1、（2011届）毕业设计题目自行车里程表设计姓名专业电子信息工程班级学号指导教师导师职称年月日自行车里程表的设计摘要在自行车行驶的过程当中，自行车里程表是为使用者及时的提供动态驾驶信息的重要仪表，它的性能好坏直接的影响了交通和人身安全。传统机械式里程表由于受装置元件的影响，使得在车辆高速行驶的时候，造成里程表指示的不稳定，反映迟钝甚至失效。使车辆使用者不能及时的准确的收集到车辆的实时信息，从而无法掌握车辆的行驶状态，容易造成交通事故和威胁到人身安全。在电动自行车越来越多的同时，避免因车速原因而所造成事故的需要性越来越迫切，所以对里程表进行更有效的设计是很重要的。本设计所介绍的自行车里程表是基于A
2、T89C52单片机和霍尔传感器的车速和里程测量系统。同时，本设计还采用了4位数码管显示模块以及按键切换显示模块；运用KEILC51编程软件工具进行软件部分的设计。本文介绍的速度与里程表设计以单片机和霍尔传感器为核心，传感器将不同车速转变成的不同频率的脉冲信号输入到单片机进行控制与计算再采用LED模块进行显示使得电动自行车的速度与里程数据能直观的显示给使用者。关键词单片机,霍尔传感器，数码管显示，里程表ITHEDESIGNOFBICYCLEODOMETERABSTRACTINTHEPROCESSOFMOVINGBICYCLES,BICYCLEODOMETERISFORUSERSTOPROVIDE
3、TIMELYINFORMATIONONIMPORTANTDYNAMICDRIVINGINSTRUMENT,ITSPERFORMANCEHASADIRECTIMPACTONTRAFFICANDPERSONALSAFETYTRADITIONALMECHANICALODOMETERDUETOTHEIMPACTOFFLEXIBLESHAFTMAKESHIGHSPEEDDRIVING,CAUSINGINSTABILITYODOMETERDIRECTIONS,REFLECTINGTHESLOWOREVENFAILTHEVEHICLEUSERCANNOTBETIMELYANDACCURATEREALTIME
4、INFORMATIONCOLLECTEDFROMVEHICLES,WHICHCANNOTGRASPTHESTATEOFTHEVEHICLE,COULDEASILYLEADTOACCIDENTSANDTHREATSTOPERSONALSAFETYATTHESAMETIMEMOREANDMOREELECTRICBICYCLE,TOAVOIDACCIDENTSCAUSEDBYSPEEDBECAUSEOFMOREPRESSINGNEEDS,SOTHEODOMETERFORMOREEFFECTIVEDESIGNISVERYIMPORTANTTHEDESIGNPRESENTEDISBASEDONAT89C
5、52MICROCONTROLLERBICYCLEODOMETERANDHALLSENSORSPEEDANDMILEAGEMEASUREMENTSYSTEMATTHESAMETIME,THISDESIGNALSOFEATURESFOURDIGITALDISPLAYANDKEYSWITCHMODULEDISPLAYMODULEUSINGKEILC51PROGRAMMINGSOFTWARETOOLSSOFTWAREPARTOFTHEDESIGNTHISARTICLEFIRSTINTRODUCESTHEODOMETERTHATSPEEDTHEDEVELOPMENTOFTHETRENDSANDTHEFU
6、TURESTATUSSECONDLY,INTRODUCEDTHEOUTSTANDINGADVANTAGESOFTHISDESIGNTHENTHEWORKREQUIREMENTSUNDERTHEODOMETERCHOOSETHERIGHTOFTHESENSOR,MICROCONTROLLERDENGCOMPONENTSTONGSHI,ACCORDINGTOTHEUSEOFODOMETERTODESIGNTHEAPPROPRIATEHARDWARESCHEMATICSFINALLY,THEHARDWAREDESIGNANDSOFTWAREDESIGNPROCESSCORRESPONDINGKEYW
