机械电子工程毕业设计-基于51单片机的自行车测速系统设计.doc

1、本科毕业论文（20 届）基于 51 单片机的自行车测速系统设计所在学院专业班级 机械电子工程学生姓名指导教师完成日期诚信声明 本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 基于 51 单片机的自行车测速系统设计 1设计的主要任务及目标设计自行车测速系统，实现对速度、里程等的测量及显示，并具备超速报警功能；熟练掌握 51 单片机的应用；完成系统整体设计，硬件设计；完成程序编制及调试。2设计的基本要求和内容(1) 查阅资料，完成开题报告；(2) 熟悉 51 单片机开发工具，了解自

2、行车测速系统相关知识；(3) 系统整体方案设计；(4) 硬件设计，完成系统硬件选择及相关电路绘制工作；(5) 系统软件设计，完成程序的编制及调试；（6）毕业设计说明书；3主要参考文献1李朝青. 单片机原理及接口技术. 北京: 北京航空航天大学出版社, 19942张洪润, 张亚凡. 传感器技术与应用教程. 北京: 清华大学出版社, 20053陈伟.基于单片机的测速仪J.电子制作.2008(10)4进度安排设计各阶段名称 起 止 日 期1 查阅资料，学习基于单片机控制系统设计思路2013.12-2014.02 2 撰写开题报告，进行开题答辩 2014.03-2014.033 设计硬件电路，绘制电路

3、原理图 2014.04-2014.044 系统软件设计，编写程序 2014.05-2014.055 修改毕业设计说明书，进行毕业答辩 2014.05-2014.06基于 51 单片机的自行车测速系统设计摘要：随着居民生活水平的不断提高，自行车不再仅仅是普通的运输、代步的工具，而是成为人们娱乐、休闲、锻炼的首选。因此，为了满足人们对自行车更强大功能的要求，给人们带来更多的方便，设计一种体积小、操作简单的便携式自行车里程速度器，它能自动地显示当前自行车行走的距离及运行的速度。本论文主要阐述一种基于霍尔元件的自行车里程速度器的设计。以 AT89C52 单片机为核心，A44E 霍尔传感器测转数，实现对

4、自行车里程/速度的测量统计，采用 24C02 实现在系统掉电的时候保存里程信息，并能将自行车的里程数及速度用 LED 实时显示。关键词：里程/速度，霍尔元件,AT89C52 单片机，LED 显示Bicycle speed system design based on 51 single chip microcomputer Abstract: With the continuous improvement of living standards, the bicycle is not only the common transport, transport tool, but become e

5、ntertainment, leisure, exercise of choice. Therefore, in order to satisfy the people to the bicycle more powerful, brings more convenience to people, the portable bicycle mileage speed sensor design of a small volume, simple operation, it can automatically display the distance and the bicycle runnin

6、g speed. This paper mainly expounds a kind of design speed bicycle mileage is based on Holzer element. AT89C52 microcontroller as the core, measuring speed A44E Holzer sensor, measuring the speed of the bicycle mileage / statistics, using 24C02 to realize saving mileage information when the power is

7、 off, and the bicycle mileage and speed with the LED real time display.Keywords: mileage / speed, Holzer element, AT89C52 microcontroller, LEDI目 录1 前言 .11.1 课题产生的背景 .12 总体方案设计 .32.1 任务分析与实现 .32.2 硬件方案设计 .42.2.1 里程/速度测量传感器的设计 .42.2.2 方案的确定 .52.3 软件方案设计 .63 系统硬件设计 .73.1 概述 .73.2 传感器及其测量系统 .73.2.1 霍尔传感

8、器的测量原理 .83.2.2 集成开关型霍尔传感器 .83.3 单片机的选型 .103.3.1 单片机概述 .103.3.2 单片机中断系统 .103.3.3 单片机定时/计数功能 .113.4 其他器件的选型 .123.4.1 存储器 .123.4.2 74LS74 芯片 .133.4.3 74LS244 芯片的介绍 .143.5 电路设计 .143.5.1 时钟电路设计 .143.5.2 复位电路的设计 .153.5.3 显示电路的设计 .163.5.4 报警电路的设计 .184 系统软件设计 .194.1 总体程序设计 .194.2 中断子程序的设计 .21II4.3 数据处理子程序的设

