(完整word版)基于單片機(jī)自行車的里程測(cè)速儀

1、-i-基于單片機(jī)的自行車?yán)锍瘫?、測(cè)速儀單片機(jī)大作業(yè)09電子2班薛強(qiáng)-i-學(xué)號(hào):423-3-目錄摘要第一章系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1設(shè)計(jì)任務(wù)和要求1.1.1設(shè)計(jì)任務(wù)1.1.2基本要求1.2總體設(shè)計(jì)方案1.2.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路1.2.2方案設(shè)計(jì)與討論1.3功能描述1.4操作說(shuō)明1.5結(jié)構(gòu)框圖1.6原理說(shuō)明第二章硬件設(shè)計(jì)2.1硬件電路2.2主要元件介紹第三章軟件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)主程序流程圖-4-3.2仿真截圖3.3源程序代碼基于80C51單片機(jī)的自行車?yán)锍瘫?、測(cè)速儀摘要：本文介紹了一種基丁單片機(jī)控制的簡(jiǎn)易自動(dòng)自行車速度以及里程計(jì)算系統(tǒng)，包括自行車?yán)锍瘫淼挠布?gòu)成，軟件邏輯以及程序代碼。該里程測(cè)速系統(tǒng)以AT89C

2、51作為系統(tǒng)控制核心，采用光電傳感器來(lái)檢測(cè)信號(hào)，通過(guò)一定時(shí)間間隔內(nèi)對(duì)信號(hào)的采集，結(jié)合自行車本身車輪參數(shù)， 經(jīng)過(guò)單片機(jī)對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行分析計(jì)算， 最終在LCD以及LED上顯示車輛行駛里程、平均速度和瞬時(shí)速度，并且具有超速報(bào)警功能。關(guān)鍵詞：自行車測(cè)速；單片機(jī)；光電傳感器，LCD/LED顯示一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1設(shè)計(jì)任務(wù)和要求1.1.1設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)自行車?yán)锍瘫?、測(cè)速儀，可以將自行車一段時(shí)間內(nèi)的行駛里程，瞬時(shí)速度， 平均速度在LCD上顯示出來(lái)， 有一個(gè)能用LCD顯示的腕式自行車?yán)锍田@示器，傳感器采用霍爾元器件，安裝在自行車的車輪上；1.1.2基本要求能實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的車速和行駛里程；能去除或保留原先的里程

3、數(shù)；電池供電。1.2總體設(shè)計(jì)方案1.2.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自行車運(yùn)行過(guò)程中對(duì)行駛里程、當(dāng)前瞬時(shí)速度、平均速度進(jìn)行測(cè)量和顯示。總體設(shè)計(jì)思路如圖1所示。系統(tǒng)包括控制器模塊、信號(hào)檢測(cè)采集模塊、顯示模塊、電源模塊四部分。-5-電源模塊系統(tǒng)工作時(shí)， 傳感器采集到信號(hào) （用按鍵代表脈沖、 或者用頻率輸入代表信號(hào)輸入）傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)計(jì)數(shù)器統(tǒng)計(jì)脈沖個(gè)數(shù)，定時(shí)器記錄相應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)度，經(jīng)過(guò)運(yùn)算，將行駛里程、平均速度送給LCD顯示，當(dāng)前（瞬時(shí)）速度送給7段數(shù)碼管顯示。1.2.2方案設(shè)計(jì)與討論速度測(cè)量原理測(cè)量自行車的速度的原理有兩種：測(cè)量一定時(shí)間間隔t里自行車車輪轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)q。 假設(shè)車輪周長(zhǎng)為c,則速度V

4、=c*q/t測(cè)量自行車車輪轉(zhuǎn)過(guò)一圈的時(shí)間t,則速度V=c/t本里程表是根據(jù)第一個(gè)原理計(jì)算速度的。傳感器的選擇紅外光電傳感器。把紅外對(duì)管分別安裝在自行車車輪的兩側(cè)，當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，輻條會(huì)阻擋紅外對(duì)管的光路，接收管輸出低電平，單片機(jī)根據(jù)此信號(hào)可計(jì)算里程、速度等。紅外對(duì)管的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量精度高， 缺點(diǎn)是安裝比較復(fù)雜和容易受外來(lái)光線、 灰塵等的影響。開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器?；魻杺鞲衅魇抢没魻栃?yīng)把磁輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的器件。把開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器安裝在自行車貼近車輪的支架上，磁鋼安裝在輻條上，當(dāng)磁鋼靠近霍爾傳感器的時(shí)候，傳感器輸出一個(gè)無(wú)抖動(dòng)的低電平，單片機(jī)根據(jù)此信號(hào)可計(jì)算里程、速度等。霍爾傳感器的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定和安裝

