基于單機(jī)片自行車歷程表系統(tǒng)設(shè)計

1、基于單機(jī)片自行車歷程表系統(tǒng)設(shè)計摘要：自行車作為一種重要的旅游工具, 即使在當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展下, 在各種新型運輸設(shè)備的激烈競爭中, 也沒有逐漸淡出人們的視野。相反, 隨著過去一段時間自行車共享的普及, 自行車在人們?nèi)粘Ｉ钪械闹匾栽俅握宫F(xiàn)在我們面前。自行車系統(tǒng)的升級和自行車駕駛方式的改進(jìn)已成為我們研究的主要問題。本文對智能自行車數(shù)字里程表的系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行了研究和總結(jié), 指出了系統(tǒng)設(shè)計的總體方案和系統(tǒng)軟件電路的測試與分析?；趩纹瑱C(jī)技術(shù), 對多功能自行車?yán)锍瘫磉M(jìn)行了研究和設(shè)計。如果速度超過限制, 儀表還可以及時提示報警信息?；?STC89S51 單片機(jī)、NJK 雙線霍爾傳感器和 LCD16

2、02 液晶顯示屏, 設(shè)計了一個簡單的自行車代碼表, 能夠準(zhǔn)確、快速、實時地顯示自行車速度、總里程等信息。原理簡單, 安裝方便, 靈敏度高, 能滿足自行車愛好者的需求。 關(guān)鍵詞：單片機(jī)；智能自行車；里程表設(shè)計；系統(tǒng)升級目 錄第一章 緒論31.1引言31.2 研究背景41.3 研究意義41.4 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀51.5 研究內(nèi)容6第二章 硬件設(shè)計62.1 霍爾傳感器的工作原理72.2 里程表系統(tǒng)設(shè)計方案82.3 里程表系統(tǒng)硬件設(shè)計方案92.3.1 里程表系統(tǒng)硬件設(shè)計方案分析92.4 程序設(shè)計15第三章 軟件設(shè)計163.1 里程表系統(tǒng)軟件設(shè)計方案分析與研究173.2 外頻收發(fā)模塊軟件設(shè)計19第四章 測

3、試264.1測試26第五章 總結(jié)27致 謝28參考文獻(xiàn)29第一章 緒論1.1引言我們的國家是一個自行車大國。隨著人們生活水平的不斷提高, 自行車不僅成為交通工具和交通工具, 也成為人們放松、娛樂和鍛煉的工具 1。因此, 人們希望越來越多的自行車功能, 如娛樂、休閑和運動, 能給每個人帶來更多的健康和幸福。在這一背景下, 多功能自行車?yán)锍瘫碜鳛樽孕熊嚨闹饕o助工具得到了迅速發(fā)展?？茖W(xué)、美觀、合理地設(shè)計自行車?yán)锍瘫砭哂兄匾囊饬x和實用價值。目前, 里程表廣泛應(yīng)用于汽車和摩托車。它是一種精度相對較低的機(jī)械測量裝置。它很少用于自行車。針對這種情況, 有必要開發(fā)一種新型的自行車數(shù)字多功能里程表。在過去的

4、一段時間里頒布的禁摩令著實對于摩托車的發(fā)展造成了打擊，并且目前倡導(dǎo)的環(huán)保方案對于公交車的使用具有促進(jìn)作 用，也在一定意義上促進(jìn)了自行車的發(fā)展。自行車以其便捷、環(huán)保 的特點在人們的生活中占據(jù)絕對地位。目前通過改良的智能自行車 更是具有靈活性的特點，并且逐漸成為人們的短距離代步工具，傳 統(tǒng)的自行車對人們今天的生活的幫助正在逐漸減少，因此智能自行 車的作用是我們不容忽視的。尤其是這種里程表系統(tǒng)設(shè)計對于今天 人們生活交通的幫助十分大，這種里程表設(shè)計可以在自行車上進(jìn)行 靈活的安裝，在使用過程中是十分方便與便捷的。通過此種技術(shù)的 應(yīng)用，使用者可以很方便的對行使的速度進(jìn)行時時刻刻的了解，對 于行使的距離作出

