1、 郑州航空工业管理学院毕 业 论 文（设 计）2011 届 电气工程及其自动化 专业 10111186 班级题 目 自行车里程速度计设计 姓 名 蓝楚楚 学号 10111186 指导教师 职称 副教授 二 一 一 年 五 月 十七 日内 容 摘 要本论文基于自行车智能设备的种类，结合当前发展趋势，设计一个以单片机为核心，霍尔传感器测量转数，LED 显示数据的自行车里程速度计的硬件设计，实现人们可以随时掌控自行车当前里程和速度。整个系统主要是利用霍尔元件实时的检测发出脉冲信号，然后将其传入到单片机中，经单片机的测量计算将所得数据保存到存储器中。本设计采用AT24C02 存储器，可以实现系统在断电
2、的情况下保存里程数据。单片机得出的数据再由 1602 液晶显示器进行显示，同时为了让设计更加智能，本设计还将采用 HC-SR04 超声波测距模块进行实时测量，每隔一段时间发出超声波脉冲，超声波遇到前方障碍物将返回，从而可以计算超声波从发射到接收的来回时间，经过计算便可得到测量距离。一旦测得距离小于设定的安全距离系统将会产生声光报警信号提醒用户。本设计硬件电路主要包括 AT89C51 单片机最小系统电路、A44E 霍尔传感器检测电路、HC-SR04 超声波测距电路、电源电路以及 LCD1602 液晶显示电路等。软件部分采用汇编语言进行编程，由于本设计侧重于硬件电路的设计，软件部分稍加提到，不作重
3、点分析。关键词单片机；里程速度；霍尔传感器；超声波测距；1602 液晶显示The design of the bicycle mileage speedometerBy:Dong Dongdong Supervisor:Professor,Cui JianfengAbstractThe kinds of intelligent device based on bicycle, this paper combined with the current development trend, design a single-chip microcomputer as the core, hall s
4、ensor revolution, LED display data of bicycle mileage speedometer hardware design, to realize people can control current bicycle mileage and speed at any time. The whole system is mainly the use of hall element real-time detection signal pulse, then passed to the single chip microcomputer, the singl
5、e chip microcomputer measuring calculation to save the data in the memory. This design adopts the AT24C02 memory, can realize system under the condition of the power save mileage data. Single chip microcomputer the data again by 1602 LCD display, at the same time in order to make a design more intel
6、ligent, this design will also be the HC - SR04 ultrasonic ranging module for real-time measurement, ultrasonic pulse every once in a while, ultrasonic encounter obstacles ahead will return, in order to calculate ultrasonic from transmitting to receiving time back and forth, calculate the measured di
7、stance can be got. Once the measured distance is less than the safe distance of setting system will alert users to produce sound and light alarm signal. The design of hardware circuit is mainly including AT89C51 single chip microcomputer minimum system circuit, A44E hall sensor detection circuit, HC
8、 - SR04 ultrasonic distance measurement circuit, power circuit and LCD1602 LCD display circuit, etc. Software using assembly language programming, in part due to the design focused on the design of the hardware circuit, software part slightly mentioned, do not make key analysis. Key wordsSingle chip
9、 microcomputer; The mileage rate; Hall sensor; Ultrasonic ranging; 1602 liquid crystal display (LCD)目 录第 1 章 绪 论 .11.1 课题设计的目的 .11.2 课题研究的主要任务及内容 .2第 2 章 自行车里程速度计整体方案设计 .32.1 任务分析与实现 .32.2 自行车里程速度计硬件设计方案 .42.2.1 里程速度传感器的设计 .42.2.2 硬件系统的工作原理及结构组成 .6第 3 章 硬件电路的总体设计 .73.1 单片机最小系统的设计 .73.1.1 单片机的组成和特点 .