5、簡(jiǎn)易，缺點(diǎn)是成本較局。干黃管。干黃管是一種磁敏的有觸點(diǎn)無(wú)源電子開(kāi)關(guān)元件，應(yīng)用在里程表上的原理與開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器類似， 把干黃管安裝在自行車貼近車輪的支架上， 磁鋼安裝在輻條上，當(dāng)磁鋼靠近霍爾傳感器的時(shí)候，干簧管閉合，單片機(jī)根據(jù)此信號(hào)可計(jì)算里程、速度等。干簧管的優(yōu)點(diǎn)是成本低廉和安裝簡(jiǎn)易，缺點(diǎn)是比較脆弱和不夠穩(wěn)定。本里程表選用開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器，穩(wěn)定、安裝簡(jiǎn)易。顯示模塊的選擇動(dòng)態(tài)掃描LED數(shù)碼管顯示。 里程表的顯示內(nèi)容以數(shù)字為主， 利用LED數(shù)碼管可基本滿足使用要求，且成本較低。但是用動(dòng)態(tài)掃描的方式驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，亮度太低，在陽(yáng)光下幾乎看不見(jiàn)顯示內(nèi)容，失去使用價(jià)值。申行靜態(tài)LED數(shù)碼管顯示。把單片機(jī)的申

6、行口設(shè)置為方式0（同步移位寄存器），輸出顯示信息，可實(shí)現(xiàn)LED數(shù)碼管的靜態(tài)顯示，其亮度令人滿意。但由丁要使用74HC164/74LS16邳并轉(zhuǎn)換芯片驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管，因此會(huì)帶來(lái)體積大、成本高、功耗高等的缺點(diǎn)。-6-LCD夜晶顯示模塊。液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等特點(diǎn)，現(xiàn)在字符型液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中最常用的信息顯示器件本里程表使用1602LCD作為顯示模塊。外加四個(gè)七段管LED用來(lái)顯示5秒內(nèi)的當(dāng)前速度（近似瞬時(shí)速度）【功能描述】以AT89C51型單片機(jī)為核心，實(shí)時(shí)測(cè)量并顯示自行車行駛過(guò)程中的各項(xiàng)參數(shù)，包括當(dāng)前行駛累計(jì)時(shí)間、當(dāng)前行駛累計(jì)里程（mj）、當(dāng)前速度（m/s

7、）、平均速度（m/s）、當(dāng)前行駛時(shí)間等，各參數(shù)分屏顯示。本里程表具有時(shí)鐘功能，不安裝在自行車上時(shí)也可作為時(shí)鐘使用，實(shí)用性高。【操作說(shuō)明】本例子所采用的是27#比賽公路自行車， 換算成公制,外徑700mm半徑為350mm探測(cè)器安裝在距離軸心200mm#， 探測(cè)到一次， 車輪轉(zhuǎn)動(dòng)2.15m,輪胎具體規(guī)格700*28C,28是指車胎的橫斷面的寬度為28mm則周長(zhǎng)2150mm附： 輪胎直徑大小英寸與厘米對(duì)照表英寸16”18”20”22”24”26”28”28.5”厘米40cm45cm50cm55cm61cm66cm71cm72cm【結(jié)構(gòu)框圖】系統(tǒng)由霍爾元件傳感器、顯示模塊、LED報(bào)警模塊、供電模塊和單