7、ORDSMICROCONTROLLER,HALLSENSOR,DIGITALTUBEDISPLAY,ODOMETERII目录摘要III第一章绪论111课题的来源112车速里程表的国内外现状及发展趋势113小结3第二章自行车里程表系统421车辆常用里程表比较422常用传感器里程表比较4221基于能变磁阻式的传感器里程表4222基于霍尔效应式传感器里程表423霍尔传感器突出的优点524小结5第三章自行车里程表的硬件设计731具体硬件电路及工作原理732其他外围硬件电路8321电源电路8322位串行静态显示电路833单片机的选用11331单片机的选用11332AT89C52单片机简介1134传感器的
8、选用12341传感器的选用原则12342传感器的选用13343霍尔传感器介绍1335系统概述1636小结16第四章自行车里程表的软件设计1741系统软件总体设计1742系统软件模块框图18421数据处理19422键盘控制1943中断20431中断优先级的设定2044数据处理子程序21III441处理车速子程序21442显示子程序2245软件开发环境2246小结23第五章设计结果分析2451信号采集及处理结果2452运行调试结果2553数据结果误差测试结果2654小结27第六章总结与展望28参考文献29致谢30附录原理图31附录主要程序部分32毕业设计0第一章绪论11课题的来源从保护环境和经济条
9、件许可等因素综合来看自行车目前乃至今后都有着广阔的发展空间目前市面上自行车的速度表和里程表都是机械的看起来不够直观与方便如果能用基于单片机系统与霍尔传感器为基础以及用LED直接显示出来里程数或速度值就可节省用户的时间及精力处理自行车行进过程中的突发事件。车速里程表是仪表板当中最重要的部分，它显示了车辆的速度和行驶里程。车速里程表实际上是由两个部分组成，一个是车速部分，另外一个是里程部分。传统的机械式车速里程表连接了一根内有钢丝缆的软轴，软轴另一端连接到变速器上面，齿轮的旋转通过钢丝缆旋转带动里程表罩圈内一块磁铁而旋转，磁铁转速快慢引起了磁力线的变化，指针平衡被打破因此偏离了零点位置，指示数值。
10、这种车速里程表简单又实用，曾被广泛的用在各种车辆上。但是这种仪表看起来不太直观与方便。本设计采用数码管可以直接显示里程数或速度值，这样的设计可为用户带来方便，也降低由于用户精力不集中而造成事故的几率。随着电子技术的发展，电子式里程表越来越多地被用于各种车载仪表中。本设计里程表是数字式仪表，它从霍尔传感器获取里程信号；车速表则是利用了霍尔效应作用，使霍尔传感器产生的信号与车辆行驶速度成比例，通过单片机处理，数值结果在数码管上显示。为了使用方便，现在的车速里程表同时设有总里程和单程里程两项，总里程用来记录车辆累计行驶的路程，单程里程用来记录车辆单程行驶路程。单程里程还可以通过复位置零12。12车速
11、里程表的国内外现状及发展趋势随着交通工具多样化，里程表已经被广泛应用于各类车辆，传统的机械式里程表由于受到了软轴影响，稳定度不高，而且功能单一、易磨损。随着电子技术的不断发展，电子式里程表被广泛的应用，现在很多车辆已经使用电子车速里程表，本设计就自行车里程表的设计1介绍一种基于单片机和霍尔传感器的数字式里程表。该数字式里程表主要由车速表和里程表两个部分组成，其传感器采用霍尔传感器。它不仅可以显示车速，也可显示一段时间的阶段路程，还可以显示车辆行驶的时间等功能，并具有较强的功能扩展性。传统的车辆转速里程表功能有两个一是用指针指示出车辆行驶的实时车速；二是用机械计数器记录车辆行驶里程。并且传统机械
12、式车辆的速度表连接了一条软轴，软轴另一端连接到变速器的其中一个齿轮上，齿轮的旋转带动软轴内的钢丝缆转动，使得里程表罩圈内的一块磁铁旋转，磁铁旋转速度的快慢引起磁力线大小的变化，打破了指针的平衡，使指针了偏离零点位置，指示出数值。这种车速里程表简单实用，曾经被广泛应用于各种车辆上3。但是随着现代车辆各种性能都在飞速的发展，车辆性能的提高，旧的里程表已经不能适应用于现代化的车辆当中；而且对于不同的车型，旧款里程表的安装也受到了软轴长度、弯曲度等的限制。现代车速里程表为性能可靠的电子式仪表，其主要优点如下1电子式里程表能够提供大量复杂的信息。随着车辆行驶和工作状态的信息量的显著增加，车辆电子里程表能
13、够迅速、准确、直观地显示出车速，里程信息，而且显示的信息量大。2电子式里程表具有体积小、重量轻等优点。而且小型化、电子化的仪表盘还能适应于各种传感器或控制系统的电子化，节省了车辆仪表盘的空间，而且还能进行更大的信息处理。3高精度和高可靠性。由于实现了里程表的电子化，可以为使用者提供高精度的数据信息，也可以减少传统里程表中那些机械部分，从而改善并且提高了仪表的可靠性能和稳定性能。4具有一表多用的功能。采用数字显示能够进行分时显示，并可同时切换界面能显示几个参数，使得仪表盘更加简单化和清晰化4。毋庸置疑，车辆仪表的电子化、数字化和智能化是车辆仪表的发展方向，车用数字仪表的研究是国内外正在探索的一个
