基于單片機自行車的里程測速儀課程設(shè)計

1、<p><b>　　《基于單片機的</b></p><p>　　自行車?yán)锍瘫?、測速儀》</p><p><b>　　單片機大作業(yè)</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要</b></p>

2、<p><b>　　第一章 系統(tǒng)設(shè)計</b></p><p>　　1.1 設(shè)計任務(wù)和要求</p><p><b>　　1.1.1設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　1.1.2 基本要求</p><p>　　1.2 總體設(shè)計方案</p><p>　　1.2.1系統(tǒng)總

3、體設(shè)計思路</p><p>　　1.2.2方案設(shè)計與討論</p><p><b>　　1.3功能描述</b></p><p><b>　　1.4操作說明</b></p><p><b>　　1.5結(jié)構(gòu)框圖</b></p><p><b>　　1

4、.6原理說明</b></p><p><b>　　第二章 硬件設(shè)計</b></p><p><b>　　2.1 硬件電路</b></p><p>　　2.2　主要元件介紹</p><p><b>　　第三章 軟件設(shè)計</b></p><p>

5、;　　3.1 系統(tǒng)主程序流程圖</p><p><b>　　3.2 仿真截圖</b></p><p><b>　　3.3 源程序代碼</b></p><p>　　基于80C51單片機的</p><p>　　自行車?yán)锍瘫怼y速儀</p><p>　　摘 要：本文介紹了一種基于

6、單片機控制的簡易自動自行車速度以及里程計算系統(tǒng)，包括自行車?yán)锍瘫淼挠布?gòu)成，軟件邏輯以及程序代碼。該里程測速系統(tǒng)以AT89C51作為系統(tǒng)控制核心，采用光電傳感器來檢測信號，通過一定時間間隔內(nèi)對信號的采集，結(jié)合自行車本身車輪參數(shù)，經(jīng)過單片機對采集信號進行分析計算，最終在LCD以及LED上顯示車輛行駛里程、平均速度和瞬時速度，并且具有超速報警功能。</p><p>　　關(guān)鍵詞：自行車測速；單片機；光電傳感器，LCD/

7、LED顯示 </p><p><b>　　一、系統(tǒng)設(shè)計</b></p><p>　　1.1 設(shè)計任務(wù)和要求1.1.1設(shè)計任務(wù)</p><p>　　設(shè)計一個自行車?yán)锍瘫?、測速儀，可以將自行車一段時間內(nèi)的行駛里程，瞬時速度，平均速度在LCD上顯示出來，有一個能用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；<

8、/p><p>　　1.1.2 基本要求</p><p>　　能實時顯示當(dāng)前的車速和行駛里程；</p><p>　　能去除或保留原先的里程數(shù)；</p><p><b>　　電池供電。</b></p><p>　　1.2 總體設(shè)計方案</p><p>　　1.2.1系統(tǒng)總體設(shè)計思路

9、</p><p>　　本系統(tǒng)實現(xiàn)自行車運行過程中對行駛里程、當(dāng)前瞬時速度、平均速度進行測量和顯示?？傮w設(shè)計思路如圖1所示。系統(tǒng)包括控制器模塊、信號檢測采集模塊、顯示模塊、電源模塊四部分。</p><p>　　系統(tǒng)工作時，傳感器采集到信號（用按鍵代表脈沖、或者用頻率輸入代表信號輸入）傳輸給單片機，單片機計數(shù)器統(tǒng)計脈沖個數(shù)，定時器記錄相應(yīng)時間長度，經(jīng)過運算，將行駛里程、平均速度送給LCD顯示，

10、當(dāng)前（瞬時）速度送給7段數(shù)碼管顯示。</p><p>　　1.2.2方案設(shè)計與討論</p><p><b>　　速度測量原理</b></p><p>　　測量自行車的速度的原理有兩種：</p><p>　　測量一定時間間隔t里自行車車輪轉(zhuǎn)過的圈數(shù)q。假設(shè)車輪周長為c，則速度V=c*q/t測量自行車車輪轉(zhuǎn)過一圈的時間t，則