8、片機(jī)小系統(tǒng)構(gòu)?！竟ぷ髟怼坷锍?、速度等都是由霍爾元器件測(cè)量。通過(guò)頻率計(jì)或者按鈕輸出脈沖，代表車輪轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)，已知自行車輪胎的周長(zhǎng)為2.15m,輪子每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，安裝在車-7-輪輻條上的磁鋼接近霍爾傳感器一次，傳感器送一個(gè)脈沖信號(hào)給單片機(jī)的外部中斷計(jì)數(shù)器T1,產(chǎn)生一次中斷，圈數(shù)加一。圈數(shù)*2.15即為車前進(jìn)距離，而通過(guò)單片機(jī)T0定時(shí)器記錄時(shí)間，間隔5秒，5秒內(nèi)的前進(jìn)距離除以時(shí)間5秒，得到5秒內(nèi)的當(dāng)前速度。而總里程L除以總時(shí)間t得到平均速度。處理速度數(shù)據(jù)時(shí)同時(shí)刷新平均速度、當(dāng)前速度、運(yùn)行里程。若速度大丁25km/h(6.95m/s)則P3.7輸出低電平，LED警示燈亮，提示速度過(guò)大。單片機(jī)定時(shí)器0定時(shí)

9、時(shí)間為50ms,每20次刷新系統(tǒng)時(shí)鐘及計(jì)算累計(jì)行駛時(shí)間。【具體電路圖】M.nJr-Ui=-jVa一軍on531?u.li-同-nrA-flFlI吾da.Hq-1Ia1I1菖由11jH711n.15i1廿-nr MfuISA2ES咨奧IUSTAA-8-【相關(guān)元器件及其簡(jiǎn)介】(1)AT89C51單片機(jī)簡(jiǎn)介AT89C51是一種低功耗、高性能CMOS位微控制器，具有2K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適丁常規(guī)編程器。在單芯片上， 擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash

10、,使得AT89C51為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89C51具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k字節(jié)Flash,128字節(jié)RAM32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工申行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89C51可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、申口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。(2)1602LCD晶顯示模塊液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等特點(diǎn)，

11、現(xiàn)在字符型液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中最常用的信息顯示器件了。本里程表使用常見(jiàn)的1602字符型LCD莫塊。1602可以顯示2行16個(gè)字符,有8位數(shù)據(jù)總線D0-D7,和RSR/WE三個(gè)控制端口，工作電壓為5V,并且?guī)в凶址麑?duì)比度調(diào)節(jié)和背光。(3)霍爾元件霍爾傳感器是利用霍爾效應(yīng)把磁輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的器件。把開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器安裝在自行車貼近車輪的支架上，磁鋼安裝在輻條上，當(dāng)磁鋼靠近霍爾傳感器的時(shí)候，傳感器輸出一個(gè)無(wú)抖動(dòng)的低電平，單片機(jī)根據(jù)此信號(hào)可計(jì)算里程、速度等?；魻杺鞲衅鞯膬?yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定和安裝簡(jiǎn)易，缺點(diǎn)是成本較高。附錄程序流程圖及程序代碼主程序流程圖:中斷服務(wù)子程序流程圖:-9-開(kāi)始JL初

12、始化設(shè)置特殊寄存器、置定時(shí)定時(shí)常數(shù)設(shè)置計(jì)數(shù)器關(guān)鍵字JL開(kāi)中斷仿真截圖:-10-7.74m/s-11-全程平均速度里程運(yùn)行時(shí)間顯示RCATI(v=6.SSm/iSp25kmth)R也I_L1e 咋 5運(yùn)行過(guò)程5秒內(nèi)當(dāng)前速度LCDiCHHQLfllVTM6叩WlUn.i/inFCM/T1nsffJV.P37/TTKTML1JCTAL1ACTmrPQAADVAA1+F31VASnu心由510歸.5|仃F3M11n-i-ira.Irt-K-SFtfidL-BL41.?0n68,45n罰日：麗：22全部運(yùn)行結(jié)果（含超速報(bào)警）全部運(yùn)行結(jié)果（未超速，報(bào)警燈未亮）-12-程序代碼:#include#inclu

13、de/包含_nop_();函數(shù)定義的頭文件voidtimer0_int();sbitLED=P3A7;sbitE=P3A2;/1602使能引腳sbitRW=P3A1;/1602讀寫(xiě)引腳sbitRS=P3A0;/1602數(shù)據(jù)/命令選擇引腳unsignedcharhour,minute,second;unsignedcharn,count;unsignedlonglengthbuf,lengthvalue;unsignedcharcodeTable=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f;/09的共陰極七段管代碼uns