9、计 .224.3.1 里程计算子程序 .224.3.2 速度计算子程序 .234.4 显示子程序设计 .245 系统调试与分析 .265.1 系统调试 .265.1.1 调试系统简介 .265.1.2 系统仿真 .265.2 调试故障及原因分析 .27总 结 .29参考文献 .30致 谢 .32附录 1 电路原理图 .33附录 2 程序清单 .3411 前言单片机自20世纪70年代问世以来，作为微计算机一个很重要的分支，应用广泛，发展迅速，已对人类社会产生了巨大的影响。目前，单片机的应用已经渗透到国民经济与人们生活中的各个领域。各类导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传

10、输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的手机充电器电话电风扇录像机摄像机全自动化洗衣机的控制，以及遥控玩具电子宠物等等，这些都离不开单片机。随着居民生活水平的不断提高，自行车不再仅仅是普通的运输、代步的工具，而是成为人们娱乐、休闲、锻炼的首选。因此，人们希望自行车的功用更强大，能给人们带来更多的方便。自行车里程速度表作为自行车的一大辅助工具也正是随着这个要求而迅速发展的，其功能也逐渐从单一的里程显示发展到速度、时间显示，甚至有的还具有测量骑车人的心跳、显示骑车人热量消耗等功能。本设计采用了MCS-51 系列单片机设计一种体积小、操作简单的便携式自行车里程速度器，它能自动地显示当前自行

11、车行走的距离及运行的速度。1.1 课题产生的背景 自行车被发明及使用到现在已有两百多年的历史，这两百年间人类在不断的尝试与研发过程中，将玩具式的木马车转换到今日各式新颖休闲运动自行车，自行车发展的目的也从最早的交通代步的工具转换成休闲娱乐运动的用途。1791 年，法国人西弗拉克发明了最原始的自行车。它只有两个轮子而没有传动装置，人骑在上面，需用两脚蹬地驱车向前滚动。1801 年，俄国人阿尔塔马诺夫设计出世界上第一辆用踏板踩动的自行车。1817 年德国人德雷斯在自行车上装了方向舵，使其能改变行使方向。1839 年，苏格兰人麦克米伦制造出木制车轮，装实心橡胶轮胎、前轮小、后轮大、坐垫较低、装有脚踏

12、板和曲柄连杆装置，骑者可以双脚离开地面的自行车。同年，麦克米伦又将木制自行车改为铁制自行车。1867 年，英国人麦迪逊设计出第一辆装有钢丝辐条的自行车。1869 年德国斯图加特出现了由后轮导向和驱动的自行车，同时车上采用了滚动轴承、飞轮、脚刹、弹簧等部件。1886 年英国人詹姆斯把自行车前后轮改为大小相同，并增加了链条，使其车型与现2代自行车基本相同。1887 年，德国曼内斯公司将无缝钢管首先用于自行车生产。1888 年英国人邓洛普用橡胶制造出内胎，用皮革制造出外胎， ，以次作为自行车的充气轮胎。从此，基本奠定了现代自行车的雏形。时至今日，自行车已成为全世界人们使用最多，最简单，最实用的交通工

13、具。随着居民生活水平的不断提高，自行车不再仅仅是普通的运输、代步的工具，而是成为人们娱乐、休闲、锻炼的首选。因此，人们希望自行车的功用更强大，能给人们带来更多的方便。自行车里程速度表作为自行车的一大辅助工具也正是随着这个要求而迅速发展的，其功能也逐渐从单一的里程显示发展到速度、时间显示，甚至有的还具有测量骑车人的心跳、显示骑车人热量消耗等功能。本设计采用了MCS-51 系列单片机设计一种体积小、操作简单的便携式自行车里程速度器，它能自动地显示当前自行车行走的距离及运行的速度。 单片微型计算机自 1976 年问世以来发展非常迅速，现在已成为微型计算机一个很重要的分支，在现实生活中应用越来越广泛，