11、速度V=c/t本里程表是根據(jù)第一個原理計算速度的。</p><p><b>　　傳感器的選擇</b></p><p>　　紅外光電傳感器。把紅外對管分別安裝在自行車車輪的兩側(cè)，當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動時，輻條會阻擋紅外對管的光路，接收管輸出低電平，單片機根據(jù)此信號可計算里程、速度等。紅外對管的優(yōu)點是測量精度高，缺點是安裝比較復(fù)雜和容易受外來光線、灰塵等的影響。</p>

12、<p>　　開關(guān)型霍爾傳感器。霍爾傳感器是利用霍爾效應(yīng)把磁輸入信號轉(zhuǎn)換成電信號的器件。把開關(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候，傳感器輸出一個無抖動的低電平，單片機根據(jù)此信號可計算里程、速度等?；魻杺鞲衅鞯膬?yōu)點是穩(wěn)定和安裝簡易，缺點是成本較高。</p><p>　　干簧管。干簧管是一種磁敏的有觸點無源電子開關(guān)元件，應(yīng)用在里程表上的原理與開關(guān)型霍爾傳感

13、器類似，把干簧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候，干簧管閉合，單片機根據(jù)此信號可計算里程、速度等。干簧管的優(yōu)點是成本低廉和安裝簡易，缺點是比較脆弱和不夠穩(wěn)定。</p><p>　　本里程表選用開關(guān)型霍爾傳感器，穩(wěn)定、安裝簡易。</p><p><b>　　顯示模塊的選擇</b></p><p>　　動態(tài)

14、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。但是用動態(tài)掃描的方式驅(qū)動數(shù)碼管，亮度太低，在陽光下幾乎看不見顯示內(nèi)容，失去使用價值。</p><p>　　串行靜態(tài)LED數(shù)碼管顯示。把單片機的串行口設(shè)置為方式0（同步移位寄存器），輸出顯示信息，可實現(xiàn)LED數(shù)碼管的靜態(tài)顯示，其亮度令人滿意。但由于要使用74HC164/74LS164串并轉(zhuǎn)換芯片驅(qū)動LED數(shù)碼管，因此會

15、帶來體積大、成本高、功耗高等的缺點。</p><p>　　LCD液晶顯示模塊。液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等特點，現(xiàn)在字符型液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機應(yīng)用設(shè)計中最常用的信息顯示器件了。</p><p>　　本里程表使用1602 LCD作為顯示模塊。外加四個七段管LED用來顯示5秒內(nèi)的當(dāng)前速度（近似瞬時速度）</p><p><b>　　【功能

16、描述】</b></p><p>　　以AT89C51型單片機為核心，實時測量并顯示自行車行駛過程中的各項參數(shù)，包括當(dāng)前行駛累計時間、當(dāng)前行駛累計里程（m）、當(dāng)前速度（m/s）、平均速度（m/s）、當(dāng)前行駛時間等，各參數(shù)分屏顯示。本里程表具有時鐘功能，不安裝在自行車上時也可作為時鐘使用，實用性高。</p><p><b>　　【操作說明】</b></p

17、><p>　　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，探測器安裝在距離軸心200mm處，探測到一次，車輪轉(zhuǎn)動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2150mm。</p><p>　　附：輪胎直徑大小英寸與厘米對照表</p><p><b>　　【結(jié)構(gòu)框圖】</b&g

18、t;</p><p>　　系統(tǒng)由霍爾元件傳感器、顯示模塊、LED報警模塊、供電模塊和單片機小系統(tǒng)構(gòu)。</p><p><b>　　【工作原理】</b></p><p>　　里程、速度等都是由霍爾元器件測量。通過頻率計或者按鈕輸出脈沖，代表車輪轉(zhuǎn)動圈數(shù)，已知自行車輪胎的周長為2.15m，輪子每轉(zhuǎn)動一圈，安裝在車輪輻條上的磁鋼接近霍爾傳感器一次，傳

19、感器送一個脈沖信號給單片機的外部中斷計數(shù)器T1，產(chǎn)生一次中斷，圈數(shù)加一。圈數(shù)*2.15即為車前進距離，而通過單片機T0定時器記錄時間，間隔5秒，5秒內(nèi)的前進距離除以時間5秒，得到5秒內(nèi)的當(dāng)前速度。而總里程L除以總時間t得到平均速度。</p><p>　　處理速度數(shù)據(jù)時同時刷新平均速度、當(dāng)前速度、運行里程。</p><p>　　若速度大于25km/h（6.95m/s）則P3.7輸出低電平，L