14、ignedcharcodeTable1=0 xbf,0 x86,0 xdb,0 xcf,0 xe6,0 xed,0 xfd,0 x87,0 xff,0 xef;/09的共陰極七段管代碼，帶小數(shù)點(diǎn)voidDelay0(intTimes);voidDisplay();voiddelay()/延時(shí)5US_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();bitBusy(void)讀狀態(tài)函數(shù)，判斷液晶模塊的忙碌狀態(tài)bitbusy_flag=0;RS=0;RW=1;-13-E=1;delay();busy_flag=(bit)(P0&0 x80);E=0;-14-re

15、turnbusy_flag;voidwcmd(unsignedchardel)/將模式設(shè)置指令或顯示地址寫(xiě)入液晶模while(Busy();RS=0;RW=0;E=0;delay();P0=del;delay();E=1;delay();E=0;voidwdata(unsignedchardel)/將數(shù)據(jù)(字符ASCII碼)寫(xiě)入液晶模塊while(Busy();RS=1;RW=0;E=0;delay();P0=del;delay();E=1;delay();E=0;voidL1602_init(void)/初始化液晶模塊wcmd(0 x38);/功能設(shè)置，8位字長(zhǎng)，2行，5*7點(diǎn)陣wcmd(0

16、 x0c);/顯示設(shè)置，顯示屏右移wcmd(0 x06);/顯示設(shè)置，光標(biāo)右移，字符不移wcmd(0 x01);/活屏命令voidL1602_string(unsignedcharhang,unsignedcharlie,unsignedcharp)-15-/將數(shù)據(jù)寫(xiě)云液晶模塊unsignedchara;if(hang=1)a=0 x80;if(hang=2)a=0 xc0;/顯示在第一行a=a+lie-1;wcmd(a);wdata(p);voidtimer0_int()interrupt1using3中斷，用丁構(gòu)成時(shí)鐘n+;if(n=100)n=0;count+;second+;if(se

17、cond=60)second=0;minute+;if(minute=60)minute=0;hour+;if(hour=24)hour=0;if(count=5)count=0;lengthvalue=(TL1+TH1*256)*215-lengthbuf;lengthbuf=(TL1+TH1*256)*215;TH0=0 xd8;TL0=0 xf0;/顯示在第一行-16-inttimer()總時(shí)間unsignedchara=100;unsignedcharb;b=second+minute*60+hour*60*60;/以秒為單位計(jì)算運(yùn)行-17-returnb;voidDelay0(int

18、Time)(inti;unsignedcharj;for(i=0;iTime;i+)(for(j=0;j150;j+)(voidDisplay(unsignedintx)小最局速度(unsignedcharslc;unsignedchara,b,c,d;slc=0 xef;a=x/1000;b=(x-a*1000)/100;c=(x-a*1000-b*100)/10;d=x%10;/延時(shí)子程序/在LED七段管中顯/LED七段管選通(P2=slc;各個(gè)位掃描顯示slc=slc1;P1=Tablea;Delay0(10);P2=slc;slc=slc1;P1=Table1b;Delay0(10);

19、P2=slc;slc=slc1;P1=Tablec;Delay0(10);/分別將最大速度的-18-P2=slc;slc=slc0)v=length/timer();vnow=lengthvalue/5;if(vnow=695)LED=0;elseLED=1;25km/h),則報(bào)警燈亮Display(vnow);度(5秒內(nèi))速度/計(jì)算速度/計(jì)算當(dāng)前速度（5秒內(nèi)）/速度超過(guò)6.95m/s（即/在LED七段管上顯示當(dāng)前速-20-L1602_string(1,2,p);L1602_string(1,3,e);a=(v/1000);b=(v-a*1000)/100;c=(v-a*1000-b*100)/10;d=v%10;second1=second/10;second2=second%10;minute1=minute/10;minute2=minute%10;hour1=hour/10;hour2=hour%10;L1602_string(1,1,s);/計(jì)算速度的各個(gè)進(jìn)位/計(jì)算分秒時(shí)的十位與個(gè)位/在LCD相應(yīng)位置顯示變量或-21-L1602_string(1,4,e);L1602_string(1,5,d);L1602_string(1,6,);L1602_string(1,7,L);L1602