14、新兴领域，集单片机控制技术、传感技术、信号处理技术等多门学科交叉的应用研究，属于世界车载装置领域的前沿性课题。随着现代车辆工业和电子技术的不断发展，车辆中各种系统和器件日趋复杂，车辆行驶和毕业设计2工作状况的信息量不断增加。车辆仪表的功能已经不仅仅是单纯的指示，而是通过对车辆各部件参数的监测与微处理机控制配套，从而达到控制车辆各种运行工作情况的目的。全数字式车辆仪表，是现在和未来车辆仪表显示装置的主导技术和重点发展方向。具体体现在以下几个方面1多功能化；2数字化；3更好的视觉性；4信息化和网络化5。车辆电子仪表向着多功能性、更高智能化的方向发展，同时车辆仪表的电子数字化，也表数字化水平不高,绝
15、大部分仪表还是机械、模拟式的,而且大多数模拟仪表的体积大、数量多,使得显示系统复杂而拥挤；另外模拟仪表故障发生率较高,增加了事故发生率和经济负担,减小了车辆行使的安全稳定系数。国外车速里程表采用了各大公司自行研制的芯片，不但成本高，而且对车种的适应性较差。不过，随着电子技术的发展，必将促进车辆仪表向高新技术领域、种类繁多、性能卓越的电子数字仪表方向发展613小结目前，国内车辆仪现在很多车辆仪表已经使用了电子车速表。在世界进入数字化时代的今天，车用仪表数字化必将是新世纪车辆发展的必然趋势。新概念车速里程表最直观的变化将是大屏幕的液晶显示器，直接用数字显示时速、路程和行驶的时间。自行车里程表的设计
16、3第二章自行车里程表系统21车辆常用里程表比较传统的自行车里程表一般使用于基于磁电式传感器和单片机。磁电式转速传感器结构简单、成本低，但是存在以下缺点一是其输出信号的幅值会随着转速的变化而变化。如果车速过慢，其输出信号低于1V，电控单元就不能检测。如果车速过快，其输出信号电压值过高，则会出现次脉冲，检测结果与真实转速不符合；二是抗电磁波干扰能力较差。所以这种里程表受到磁电式传感器的影响，不能克服以上缺点。基于霍尔效应式转速传感器和单片机的里程表则能克服上述两个缺点。自行车工作环境较为恶劣，震动性大，油污较多，而霍尔传感器具有无触点、高寿命、高可靠性、无火花、无自激振荡、温度性好、抗污染力强、构
17、造简单、坚固、体积小、耐冲击等优点，凭着这些特点从而决定了选择新型的自行车里程表是个很好的选择7。22常用传感器里程表比较221基于能变磁阻式的传感器里程表能变磁阻式传感器也称电磁感应式传感器，会产生磁脉冲信号，该信号的产生是由于传感器内的转子的转动从而使磁通量的大小发生了变化从而使线圈中的感应电动势也改变。基于这种里程表的优点则是价钱低、形状小、不用外接电源就能产生交流信号、而且温度的稳定性高；不过不好的地方是转子在不转动的时候没有信号的输出，信号跳动的范围取决于传感器里面转轴的旋转速度，需要专门的处理信号的电路，而且传感器内的气体空间必须要小于2MM。222基于霍尔效应式传感器里程表霍尔效
18、应式HALLEFFECT传感器所获得的电压信号，是因为传感器内转轴的转动令磁通量的大小发生了变化。转轴经过传感器中的霍尔器件和永磁铁，磁通量的改变与可变化磁阻式得传感器差不多，不过和可变磁阻式不一样的是霍尔器件所测量的是磁毕业设计4通量的大小而不是变化率。霍尔器件是用介于导体和绝缘体之间的材料制成，需要偏置电流，此传感器随着作用于霍尔器件的磁场的磁通量的增大而增大。霍尔传感器使用了两极半导体做法，使变大、热量的补充以及信号的处理全部集中在一张芯片上。基于霍尔传感器里程表的优点则是价格较便宜、形状小、能测出无转速、有着很好的线条；不过敝处是温度承受力不高（要低于200），传感器的气体间隔要小于2
19、5MM，承压力较小。但对于自行车的工作环境，霍尔式里程表受温度极限、压力敏感方面的影响则较小8。23霍尔传感器突出的优点转速传感器的类型有很多，因为霍尔传感器具有坚固、无触点、构造简单、长寿命、无火花、温度性能好、无自激振荡、体积小、抗污染能力强、可靠性高、耐冲击力强等优点，所以采用霍尔效应式传感器作为设计用转速传感器。该传感器是开关元件，直接输出脉冲频率信号，但是由于存在一些电磁噪声干扰，必须将信号采取过滤无用波以及矫正，提升信号波得精准度和抵抗干扰的能力。处理过的信号则转变成了所需要的方波型信号，然后经过单片机的输入采取能力就能准确的获得他脉冲所产生时间，为了控制单位运算以及提供转速和上截
