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基于单片机的自行车测速设计

基于单片机的自行车测速设计

基于单片机的自行车测速设计中用到的元器件主要由,AT89C51芯片,LCD1602,霍尔传感器模块,以及蜂鸣器,在最大程度上减少开支,简化电路。

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  • 详细描述

    基于单片机的自行车测速设计
    摘要
    随着时代的发展,城市的生活越来越复杂化,其中拥挤的交通,无时无刻不围绕在我们身旁,这是最明显的城市生活的体现。而面对这样的情形,相信很多人都会想到,一辆轻便的自行车,对于路途不算遥远目的地在合适不过。自行车被赋予新的用途,成为人们娱乐、休闲、锻炼的首选,不再仅仅是代步的工具。因此,自行车功能的齐全也变成为人们所期望的,这样能为生活提供更多的便利。本论文主要阐述一种基于单片机的,并用霍尔元件对自行车的速度里程进行实时检测的设计。单片机体积小,价格低,应用方便,稳定可靠。以AT89C51单片机为核心,,由霍尔传感器测量自行车的转数,从而实现对自行车里程/速度的测量统计,最后用LCD实时显示自行车的里程及速度。
    关键词:单片机   速度/里程   霍尔传感器    LCD显示
     
    目录
    目录 1
    第一章  绪论 1
    1.1 自行车的历史与发展 1
    1.2本设计研究的方法与意义 1
    1.3 总体设计方案说明 1
    第二章   元器件的介绍 3
    2.1 AT89C51单片机 3
    2.2. LCD1602 液晶显示 5
    2.2.1. 显示原理 5
    2.2.2. LCD1602液晶模块引脚功能 6
    2.2.3. LCD1602液晶模块引脚说明 6
    2.2.4. LCD1602时序 7
    2.2.5.LCD1602的RAM地址映射及标准字库表 7
    2.3  霍尔传感器 8
    2.3.1  霍尔原件的基本特性 8
    2.3.2  霍尔传感器的工作原理 9
    2.3.3  霍尔传感器的分类 10
    2.3.4 3144E霍尔开关型计数传感器模块 11
    第三章  硬件电路的设计 13
    3.1 51单片机最小硬件电路 13
    3.1.1 电源电路 13
    3.1.2 时钟电路 13
    3.1.3 复位电路 14
    3.2 LCD1602电路 15
    3.3 蜂鸣器电路 15
    第四章 系统的设计和调试 17
    4.1 程序设计 17
    4.2 系统的仿真与调试 17
    4.2.1 系统软件的调试 17
    4.2.2 系统硬件的仿真 18
    4.2.3 系统硬件的调试 19
    4.3 总结 21
    结束语 22
    参考文献 23
    附录 24
    致谢 32
     
    第一章  绪论
    1.1 自行车的历史与发展 
       自行车被赋予新的用途,成为人们娱乐、休闲、锻炼的首选,不再仅仅是代步的工具。因此,自行车功能的齐全也变成为人们所期望的,这样能为生活提供更多的便利。自行车速度里程表作为自行车的一大辅助工具也同时被人们需要着。本设计基于AT89C51单片机,以霍尔传感器测速,设计一款体积小、操作简单的便携式自行车的速度里程表,它能够实时显示自行车行驶的里程及速度。  
       两百多年前自行车被发明使用到现在一直丰富着他的功能,两百年的尝试与研发,从玩具式的木马车到今天休闲运动的自行车,自行车发展的前景也越来越广,从最开始的交通代步的工具到休闲娱乐运动不可或缺的一部分。现在大城市如北、上、广等的小黄车、摩拜单车已经非常普遍, 南宁也不例外,由此可见自行车在现代社会生活中表现出了极强的生命力。 
    1.2本设计研究的方法与意义 
       本设计主要任务是基于单片机,利用霍尔元件等设计一个可用LCD1602显示速度和里程的自行车速度里程表。
      其中硬件电路包括:AT89C51单片机的外围电路,液晶显示电路以及蜂鸣器电路等。 
       软件设计包括:芯片初始化程序、中断计数子程序、1602显示子程序、延时子程序等。C语言具有简洁紧凑,灵活方便,适用范围广,可移植性好等特点,程序采用C语言进行编写。
    1.3 总体设计方案说明 
      本设计的任务是:AT89C51单片机作为为核心处理,车轮的转数用霍尔传感器转换为电脉冲,进行处理之后将结果送入单片机。测量速度和里程,是通过AT89C51的定时/计数器测的总脉冲数和每转一圈用的时间即用测频率方式测量,单片机进行计算,最后通过LCD显示器显示出来。 
      本系统总体思路如下:设计采用测频法即测频率的方法,因为自行车的转速是以单位时间内的转数来横量的,在骑行过程中多数是有规律的重复运动。由霍尔效应的原理,把一块永久磁钢固定在自行车的车轮铁丝上,霍尔传感器固定在自行车主轴上,当轮子转动,受磁钢影响霍尔传感器会输出脉冲信号,它的频率和转速成正比,脉冲信号的周期和转速关系为:V=N*L,V为自行车车速,N是单位时间的脉冲数,L是车轮周长,用于计算自行车即时速度,若自行车超过给定的限定速度,系统发出报警信号,蜂鸣器响起。 里程则根据初始里程为零加上速度的整数位得到。
    要求达到的各项指标及实现方法如下: 
    (1) 霍尔传感器产生脉冲信号。 
    (2) 对脉冲信号进行计数。  
    实现:单片机内部的定时/计数器对霍尔传感器脉冲信号进行计数。 
    (3) 单片机对数据进行处理,用LCD1602显示即时速度和里程。 
    实现:利用keil编程,进行数据处理得到所需的值。 
      最终实现目标:基于单片机控制,自行车的速度里程表实现速度、里程显示的功能,系统框图如图1-1所示。 

    图1-1 系统框图

    参考文献
     
    [1] 张毅刚.单片机原理及其应用—c51编程+proteus仿真. 高等教育出版社,2012,1-20
    [2]  史建芳.智能仪器设计基础. 北京:电子工业出版社,2007,108-117.
    [4] 宋戈.51单片机应用开发范例大全.北京: 人民邮电出版社,2010,  133-139
    [5] 周润景.单片机电路设计、分析与制作 .北京: 机械工业出版社,2010, 64-85
    [6] 陈梓城、汪临伟,胡敏敏.实用电子电路域调试: 模拟电路. 北京:中国电力出版社,2011,120-155
    [7] 李江全.单片机数据通信及测控技术详解 .北京:电子工业出版社,2011,18-20
    [8] 陈志旺.51系列单片机设计与实践. 北京:电子工业出版社,2010,111-158
    [9] Puru Zhang,Qianfan Zhang,  A controller of PMSM for elctrical bicycle with hall effect sensors, IEE Proe, June 2016.

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