测量精度高，短处是安装较为复杂，还容易受到外来光线、灰尘等的影响。开关型霍尔传感器。霍尔传感器是借助霍尔效应把磁输入信号转化成电信号的器件

将开关型霍尔传感器安装于自行车靠近车轮的支架处。把磁钢安装在辐条上。当磁钢处于特定状态时

还有干簧管干簧管是磁敏的有触点无源电子开关元件。其应用于里程表的原理和开关型霍尔传感器相似。将干簧管安装在自行车贴近车轮的支架上，磁钢安装在辐条上。磁钢靠近干簧管时，干簧管会闭合。单片机依据此信号能计算里程、速度等。干簧管优点是成本低、安装简便，缺点是较脆弱、稳定性欠佳 本里程表选用干簧管传感器,稳定、安装简易。

第3章 系统硬件设计

本文自行车计价系统的硬件结构主要由以下部分构成：其一为系统硬件电路；其二是单片机系统；其三是车轮转速按键模拟信号；其四是显示电路。

3.1总体设计1.系统的设计思想

自行车里程/速度计可自动显示自行车行驶的总里程数。还能显示行车速度。具备超速信响提醒功能。里程数据会自动记忆。也能够应用于电动自行车、摩托车、汽车等机动车仪表上。

图3.1系统总框图

2.系统的工作原理

本设计能实时显示所测速度与累计里程数。主要是把传感器输入单片机的脉冲信号，实时测量其频率。接着通过单片机计算出速度和里程。再把所得数据存储到芯片中。最后由显示部分展示通过单片机计算出来的速度和里程的数据 。自行车里程/速度计以单片机作为控制部件。速度及里程传感器选用干簧管元件。P0口和P2口用于七段LED显示器的段码以及扫描输出。显示里程时。第三位小数点由17脚P3.7口控制点亮。P1.0和P1.1口分别用来显示里程状态与速度状态P1.2口用于设置轮圈大小。P1.3口用于设置轮圈大小。P1.6口用于设置轮圈大小。P1.7口用于设置轮圈大小。P3.0口的开关用于确定显示方式。开关闭合时显示速度。开关打开时显示里程。第12脚外中断0用于轮子圈数计数输入。轮子每转一圈。传感器输出一个低电平脉冲。第13脚外中断1用于控制定时器T1启停。输入为0时关闭定时器此控制信号由轮子圈数的计数脉冲经二分频后形成（见图3.1）。如此一来，每次定时器T1开启时间恰好是转一圈的时间。依据轮子周长能够算出自行车速度。P1.4和P1.5口用于存储器存取控制。11脚输出用于速度超速时报警

3.2各单元设计

3.2.1控制单元设计

1.单片机概述

单片微型计算机，简称单片机。它是微型计算机。它把中央处理单元CPU、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、定时器/计数器以及I/O接口电路等主要计算机部件集中在一块集成电路芯片上。所以被称为单片（单芯片）机。而且有些单片机除上述部分外。还集成了其它部分如A/D、D/A等。它体积小。它质量轻。它价格便宜。这为学习、应用和开发提供了便利条件。同时。学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。单片机依靠程序。且程序可以修改。通过不同程序能实现不同功能。尤其是特殊独特的一些功能。这是别的器件需费很大力气才能做到的。有些则是花大力气也很难做到的通过你编写的程序，单片机能够实现高智能。通过你编写的程序，单片机能够实现高效率。通过你编写的程序，单片机能够实现高可靠性。目前单片机渗透到我们生活的各个领域。几乎很难找到没有单片机踪迹的领域。导弹的导航装置需要单片机。飞机上各种仪表的控制离不开单片机。计算机的网络通讯与数据传输要借助单片机。工业自动化过程的实时控制和数据处理依靠单片机。广泛使用的各种智能IC卡用到单片机。民用豪华轿车的安全保障系统离不开单片机。录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制借助单片机。程控玩具、电子宠物等也离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。单片机在多个领域广泛应用。这些领域包括仪器仪表。还包括家用电器。也有医用设备。以及航空航天。还有专用设备的智能化管理。另外还有过程控制等。

2.单片机选择

在本设计里，采用单片机作为中心处理系统来展开研究。它是一种低功耗、高性能的位微控制器，拥有8K在系统可编程存储器。它运用公司高密度非易失性存储器技术制造，和工业产品指令以及引脚完全兼容。片上允许程序存储器在系统可编程，也适用于。在单芯片上 有灵巧的8位CPU 具备在系统可编程特性 能为众多嵌入式控制应用系统 提供高灵活且超有效的解决方案 其具有以下标准功能 有8k字节 256字节RAM 32位I/O口线 有看门狗定时器 有2个数据指针 有三个16位定时器/计数器 有一个6向量2级中断结构 有全双工串行口 还有片内晶振及时钟电路另外，它能够降至0Hz进行静态逻辑操作，支持两种软件可选择的节电模式。在空闲模式时，CPU停止工作，RAM、定时器/计数器、串口、中断可继续工作。在掉电保护方式下，RAM内容会被保存，振荡器会被冻结，单片机的一切工作都会停止，直至下一个中断或硬件复位。

其芯片引脚图如图3.1所示。

图 3.2 芯片引脚结构图

芯片的主要性能有:

(1)与MCS-51单片机产品兼容

(2)8K字节在系统可编程存储器

(3)1000次擦写周期

(4)全静态操作:0Hz~33Hz

(5)三级加密程序存储器

(6)32个可编程I/O口线