20、ED警示燈亮，提示速度過大。</p><p>　　單片機定時器0定時時間為50ms，每20次刷新系統(tǒng)時鐘及計算累計行駛時間。</p><p><b>　　【具體電路圖】</b></p><p>　　【相關(guān)元器件及其簡介】</p><p>　?。?）AT89C51單片機簡介</p><p>　　AT

21、89C51是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有2K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(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，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

22、。</p><p>　　AT89C51具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k字節(jié)Flash，128字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指針，2個16 位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。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。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器

23、/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。</p><p>　?。?）1602LCD液晶顯示模塊</p><p>　　液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等特點，現(xiàn)在字符型液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機應(yīng)用設(shè)計中最常用的信息顯示器件了。</p><p>　　本里程表使用常見的16

24、02字符型LCD模塊。1602可以顯示2行16個字符，有8位數(shù)據(jù)總線D0-D7，和RS、R/W、E三個控制端口，工作電壓為5V，并且?guī)в凶址麑Ρ榷日{(diào)節(jié)和背光。</p><p><b>　?。?）霍爾元件</b></p><p>　　霍爾傳感器是利用霍爾效應(yīng)把磁輸入信號轉(zhuǎn)換成電信號的器件。把開關(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

25、感器的時候，傳感器輸出一個無抖動的低電平，單片機根據(jù)此信號可計算里程、速度等?；魻杺鞲衅鞯膬?yōu)點是穩(wěn)定和安裝簡易，缺點是成本較高。</p><p>　　附錄　程序流程圖及程序代碼</p><p><b>　　主程序流程圖：</b></p><p>　　中斷服務(wù)子程序流程圖：</p><p><b>　　仿真截圖：

26、</b></p><p>　　用頻率計輸入頻率為5HZ的信號，得到速度10.75m/s</p><p>　　手動按鈕，得到當(dāng)前速度7.74m/s</p><p>　　全部運行結(jié)果（含超速報警）</p><p>　　全部運行結(jié)果（未超速，報警燈未亮）</p><p><b>　　程序代碼：</

27、b></p><p>　　#include<reg52.h></p><p>　　#include<intrins.h> //包含_nop_();函數(shù)定義的頭文件</p><p>　　void timer0_int();</p><p>　　sbit LED=P3^7;</p><p>

28、　　sbit E=P3^2;//1602使能引腳</p><p>　　sbit RW=P3^1;//1602讀寫引腳</p><p>　　sbit RS=P3^0;//1602數(shù)據(jù)/命令選擇引腳</p><p>　　unsigned char hour,minute,second;</p><p>　　unsigned char

29、 n,count;</p><p>　　unsigned long lengthbuf,lengthvalue;</p><p>　　unsigned char code Table[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}; //0~9的共陰極七段管代碼</p><p>　　unsigned

30、char code Table1[]={0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef}; //0~9的共陰極七段管代碼，帶小數(shù)點</p><p>　　void Delay0(int Times);</p><p>　　void Display();</p><p>　　void delay() //延時5U

31、S</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b

32、>　　_nop_();</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　bit Busy(void)//讀狀態(tài)函數(shù)，判斷液晶模塊的忙碌狀態(tài)</p><p><b>　　{</b>

33、;</p><p>　　bit busy_flag = 0;</p><p><b>　　RS = 0;</b></p><p><b>　　RW = 1;</b></p><p><b>　　E = 1;</b></p><p><b>　　

34、delay();</b></p><p>　　busy_flag = (bit)(P0 & 0x80);</p><p><b>　　E = 0;</b></p><p>　　return busy_flag;</p><p><b>　　}</b></p><

35、;p>　　void wcmd(unsigned char del) //將模式設(shè)置指令或顯示地址寫入液晶模塊</p><p><b>　　{</b></p><p>　　while(Busy());</p><p><b>　　RS = 0;</b></p><p><b>　　R

36、W = 0;</b></p><p><b>　　E = 0;</b></p><p><b>　　delay();</b></p><p><b>　　P0 = del;</b></p><p><b>　　delay();</b></