14、已经对人类产生了巨大的影响，尤其是美国 Intel 公司的 MCS51 系列单片机，由于其集成度高、处理功能强、性能价格比高、可靠性高、系统结构简单，可以灵活的与其他芯片组成众多的测量电路用于速度、温度、深度、高度、湿度、光强等方面的测量和研究等特点，在我国现代化生活、生产中已经得到了广泛的应用，如在工业检测控制、仪器仪表、电子工业、机电一体化等众多领域取得了令人瞩目的成果。本设计利用 MCS51 系列单片机扩展方便、可靠性能高、处理功能强、速度高等特点，实现对自行车里程和速度的测量1。32 总体方案设计2.1 任务分析与实现设计的任务是：以通用 MCS-51 单片机为处理核心，用传感器将车轮

15、的转数转换为电脉冲，进行处理后送入单片机。里程及速度的测量，是经过 MCS-51 的定时/计数器测出总的脉冲数和每转一圈的时间，再经过单片机的计算得出的，其结果通过LED 显示器显示出来。本系统总体思路如下：假定轮圈的周长为 L，在轮圈上安装 m 个永久磁铁，则测得的里程值最大误差为 L/m。经综合分析，本设计中取 m=1。当轮子每转一圈，通过开关型霍尔元件传感器采集到一个脉冲信号，并从引脚 P3.2 口中断 0 端输入，传感器每获取一个脉冲信号即对系统提供一次计数中断。每次中断代表车轮转动一圈，中断数 n 轮圈的周长为 L 的乘积为里程值。计数器 T1 计算每转一圈所用的时间 t，就可以计算

16、出即时速度 v。当里程键按下时，里程指示灯亮，LED 切换显示当前里程，与当速度键按下时，速度指示灯亮，LED 切换显示当前速度，若自行车超速，系统发出报警信号，指示灯闪烁。要求达到的各项指标及实现方法如下：(1) 利用霍尔传感器产生里程数的脉冲信号；(2) 对脉冲信号进行计数；实现：利用单片机自带的计数器 T1 对霍尔传感器脉冲信号进行计数。(3) 对数据进行处理，要求用 LED 显示里程总数和即时速度。实现：利用软件编程，对数据进行处理得到需要的数值。最终实现目标：自行车里程速度器具有里程、速度测试与显示功能，采用单片机作控制，可根据车圈的不同设置常用的四种尺寸，显示电路可显示里程及速度。

17、整个设计过程包括硬件电路的搭建，软件的编程，系统的调试，调试通过后，固化程序，脱离开发系统运行。42.2 硬件方案设计2.2.1 里程/速度测量传感器的设计（1）速度传感器的选用测速是工农业生产中经常遇到的问题，学会使用单片机技术设计测速仪表具有很重要的意义。要测速，首先要解决是采样的问题。在使用模拟技术制作测速表时，常用测速发电机的方法，即将测速发电机的转轴与待测轴相连，测速发电机的电压高低反映了转速的高低。使用单片机进行测速，可以使用简单的脉冲计数法。只要转轴每旋转一周，产生一个或固定的多个脉冲，将脉冲送入单片机中进行计算，即可获得转速的信息。常用的测速元件有霍尔传感器、光电传感器和光电编

18、码器2。 霍尔传感器霍尔传感器是对磁敏感的传感元件，常用于信号采集的有A44E、CS3020、CS3040 等，这类传感器是一个 3 端器件，外形与三极管相似，只要接上电源、地，即可工作，通常是集电极开路（OC 门）输出，工作电压范围宽，使用非常方便。A44E 的外形如图 2.1 所示。A 4 4 E1 2 31-Vcc 2-GND 3-OUT图 2.1 A44E 外形图使用霍尔传感器获得脉冲信号，其机械结构也可以做得较为简单，只要在转轴的齿轮盘上粘上一粒磁钢，霍尔元件固定在前叉上，当车子转动时霍尔元件靠近磁钢，就有信号输出，转轴旋转时，就会不断地产生脉冲信号输出。如果在齿轮盘上粘上多粒磁钢，可以实现旋转一周，获得多个脉冲输出。在粘磁钢时要注意，霍尔传感器对磁场方向敏感，粘之前可以先手动接近一下传感器，如果没有信号输出，可以换一个方向再试。这种传感器不怕灰尘、油污，在工业现场应用广泛。 光电传感器光电传感器是应用非常广泛的一种器件，有各种各样的形式，如透射式、反射式等，基本的原理就是当发射管光照射到接收管时，接收管导通，反之关断。以红