5、全面的把握，以及對于騎行的時間達(dá)到合理的調(diào) 控與管理。在行使過程中還設(shè)置有超速提示，這對于自行車騎行 者的安全是十分具有保障的。作為一種新型的電子設(shè)備，對自行車 系統(tǒng)升級的好處是十分多的，給人們的生活提供更加方便、快捷的 方式，以及保證了人們的出行安全。 由于這種電子設(shè)備可以靈活地安裝在自行車上，給使用者的使 用帶來了便捷，并且為使用者的安裝與拆卸提供了方便。在設(shè)計成 本上，此項技術(shù)還具有低設(shè)計成本的特點，十分適應(yīng)企業(yè)的生產(chǎn)以 及自行車的應(yīng)用，在未來的發(fā)展前景是十分明朗的。以下將針對此 項里程表系統(tǒng)的設(shè)計方案作出具體的說明。 這種系統(tǒng)設(shè)計是由兩部分組成的，一種是硬件部分，另一種是 軟件部分。并

6、且采用的是模塊化的設(shè)計方案，使硬件與軟件合理地 結(jié)合在一起，共同構(gòu)成系統(tǒng)并在系統(tǒng)中分別發(fā)揮著重要地作用。這 種系統(tǒng)的電路設(shè)計也是十分的簡單，下文將會對此種設(shè)計的電路作 出詳細(xì)地解釋。硬件部分由單片機(jī)的各種較小的系統(tǒng)組合而成，各功能電路在系統(tǒng)中各自發(fā)揮作用，對系統(tǒng)的正常運行發(fā)揮重要的作 用。此外，軟件部分主要采用的編程語言是C語言，這種語言對于 實現(xiàn)軟件的穩(wěn)定性與高效性發(fā)揮著重要的作用。各個部分共同進(jìn)行 合理的調(diào)控，維持系統(tǒng)的穩(wěn)定。1.2 研究背景隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展, 居民人均收入和消費水平顯著提高, 使人們的出行質(zhì)量和出行環(huán)境要求越來越高。然而, 車輛的迅速普及和機(jī)動車保有量的迅速增加,

7、給大城市帶來了越來越嚴(yán)重的交通擁堵和環(huán)境污染問題, 嚴(yán)重影響了居民的出行環(huán)境 和質(zhì)量。隨著城市化和機(jī)動化的加快, 機(jī)動車數(shù)量的不斷增加, 有限的城市交通能力難以維持。許多大城市越來越無法承受日益增加的交通壓力, 這最終使交通擁堵問題越來越嚴(yán)重。交通擁堵對人們的健康有害。交通擁堵使汽車長期閑置。此時, 不完全燃燒產(chǎn)生的一氧化碳等有毒氣體會對人體健康造成極大危害。同時, 由于擁堵時間的不確定性, 人們會產(chǎn)生焦慮和煩躁, 進(jìn)而產(chǎn)生焦慮、易怒等一系列負(fù)面情緒。特別是在長期擁堵的情況下, 人們會變得容易沖動, 一些輕微的摩擦可能會導(dǎo)致矛盾的升級和擴(kuò)大, 使原來的擁堵更加嚴(yán)重。傳統(tǒng)上, 解決交通擁堵的主要

8、途徑是增加交通供應(yīng)。然而, 根據(jù)著名的 丹斯丁格定律, 我們知道, 新的和擴(kuò)大的道路將導(dǎo)致新的交通量, 導(dǎo)致交通需求趨于超過交通供應(yīng) W。因此, 緩解交通擁堵的政策和研究越來越傾向于交通需求管理。交通需求管理政策是指以政策為導(dǎo)向, 通過成本、服務(wù)等因素影響旅客對出行方式、出行時間等的選擇, 促進(jìn)交通需求與交通供給在時空上的平衡。1.3 研究意義自行車作為一種重要的旅游工具, 即使在當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展下, 在各種新型運輸設(shè)備的激烈競爭中, 也沒有逐漸淡出人們的視野。相反, 隨著過去一段時間自行車共享的普及, 自行車在人們?nèi)粘Ｉ钪械闹匾栽俅握宫F(xiàn)在我們面前。進(jìn)油計廣泛應(yīng)用于汽車和摩托車。它是