37、p><p><b>　　E = 1;</b></p><p><b>　　delay();</b></p><p><b>　　E = 0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void wdata(un

38、signed char del) ///將數(shù)據(jù)（字符ASCII碼）寫入液晶模塊</p><p><b>　　{</b></p><p>　　while(Busy());</p><p><b>　　RS = 1;</b></p><p><b>　　RW = 0;</b>&

39、lt;/p><p><b>　　E = 0;</b></p><p><b>　　delay();</b></p><p><b>　　P0 = del;</b></p><p><b>　　delay();</b></p><p>&

40、lt;b>　　E = 1;</b></p><p><b>　　delay();</b></p><p><b>　　E = 0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void L1602_init(void) //初始化液

41、晶模塊</p><p><b>　　{</b></p><p>　　wcmd(0x38); //功能設(shè)置，8位字長，2行，5*7點陣</p><p>　　wcmd(0x0c); //顯示設(shè)置，顯示屏右移</p><p>　　wcmd(0x06); //顯示設(shè)置，光標(biāo)右移，字符不移</p><p&

42、gt;　　wcmd(0x01); //清屏命令</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void L1602_string(unsigned char hang,unsigned char lie,unsigned char p) //將數(shù)據(jù)寫入液晶模塊</p><p><b>　　{</b>

43、;</p><p>　　unsigned char a;</p><p>　　if(hang == 1) a = 0x80; //顯示在第一行</p><p>　　if(hang == 2) a = 0xc0; //顯示在第一行</p><p>　　a = a + lie -1;</p><p>&

44、lt;b>　　wcmd(a);</b></p><p><b>　　wdata(p);</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void timer0_int() interrupt 1 using 3 //中斷，用于構(gòu)成時鐘</p><p>&

45、lt;b>　　{</b></p><p><b>　　n++;</b></p><p>　　if(n==100)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　n=0;</b></p><p><b>　

46、　count++;</b></p><p><b>　　second++;</b></p><p>　　if(second>=60)</p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　second=0;</b></p><

47、;p><b>　　minute++;</b></p><p>　　if(minute>=60)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　minute=0;</b></p><p><b>　　hour++;</b>&

48、lt;/p><p>　　if(hour>=24) hour=0;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(count==5)</p>

49、<p><b>　　{ </b></p><p><b>　　count=0;</b></p><p>　　lengthvalue=(TL1+TH1*256)*215-lengthbuf;</p><p>　　lengthbuf=(TL1+TH1*256)*215;</p><p>&

50、lt;b>　　}</b></p><p><b>　　TH0=0xd8;</b></p><p><b>　　TL0=0xf0;</b></p><p><b>　　} </b></p><p>　　int timer() //以秒為單

51、位計算運行總時間</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned char a=100;</p><p>　　unsigned char b;</p><p>　　b=second+minute*60+hour*60*60;</p><p><b>　　re

52、turn b;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void Delay0(int Time) //延時子程序</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　int i;</b

53、></p><p>　　unsigned char j;</p><p>　　for(i=0;i<Time;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　for(j=0;j<150;j++) </p><p><b>　　{</b>&

54、lt;/p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void Display(unsigned int x) //在LED七段管中顯示最高速度</p><p&

55、gt;<b>　　{</b></p><p>　　unsigned char slc;</p><p>　　unsigned char a,b,c,d;</p><p>　　slc=0xef; //LED七段管選通</p><p>　　a= x/1000;</p><p>　

56、　b=( x-a*1000)/100;</p><p>　　c=( x-a*1000-b*100)/10;</p><p><b>　　d= x%10;</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　P2=slc; //分別將最大速度的各個位掃描顯示<

57、;/p><p>　　slc=slc<<1;</p><p>　　P1=Table[a];</p><p>　　Delay0(10);</p><p><b>　　P2=slc;</b></p><p>　　slc=slc<<1;</p><p>　　P1

58、=Table1[b];</p><p>　　Delay0(10);</p><p><b>　　P2=slc;</b></p><p>　　slc=slc<<1;</p><p>　　P1=Table[c];</p><p>　　Delay0(10);</p><p