20、止点的基准信号。用霍尔元件做成的速度传感器，在车辆速度范围内信号的幅度变化不大。并且，还可以利用这些输出信号另有用途，如可以控制牵引力，对车辆的导航系统和发动机以及变速器进行管理等。霍尔传感器的好处还在于信号的输出电压比较高，从而使因为两端受到的侵蚀和电磁干扰等这些外接因素引起的问题不大；抗气体敏感度能力强，受质量和空气的影响力较小等。霍尔效应传感器里程表装置具有诸多优点，它们无减少了质量触点，结构坚固，质量轻，寿命长，安装方便，功耗小，耐震动。同时，装置当中的器件的耐温范围高、抗震能力强，而且传感器当中的磁场的存在不受介质的影响，所以霍尔器件能暴露在空气中，所以能在环境因素不太好的地方进行工
21、作。另外此传感器中的变换器能与处理信号的电路集成在同一片硅片上，体积较小，成本较低，同时具有较好的抗电磁干扰性能9。自行车里程表的设计524小结基于霍尔效应式转速传感器的特点工作电压范围宽；具有高速响应特性及较高的工作频率；输出信号幅值稳定；抗磁场干扰能力强；耐冲击力强等工作特点。考虑到自行车工作环境的恶劣以及其他环境因素所造成的干扰，采用霍尔传感器作为测速传感器，实现对信号脉冲的采集，在某种意义上能够很好的完成数据采集，通过单片机进行计算及显示所需要实现的功能10。毕业设计6第三章自行车里程表的硬件设计31具体硬件电路及工作原理工作原理此设计的优点在于我们能够随时随地的读出速度与里程数，主要
22、是将输到单片机中的传感器信号的频率实时地测出来，但是因为信号的衰减性、干扰等的影响，在单片机接受信号以前要对信号放大并矫形，然后再经过单片机可以得到速度和里程，最好把这些数据储存到相应存储器，并由数码管显示出所测出的速度与里程11。设计时，应综合的思考测量的准确度与系统的反应时间。在本设计中速度是通过测脉冲频率而算出来的，所以有比较高的准确度。在计算里程的时候我们往往要假设自行车是处于理想状态当中的。而实际中，误差往往不会超过数米，而整个里程往往都有几千米，所以误差很小。但是为了能随时的读出数据，系统的所有模块都运用了快捷的算法。另外，还要力所能及的让其他的子模块在编程时具有通用性以及高效性。
23、本设计的所有数据都用4位数码管显示12。硬件设计霍尔传感器测转速或转数如图38所示，在非磁性材料的车轮边上粘一块磁钢，霍尔传感器放在靠近圆盘边缘处，圆盘旋转一周，霍尔传感器就输出一个脉冲，从而可测出转数（计数器），若接入频率计，便可测出转数。图38霍尔传感器测速按照车轮的周长大小，乘以运行时间内测到的转数，其乘积就是单程的行程。自行车里程表的设计732其他外围硬件电路321电源电路如图39所示。电源提供用4组干电池提供电源，给霍尔传感器和单片机系统供电。图39电源电路原理图由于电流可达数值较高,且允许时间较长，所以三极管选用功率高的。二极管用于控制电流大小，避免电流过大烧坏元件。当然，实验设计
24、过程中为了简便，我们用到了干电池。直接用4个15V的电池组经78M05稳压后得到5V电压给单片机系统和霍尔传感器稳定供电。322位串行静态显示电路当单片机进行串行通信时，可设置其工作于同步移位寄存器方式0，以输出显示信息，实现4位数码管的静态显示。系统中，4个共阳极的LED数码管位数字显示电路，驱动数码管显示。该方式无须CPU做不停的扫描，频繁地为显示服务，节省了CPU的时间，软件世界也比较简单。显示电路如图310所示。毕业设计8图3104位串行静态显示电路原理图S0000MV0000KM/HT00H00MINS当前行驶累计里程（单位固定）0000前为KM数，后为M数V当前的行驶速度T每次行车
25、的总时间图311切换次序图1）结构框图AT89C52单片机数码管显示四个AA电池组按键功能选择霍尔传感器图312系统结构图系统由霍尔传感器、按键切换模块、系统化LED显示显示模块、供电模块和单片机构成。由按键切换模块选择显示模式后，单片机实时采集、处理后显示。2）具体硬件电路及工作原理里程、速度等都是由霍尔传感器测量。已知自行车轮胎的直径D，轮子每转动一圈，安装在车轮辐条上的磁钢接近干簧管一次，干簧管闭合，送一个下降沿信号给单片机的外部中断0，产生一次中断，圈数N加1。两个相邻的下降沿脉冲信号的时间由单片机定时器1计算（设为T），那么计算单程累计里程S和当前速度V的公式为SDNVD/T（32）