9、一種精度相對較低的機(jī)械測量裝置。在自行車中很少使用計肌量計。針對這種情況, 有必要開發(fā)一種新型的自行車數(shù)字多功能里程表。本文對自行車?yán)锍瘫淼臄?shù)字顯示進(jìn)行了研究。基于單片機(jī)技術(shù), 設(shè)計了一種簡單的自行車?yán)锍瘫? 以 STC89S51 為處理器, 采用 NJK 雙線霍爾傳感器和 LCD1602 液晶屏。該儀表可以準(zhǔn)確、快速、實時地顯示自行車速度和總里程的信息。1.4 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀英國著名經(jīng)濟(jì)學(xué)家皮古 (1 9 2 0年) 在他的福利經(jīng)濟(jì)學(xué)中首次提出了道路通行費的概念。Walters _ (1961年) 和 Vicrey _ (1969年) 分別在20世紀(jì)60年代發(fā)展了這一理論。他們也是自行車?yán)锍?/p>

10、表的兩個最具代表性的模型。沃爾特斯提出了邊際成本固定價格模型 (靜態(tài)模型), 認(rèn)為擁堵定價應(yīng)該是邊際社會成本和邊際個人成本之間的差異, 為改造傳統(tǒng)的擁堵奠定了基礎(chǔ)將定價理論模型轉(zhuǎn)化為一個實用的模型 W. Vickrey, 提出了瓶頸收費理論。他認(rèn)為, 擁堵定價應(yīng)該以用戶不收費時排隊等候的時間成本為基礎(chǔ)。收費代替排隊和等待時間成本, 可以使均衡條件滿足旅客的需求。旅行者還可以通過選擇旅行時間和路線來最大限度地降低旅行成本。某種中國經(jīng)濟(jì)學(xué)家對擁堵定價研究較晚, 但在擁堵定價理論方面取得了一些成就。分析了我國擁堵定價的可行性和必要性。黃海軍和楊海將最優(yōu)控制理論應(yīng)用于擁堵定價研究。考慮到擁堵定價模型中

11、的路段交通能量, 擴(kuò)大了邊際收費原則的適用范圍。他們還研究了不同路段屬性和通行費與相同出行方式的結(jié)合。王健、胡云泉、安石在非總量模型的基礎(chǔ)上得出結(jié)論, 擁堵費的征收會導(dǎo)致公用事業(yè)功能的變化, 最終影響交通結(jié)構(gòu)的變化。劉廷婷等人提出了將擁堵費征收與公共交通發(fā)展結(jié)合起來的策略。研究了彈性需求下收費公路的雙層規(guī)劃模型。收費公路的高層模型不超過交通量。目標(biāo)是最大限度地提高網(wǎng)絡(luò)的凈收入, 目的是最大限度地降低較低模式的旅行成本。設(shè)計了一種遺傳性模擬退火 (GA-SA) 混合優(yōu)化算法來計算 tw。鐘少平和鄧偉提出了動態(tài)擁堵定價策略, 建立了包括多種交通方式在內(nèi)的擁堵收費模式, 分析了擁堵培訓(xùn)定價下不同旅客

12、出行方式的選擇。羅慶宇分析了影響居民出行的因素。根據(jù) 2 0 0 4年上海居民出行調(diào)查的數(shù)據(jù), 建立了多日志模型, 預(yù)測擁堵收費對交通結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明, 收取擁堵培訓(xùn)費可以降低汽車在交通結(jié)構(gòu) PW 中的出行比例。徐旺等人利用多航海模型, 結(jié)合北京中關(guān)村附近地區(qū)的交通法規(guī)數(shù)據(jù), 預(yù)測和分析擁堵收費對居民出行選擇的影響。該結(jié)構(gòu)表明, 隨著擁堵費的增加, 汽車出行選擇的比例越小, 公共交通、步行和自行車出行選擇 PU 的比例就越大。1.5 研究內(nèi)容第一部分闡述了本文的研究背景和意義, 介紹了國內(nèi)外里程表的研究現(xiàn)狀、國外城市的實際情況和國內(nèi)城市的探索, 提出了基于本文的研究方案。并對本文的主要研究