59、><b>　　P2=slc;</b></p><p>　　slc=slc<<1;</p><p>　　P1=Table[d];</p><p>　　Delay0(10);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　retu

60、rn;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void main()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned char i=0 ;</p><p>　　unsigned int v=0;

61、 //運行速度</p><p>　　unsigned int vnow; //當(dāng)前速度</p><p>　　unsigned int a,b,c,d; //分別顯示速度的十位，個位，十分位，百分位</p><p>　　unsigned long quanshu; //定義車輪轉(zhuǎn)動圈數(shù)</p><p>　　unsign

62、ed long length,length1,length2,length3,length4,length5,length6; //定義運行長度以及長度的各個進位，</p><p>　　unsigned int second1,second2,minute1,minute2,hour1,hour2;</p><p>　　L1602_init();</p><p>

63、　　TMOD=0x51; //定時器T0，計數(shù)器T1，允許外部中斷，T1工作方式01，T0工作方式01</p><p>　　TH1=0x00; //計數(shù)器T1高位裝初值</p><p>　　TL1=0x00; //計數(shù)器T1低位裝初值</p><p>　　ET1=1; //計數(shù)器0開中斷</p><p>　　TR1=

64、1; //計數(shù)器0開始工作</p><p>　　TH0=0XD8; //T0設(shè)置時間常數(shù)</p><p><b>　　TL0=0XF0;</b></p><p><b>　　ET0=1;</b></p><p><b>　　EA=1;</b></p>

65、<p><b>　　TR0=1;</b></p><p>　　IT1=1; //外部中斷1請求觸發(fā)方式</p><p><b>　　EX1=1;</b></p><p>　　P1=0X00; //P1、P2口裝初值，用于LED七段管顯示用</p><p><b>

66、;　　P2=0xff;</b></p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　quanshu=TL1+TH1*256; //計算車輪旋轉(zhuǎn)圈數(shù)</p><p>　　length=quanshu*215; //騎行距離

67、</p><p>　　//計算里程各個進位</p><p>　　length1=length/100000;</p><p>　　length2=(length-length1*100000)/10000;</p><p>　　length3=(length-length1*100000-length2*10000)/1000;</p&

68、gt;<p>　　length4=(length-length1*100000-length2*10000-length3*1000)/100;</p><p>　　length5=(length-length1*100000-length2*10000-length3*1000-length4*100)/10;</p><p>　　length6=length%10;<

69、;/p><p>　　if(timer()>0)</p><p>　　v=length/timer(); //計算速度</p><p>　　vnow=lengthvalue/5; //計算當(dāng)前速度（5秒內(nèi)）</p><p>　　if(vnow>=695) LED=0;else LED=1; //速度超過6.

70、95m/s(即25km/h)，則報警燈亮</p><p>　　Display(vnow); //在LED七段管上顯示當(dāng)前速度（5秒內(nèi)）速度</p><p>　　Delay0(20);</p><p>　　a=(v/1000); //計算速度的各個進位</p><p>　　b=(v-a*1000)/10

71、0;</p><p>　　c=(v-a*1000-b*100)/10;</p><p><b>　　d=v%10;</b></p><p>　　second1=second/10; //計算分秒時的十位與個位</p><p>　　second2=second%10;</p><p>　

72、　minute1=minute/10;</p><p>　　minute2=minute%10;</p><p>　　hour1=hour/10;</p><p>　　hour2=hour%10;</p><p>　　L1602_string(1,1,'s'); //在LCD相應(yīng)位置顯示變量或者常量</p

73、><p>　　L1602_string(1,2,'p');</p><p>　　L1602_string(1,3,'e');</p><p>　　L1602_string(1,4,'e');</p><p>　　L1602_string(1,5,'d');</p>&l

74、t;p>　　L1602_string(1,6,' ');</p><p>　　L1602_string(1,7,'L');</p><p>　　L1602_string(1,8,'=');</p><p>　　L1602_string(1,9,length1+48);</p><p>　　

75、L1602_string(1,10,length2+48);</p><p>　　L1602_string(1,11,length3+48);</p><p>　　L1602_string(1,12,length4+48);</p><p>　　L1602_string(1,13,'.');</p><p>　　L1602_s

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