26、自行车里程表的设计9处理各项数据时同时计算刷新并显示数据。单片机定时器0定时时间为50MS，每20次刷新系统时钟及计算累计行驶时间。图313系统硬件电路图霍尔传感器按键选择显示电源稳压器AT89C52单片机图31仪表总体原理框图整个设计系统以单片机作为核心，由数码管显示、按键切换、电源、霍尔传感器等器件组成。从霍尔传感器得到脉冲信号，经过信号的处理，转变成单片机能够接受到的信号，通过单片机的计算和控制，就可实现车速和里程的显示。按键选择在这里实现的是显示界面的切换，对数码管显示的内容选择，以实现车速、里程、时间的直毕业设计10观显示13。33单片机的选用331单片机的选用鉴于本系统在数据处理上
27、速度的要求，单片机采用美国ATMEL公司所生产的AT89C52单片机。该芯片不但具有MCS5L系列单片机的所有特性，而且片内集成有8K字节的电擦除只读程序存储器。它价格低、引脚功能全，是目前性价比较高的单片机芯片之一。它用ATMEL的高密非易失存储技术制造，并和工业标准MCS51指令集和引脚结构兼容。通过在单块芯片上组合通用的CPLL和FLASH存储器，使AT89C52成为了适用性强的微型计算机。它为许多嵌入式控制应用提供了灵活度和成本低的解决办法。332AT89C52单片机简介1）芯片概述AT89C52是一个低电压、低功耗和高性能的CMOS8位单片机，片内含有8KBYTES能重复进行编写一千
28、次次的只读程序FLASH存储器和256BYTES的随机存取数据存储器，器件由ATMEL公司生产的具有密度高、不容易丢失的存储技术所制造，兼容了标准型MCS51指令系统以及80C51的引脚结构，芯片内集成了可以兼用的中央处理器（8位）和FLASH的存储单元，多功能的微型计算机的AT89C52能为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89C52包含了20对引脚，16对外部双向输入/输出（I/O）端口，并且里面还有2个外部中断接口，16位的可编程定时计数器有3个，2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52能常规的进行编写程序，同时也能在线编程。自行车里程表的设计11图32AT89
29、C52引脚图2）主要功能介绍AT89C52为40脚双列直插封装的8位通用微处理器，引脚分布参照单片机引脚表33表33单片机引脚功能兼容MCS51指令系统8K可重复编写FLASHROM16对双向I/O口2568BIT里部RAM3个16位能编程定时/计数器中断时钟频率024MHZ2个串行中断可编程UART串行通道低消耗闲置和掉电模式软件设置沉睡和唤醒功能AT89C52也可以为很多的嵌入式控制应用提供高度灵活而且价格低廉的方案，特别适合小系统。本系统用到单片机的32个I/O口，选用AT89C52单片机做主系统14。34传感器的选用341传感器的选用原则传感器是各式各样的，即便是对相同种类的测量也可以
30、采用不同工作原理的传感器，因此根据需要来选用最合适的传感器。现在的传感器在原理与结构上有着很大的区别，根据需要来恰当的选择用什么传感器，这是在对某个量进行测量时首先要考虑的。当传感器确定之后，怎样去测量和毕业设计12如何去选择测量所需要的装备也就能定下来了。怎样去选择传感器对最后测量的准确度有着至关重要的作用。1根据测量什么以及测量在什么情况下进行测量来确定的传感器类型根据所要进行的测量对象，考虑采用哪种原理的传感器，本设计需要根据被测量的特点以及传感器的使用条件考虑选用何种类型的传感器，然后再来考虑传感器详细的各项指标。2频率响应特性被测量对象的频率范围是由传感器的频率响应特性决定的，频率响
31、应越高，测量对象的信号的频率范围越宽。在对运动中的对象进行测量时，为了不产生较大的误差，就要对被测量对象的信号特点来确定所需要的传感器的频率响应特性。3灵敏度的选择在一定的线性范围以内，传感器的灵敏度越高则处理信号则越简单。因为当灵敏度比较高时与被测量变化对应的输出信号的值才会比较大，有利于信号的处理。同时又要求传感器本身应具有较高的信噪比；如果被测量是个多维向量，则要求传感器的交叉灵敏度越小越好。4稳定性要使传感器具有较好的稳定性，则传感器必须要有较强的环境适应能力。在选择传感器前，应对传感器的使用环境进行调查，并根据具体的使用环境来选择合适的传感器25。5线性范围传感器的线性范围指的是输入