10、73.1.2 复位电路的设计 .93.1.3 时钟电路的设计 .103.2 霍尔传感器检测电路的设计 .113.2.1 传感器的检测原理和检测电路 .123.3 电源电路的设计 .133.4 按键电路的设计 .143.5 外部存储电路的设计 .153.5.1 存储器 AT24C02 工作原理 .153.6 LCD 液晶显示电路的设计 .163.7 HC-SR04 超声波测距传感器电路 .193.8 声光报警电路的设计 .21第 4 章 软件部分概述 .234.1 软件设计概述 .234.2 主程序流程图 .234.3 程序结构简单介绍 .24结论 .25致谢 .26参考文献 .28附录一 系统
11、仿真图 .29附录二 电路原理图 .300第 1 章 绪 论1.1 课题设计的目的本设计开题就要解决的问题就是转速测量问题，目前模拟量的采集这种测量方法已不能跟上现代化科技发展的步伐。因此，本次设计的目的是：利用 AT89C51 单片机设计一种数字化的自行车里程速度计，通过本次论文设计掌握单片机应用性能和强大的引脚功能，加深对硬件电路的分析，提高综合应用能力。随着超大规模集成电路技术的提高，单片机的性能也得到的不断的提高和完善，其具备了集成度高、功能强、速度快、体积小、功耗低、性能可靠、价格低廉等特点。本设计在此基础上，通过单片机控制对自行车里程速度计的硬件设计简单的分析和研究。基于单片机以上
12、的显著特点使其在工业控制领域，家用电器领域和办公自动化领域等占据了举足轻重的位置。本硬件电路设计以单片机为核心元件，以霍尔传感器为测速元件测量轮子转动的次数，然后输出脉冲信号传入单片机，单片机通过内部处理，然后把数据用 LCD 液晶显示器显示出来，并且超声波测距传感器会每隔一段时间发出超声波，超声波遇到阻挡物会原路返回，被超声波测距传感器接收装置所接受信号，一旦检测到的数据小于系统设定的数据，单片机将会控制声光报警器报警和点亮 LED 灯。1.2 课题研究的主要任务及内容本论文设计重点设计整个硬件部分，本次设计的主要任务就是通过单片机的性能设计出用单片机控制各个外围电路，并用自身的定时计数功能
13、来计算出里程和速度数据，同时把数据显示在外围液晶电路中，同时本硬件设计又增加了超声波测距电路，目的是为了使用者的安全，提醒用户前方是否有障碍物，以便做好减速准备。整个核心就是用单片机控制和配合每个外围电路及时有效的把里程和速度信息传递给用户，完1成本次硬件设计任务。整个硬件设计主要内容是：单片机控制各个外围电路，霍尔传感器检测轮子转数和输出脉冲信号，液晶显示器显示里程和速度数据，超声波测距元件发射超声波和接收超声波，通过单片机的定时计算得出被测距离，当被测距离小于系统设定的安全距离时将控制声光报警器发出报警信号和点亮 LED 灯，提醒使用者。2第 2 章 自行车里程速度计整体方案设计2.1 任
14、务分析与实现本次设计首先需要自行车上安装硬件元件，用来测试轮子转数然后转化为里程速度数据，安装的过程就是：需要在自行车的前轮辐条上安装特制磁铁，同时对应辐条的前叉位置上安装霍尔传感器，每当轮动转动时，当磁铁靠近霍尔传感器时，其将发出脉冲信号，单片机通过内部定时器/计数器对脉冲信号进行处理便可把得出的里程速度数据输入到液晶显示器进行显示。霍尔传感器的测速思路为：磁铁每次与霍尔元件接近时发出一个脉冲信号，即轮子转一圈，此时单片机每接收一次脉冲信号将产生一次中断计数，中断数 n 与周长 L 的乘积即为里程数。同时定时器对每次中断进行计时得到轮子转一圈的时间 t，根据时间便可计算出即时速度 V=n*L
15、/t。得出的数据便可通过单片机控制显示器显示出来。实现方法：利用 AT89C51 单片机内部的的计数器 T1 对开关型霍尔传感器产生的脉冲信号进行计数。同时系统已经在硬件的基础上进行软件编程，通过编程对存储在 AT89C51 中数据存储器中的 LCD1602 液晶显示模块和 HC-SR04 超声波测距模块中对应的数据进行处理控制来对各个硬件的执行机构进行准确迅速高效地控制，从而来达到本次论文设计的预期目标，并完成设计中所要求的各项功能。本设计最后所要完成的最终目标是自行车里程速度计具有同时显示里程和速度的功能，同时系统可根据自行车的轮子周长的大小自动将轮子周长的数据经过二进制转换存储到 AT8
16、9C51 的内部数据存储器中，以上周长数据转换可通过软件编程进行控制，而且实时地通过 LCD1602 液晶显示模块进行准确无误的显示，同时用户可以手动的进行按键复位，总的里程数会相继的保存在 AT24C02 软件中，实行断电保护。并且本设计采用当今社会上比较流行的实用的超声波测距技术，能够实时地对自3行车行驶的安全距离进行监控，并将实时的距离数据通过传送装置储存到 AT89C51 单片机内部数据存储器中，并由预先设定的程序对其进行分析并作出相应的处理和控制，一旦自行车在行驶过程中与前方障碍物的距离小于单片机程序中预先设定的安全距离时，超声波测距模块反馈给单片机，然后单片机通过程序中设定的控制指
17、令将 P1.0 端口置成高电平，作为简易的电源通过上拉电阻 R10 再经过三极管放大给报警器供电，产生报警蜂鸣信号，同时经过三极管放大后的电流会流经二极管 D1 使其导通并点亮 LED 灯。2.2 自行车里程速度计硬件设计方案2.2.1 里程速度传感器的设计测速是在各个工农业领域中经常遇到的问题，要测速首先要解决就是采样的问题。本次设计是自行车里程速度计的设计，要求里程速度计整个系统简单，轻便，安装方便等特点，本设计测速采用单片机测速方法，利用脉冲计数法达到测速的目的。自行车轮子的转轴每转动一圈，由于只安装了一个永久磁铁，开关型霍尔元件传感器将会采集到一个固定脉冲信号，然后将信号内部处理后传输
18、到单片机的内部，然后将得出的数据控制液晶显示器显示。目前对自行车转速的测量有霍尔传感器测量、光电传感器测量和光电编码器测量等等，这几种测量方法都是通过在自行车上元件通过测量自行车轮子每转动一圈所产生的脉冲信号，然后根据脉冲数据进行计算，得出里程数。光敏电阻对光特别敏感，外界光源刺激将会导致光敏电阻发出不准确的信号，影响数据的准确度。光敏电阻的一个最大的特点就是对外界环境要求比较苛刻，一旦其外观被泥土灰尘所覆盖将导致传感器不能正常工作，而且要求编码器必须安装在车轮的转动轴上，安装比较复杂，必然提升其价格，不利于普通大众的使用。但是霍尔传感器抗干扰性能比较强，对外界环境要求不高，即使外观被遮挡依然还能继续工作。因