32、和输出在正相关的范围以内。传感器的量程和其线性范围也是成正比的，且线性范围越大则测量出来的结果越准确。特别是在选择传感器的时候要看看他的量程是不是符合要求。6精度精度是传感器的一个重要性能指标它关系到了整个测量系统与测量精度的一个重要环节。因此，传感器的精度只要能满足整个测量系统的精度要求就可以了，同时要考虑性价比与适用性，不要选得过高15。自行车里程表的设计13342传感器的选用本系统的传感器是安装在车辆的转轴上的，当车辆行驶时传感器随着车轮的旋转从而来采集信号，将采集到的信号又转换为电信号，再送入单片机计算出车的转速。霍尔转速传感器由于具有结构简单、安装方便、价格适中等优点，所以一直被广泛
33、的应用于车辆的自动控制系统当中，所以本设计选用了霍尔传感器16。343霍尔传感器介绍科学家们发现半导体往往具有霍尔效应，而此传感器就是根据半导体的这种特性所制成的霍尔器件所制成的。1）霍尔效应如图34所示，在半导体薄片两端通以控制电流I，并在薄片的垂直方向施加磁感应强度为B的匀强磁场，则在垂直于电流和磁场的方向上，将产生电势差为U的霍尔电压，其等式是UHKIB/D（31）图34霍尔效应图式中D为厚度，K称为霍尔系数，霍尔系数的大小与半导体的材料有关系。B为磁场强度，I为电流。2）霍尔元件根据霍尔效应，霍尔器件是用半导体材料所制造的。其对磁场有很强的敏感度、构造简易、个头小、频率响应宽等优点，因
34、此，在很多领域都有用途。3）霍尔传感器毕业设计14因为霍尔器件所产生的电势差比较小，所以霍尔传感器往往由放大器电路、霍尔器件、补偿温度的电路及稳压电源电路组成。图35霍尔传感器外形霍尔传感器也可称为霍尔集成电路，它外形较小，如图35所示，是其中一种型号的外观。4）霍尔传感器的特性（一）线性型霍尔传感器的特性图36线性型霍尔传感器的特性输出电压与外加磁场强度呈线性关系，如图36所示，可见，在B1B2的强度范围内有较好的线性度，如果其强度超出了这个范围则呈现饱和状态。（二）开关型霍尔传感器的特性如图37所示，其中BOP是打开工作点的磁感应强度，BRP为释放点“闭”的磁感应强度。自行车里程表的设计1
35、5图37开关型霍尔传感器的特性当作用于传感器的磁感应强度大于点BOP时，输出的电平则较低，当磁感应的强度不到BOP时，则其输出的电平就不会发生改变，但是当下降到释放点BRP时，传感器输出的电平从低跃变成高电平。35系统概述1）功能描述以AT89C52型单片机为核心，实时测量并显示自行车行驶过程中的各项参数，包括当前行驶时间、当前行驶里程、当前实时速度等，各参数分屏显示。本设计在车轮运行时才进行时间计算，具有行驶时间准确性，且实用性高。2）操作说明（1）接通电源显示画面；（2）按键选择所需要的界面；（3）接通电源，里程表就开始工作17。36小结本方案的确定以性能可靠，价格便宜，使用及安装方便为主
36、要依据。设计中利用霍尔效应原理来测量自行车行驶的里程和速度，在车轮上布置磁钢，在自行车上安装霍尔效应集成元件，当磁钢随车轮通过霍尔元件时，由霍尔元件检测并发出脉冲给单片机，单片机根据记录的脉冲数和车轮型号大小计算速度、里程数等。毕业设计16第四章自行车里程表的软件设计41系统软件总体设计良好的设计方案可以减少软件设计的工作量和提高软件的通用性，以及提高扩展性和可读性。本设计的软件设计程序流程图如下图41软件设计程序流程图界面显示按键中断处理行车时间刷新并显示行驶时间按键中断处理速度显示实时速度按键中断处理里程数显示里程开始自行车里程表的设计17本系统的设计方案和步骤1）在进行模块划分时要根据系
37、统的需要以及功能要求来进行。2）在明确了软件的开发环境后，再来挑选要用什么语言来设计，然后再去设计模块的功能，最后还要逐个进行调试通过。3）为了易于软件的编制以及调试，必须要知道每个模块间的数据时怎么样来传递的，争取每个模块间的传递少一点，这样就可以使每个模块间的独立性提高。4）注意子程序调用时，中断间的关系，使思路清晰。5）按照开发式软件设计结构，把每个模块有效的结合在一起，即成一个较完善的系统18。42系统软件模块框图如图42所示，本设计软件采用模块化设计方法。整个系统由初始化模块、显示模块、按键选择模块、中断模块等以及其他功能模块组成。初始化模块按键切换模块显示模块中断服务模块调用子程序
38、模块图42系统软件模块图毕业设计18421数据处理本设计使用的霍尔传感器是一块集成芯片。它结合采样和放大功能于一体。首先我们把磁钢放在自行车的车轮上，而对霍尔元件进行适当的安置，当我们完成安装后，转动自行车的车轮，磁钢就跟着一起转动，从而使霍尔传感器周围的磁场会发生变化，这种变化将会导致霍尔电压的变化从而会产生一个变化的信号，再通过其内部的整形和放大。产生了一个适合外部电路的脉冲电压。如果磁钢为1片,转动一圈（设计操作中为了方便，只用一片磁钢），磁场将改变1次，当磁场强度大时输出高电平，当磁场强度低时则输出低电平。所以将会产生1个方波，既每次输出1个方波代表自行车转动了一周。比如我们的自行车车
39、轮在R025M时，通过C2R计算得出车轮的周长C15M。由于每一圈霍尔传感器将输出1个脉冲，当自行车行驶1KM时就会转动667次，这样每1KM将会产生667个脉冲，单片机会对这667个脉冲进行计数。通过单片机计算出来的速度和里程的数据，必须通过BCD码转换才能输出给显示模块。总里程数的显示是出现在自行车启动后，单片机开机经过初始化后显示出来，这样一来用户可以清楚的知道自己的车子已经运行多少公里了19。422键盘控制键盘是实现人机对话的必要设备，用户可用键盘向计算机输入数据和命令。本系统采用独立按键接口，独立式按键是指直接用I/O口线构成单个的按键电路。每一个独立式按键单独占用一根I/O口线。独
40、立式按键接口电路配置灵活，软件结构简单。但每个按键要占用一根I/O口线，适用于按键数量少的键盘20。电路中，按键输入低电平有效。键未按时有上拉电阻保证此时输入为高电平。软件设计程序举例RF2005键盘显示板源程序INCLUDEINCLUDEINCLUDE“SYSTIMERH“INCLUDE“MATHH“INCLUDE“KEYTASKH“自行车里程表的设计19UCHARFIRST_START0UCHARTIMER10/用于进度的显示效果BDATABITISSET0/设置模式标志位正常走时设置模式/UNSIGNEDCHARSETSELECT0/在设置模式ISSET1时，正在被设置的位,对应上面的宏
41、/43中断CPU的运行方向改变的前提是中断要经过硬件系统。计算机在执行程序的时候，因为除了CPU自身的原因以外，还有其他的外界原因，所以对当前正在执行的程序要终止掉，然后去处理相应的程序，当处理以后，再回过头来去执行上面所说的被终止掉的原程序。所以像这种因为外界的原因而把程序在执行的时候中间打断掉的状况叫做“中断”。本设计中，由于一般自行车车轮在R26英寸时，通过CD254计算得出车轮的周长C207M。由于每一圈霍尔传感器将输出1个脉冲，当自行车行驶1KM时会转动484次，这样没1KM将会产生484个脉冲，单片机对这484个脉冲进行计数。当达到这个数时单片机将会产生中断。外部信号由T1引脚输入
42、，每产生一次负跳变计数加1，每输入484个脉冲时计数器发生溢出中断，在中断服务程序中将P10取反一次。T1计数方式工作模式1的模式字为TMOD50H，T0不用，TMOD的低4位可以任意取（但不能进入模式3），现取021。431中断优先级的设定单片机中断优先级的设定由特定的寄存器IP统一管理，它包含了2个中断优先级。软件所制定的每个中断源叫高优先级中断或低优先级中断，并且两级中断还能进行嵌套。高优先级中断源能把正在运行的低优先级中断服务程序终止掉，但也有例外，比如当在执行低优先级中断服务程序的时候它设定了CPU关中断或者不允许某些高优先级中断源的中断。一样等级或低优先级的中断源没法中断正在执行的
43、中断服务程序。所以，在中断系统里面有2个用户无法访问的优先级状态触发器。它们分别指示出CPU是否在执行高优先级或低优先级中断服务程序，从而决定是否屏蔽所有的中断申毕业设计20请。本设计中，可进行按键中断，以切换显示的界面，给使用者提供所需的内容。软件设计举例中断优先级程序HAVEKEY0XFFIP0X10/中断优先级/PT00PS1TR11ES1ET01EA1/44数据处理子程序数据处理子程序包括计算车速子程序、计算单程里程子程序、计算时间子程序等。441处理车速子程序根据输入的脉冲个数来计算出车速，计算方法如下VN/N2R（41）式中V车速；N总的脉冲数；R车轮的半径；N转速传感器一圈的磁铁
44、数。处理车速子程序流程图如图43自行车里程表的设计21开始累计脉冲，计算车速继续累计脉冲N显示车速Y时间到了图43处理车速流程图442显示子程序按键中断调用子程序处理、计算取显示数据送显示数据返回YN显示结束图44子程序流程图通过对显示子程序的调用来实现车速及里程的显示软件设计举例，当前速度数据处理及显示子程序如下VOIDSDPIFSJI0SD2TC1800/SJI毕业设计22ELSESD20QWSD2100000/10000BWSD210000/1000SWSD21000/100GWSD2100/1045软件开发环境随着单片机硬件性能的提高和程序代码量的加大，在编写单片机的应用程序的过程当中
45、，必须能读出程序并且开发效率也是非常重要的。为了能跟上这种变化，很多软件公司都在对单片机高级语言的编译器进行研发。其中德国KEIL公司在研发单片机C语言编译器这块获得了不错的成绩，从编译器、调试器、实时操作系统各方面全部支持8051，生产了以825L等单片为主的产品以及由此派生出去的其他系列22。由KEILSOFTWARE，INCKEILELEKTRONIKGMBH开发的基于80C51内核的微处理器软件开发的平台是KEILC51的集成开发环境，它里面有着多种符合现代工业标准的开发工具，可以完成软件开发的流程。特别是C编译工具在产生代码的精准度以及效率这两块有了不错的水准，并且能附加灵活对选项进
46、行控制，在研发较大项目的时候很理想23。本设计的软件部分全部采用C语言编写，以提高系统的可读性和可移植性。其设计方法和硬件设计相对应，采用模块化的设计思想，将该设计部分划分为相应的程序模块，分别进行设计、调试，增强了程序的可移植性。整个系统软件主要包括数据处理模块、显示模块、数据存储模块等子程序22。46小结本设计以AT89C2051为核心，通过霍尔传感器来检测自行车的运转情况进而实现动自行车的速度，里程的计算及里程的累计、存储，最后用4位的数码管能直观的将速度与里程显示给用户，并且在速度高于一定的值时可自动向用户报警，从而达到智能速度里程表自行车里程表的设计23第五章设计结果分析51信号采集
47、及处理结果传感头和齿圈组成了霍尔式轮速传感器。传感头由永久磁铁、霍尔元件以及电子电路等组成，如图51所示。它的工作原理就是用永磁铁的磁力线穿过霍尔元件通然后向齿轮，齿轮相当于一个集磁器。当齿轮位于图51（A）地方时，因为透过霍尔元件的磁力线的分散，所以磁场比较弱。但齿轮在51（B）地方时，因为透过霍尔元件的磁力的集中，所以磁场比较强。当齿轮开始转动的时候，使得穿过霍尔元件的磁力线的密集度产生了变化，因此引起了霍尔电压的改变，霍尔元件将输出一个MV级的正弦波电压。这个交流信号要经过由电子电路变换成为标准的脉冲电压。图52为霍尔转速传感器电子线路框图。图51霍尔轮速传感器磁路霍尔元件运算放大器施密
48、特发生器输出级图52霍尔轮速传感器电子线路框图毕业设计24由霍尔元件输出的正弦电压，经过放大器放大成振幅较大的电压信号，输人施密特触发器，然后由触发器将正弦波信号转换成标准的脉冲信号再送至放大级放大然后输出。各级波形如图53所示。其工作电压为46V，负载电流为100MA，工作频率为15KHZ，输出电压幅值355V。霍尔式转速传感器需输入6V电源电压，其输出信号电压在551V，即使车速下降至0也不改变。该传感器的响应频率可达15KHZ。图53电子线路的各级波形52运行调试结果自行车里程表的设计25图54调试运行结果程序运行没有错误，可以运行。53数据结果误差测试结果表51数据测试结果预设转速值（
49、M/MIN）实测转速值（M/MIN）误差（）3603754174804953136907052179009151671110112513515301530098线性度分析图55线性度分析图毕业设计26表52线性度分析表功能误差里程10KM的里程误差008KM速度100TIMER_10MS_10SECONDS_BIKEIFSECONDS_BIKE60SECONDS_BIKE0MINUTES_BIKEIFMINUTES_BIKE60MINUTES_BIKE0HOURS_BIKEVOIDTASK_SHURUVOIDIFSHURU0SHURU_FLAG1VOIDDELAY_MSUCHARI毕业设计32UCHARJFORI0IFORJ0J0DIS_BUFF0SPEED_INT/100X0BIFHOURS/100DIS_BUFF00X0ADIS_BUFF1SPEED_INT10DIS_BUFF2SPEED_DEC/100X0BDIS_BUFF3SPEED_DEC100X0B/里程送到缓冲区/VOIDDISBUFFER_TWOVOID自行车里程表的设计33DIS_BUFF0KILOMETER100/10DIS_BUFF1KILOMETER100X0BDIS_BUFF2METER_INT/100DIS_