13、內(nèi)容進(jìn)行了總結(jié)。第二部分, 研究總結(jié)了基于單片機(jī)的智能自行車數(shù)字里程表的系統(tǒng)設(shè)計。指出了系統(tǒng)設(shè)計的總體方案和系統(tǒng)軟件電路的測試與分析。第二章 硬件設(shè)計近年來, 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展, 電動車行業(yè)逐漸取代自行車成為車輛。自行車的使用不再那么流行, 但人們對生活質(zhì)量的要求越來越高, 越來越重視健身和運動, 自行車作為一種簡單、低碳的生活代用工具是非常合適的。而自行車不僅是一種行走的工具, 而且它的娛樂、休閑和鍛煉功能也逐漸被人們挖掘出來。同時, 使用自行車減少了汽車尾氣的排放, 并且可以更加環(huán)保。對于我們這樣的大國來說, 環(huán)境變得越來越重要。合理設(shè)計自行車代碼表, 不僅可以讓自行車愛好者看到自己的速度,

14、 還可以記錄下自己的旅程。本文為這些自行車愛好者設(shè)計了一個簡單的代碼表, 可以顯示每小時的速度和里程數(shù)。單機(jī)片智能自行車的硬件系統(tǒng)相對來說專業(yè)性比加強(qiáng)，使用的主要控制芯片是STC89C52.硬件處理數(shù)據(jù)是電脈沖計數(shù)方法。通過對霍爾傳感器的脈沖信號進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集與分析，并將自行車的行使速度以及車輪的轉(zhuǎn)速進(jìn)行一定的轉(zhuǎn)換，使之能夠在脈沖方法中得到數(shù)據(jù)應(yīng)用，目前來說這種數(shù)據(jù)出爐方法具有一定成效的，并且作為自行車數(shù)據(jù)出爐的主要方法實踐之中。除此之外，自行車的其他一些行使參數(shù)例如行使速度，實踐以及形式都會在計程表中作出相應(yīng)的顯示，并且計程表會對這些數(shù)據(jù)作出記錄與進(jìn)行一定的監(jiān)控。本系統(tǒng)是由數(shù)據(jù)采集、單片機(jī)控

15、制、 LED 數(shù)碼 管顯示、數(shù)據(jù)存儲等四部分構(gòu)成。其中數(shù)據(jù)的采集 則是由霍爾傳感器來完成的，由它采集到車輪轉(zhuǎn)動 的脈沖信號，輸入給單片機(jī)進(jìn)行運算和處理，最后由 數(shù)碼管將速度、總里程等信息顯示出來。2.1 霍爾傳感器的工作原理 霍爾傳感器是一種能夠?qū)崿F(xiàn)磁電轉(zhuǎn)換的傳感器。它是一種基于霍爾效應(yīng)的磁場傳感器。它主要用于探測磁場及其變化。根據(jù)霍爾器件的功能, 霍爾傳感器可分為兩種類型: 霍爾線性器件傳感器和霍爾開關(guān)傳感器。前者輸出模擬信號, 后者輸出數(shù)字信號?；魻杺鞲衅麟娐钒ㄐ盘柗糯箅娐泛筒ㄐ握坞娐贰７糯鬁y量信號的目的是為了減少它。 針對測量信號的振幅要求, 采用波形轉(zhuǎn)換和波形整形電路將放大信號轉(zhuǎn)換

16、為 TTL 信號, 可與單片機(jī)連接, 然后將檢測到的脈沖信號輸入到單片機(jī), 通過計算進(jìn)行處理, 以輸出顯示結(jié)果?；魻栐捎诰哂徐o態(tài)、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、頻帶寬、動態(tài)特性好等特點, 在檢測技術(shù)、自動控制技術(shù)和信息處理等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。動態(tài)范圍寬、壽命長、非接觸式測量?；魻杺鞲衅鞯奈磥戆l(fā)展趨勢將是高靈敏度、高精度和高穩(wěn)定性。在微電子技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上, 將有更快的發(fā)展?；魻杺鞲衅鞑杉降拿}沖信號輸入到單片機(jī)的 外部中斷 INT0 引腳上，由單片機(jī)通過中斷進(jìn)行計 數(shù)，計數(shù)的脈沖達(dá)到 1KM 的時候， INT0 申請中斷一 次，輸出的信號由 LED 數(shù)碼管進(jìn)行顯示，顯示當(dāng)前 的行駛里程情況。在本次

17、行駛過后得到的數(shù)據(jù)存入 到 EEPROM 中，以便下次行駛時在其基礎(chǔ)上繼續(xù)計 數(shù)送出顯示的總里程數(shù)3，以達(dá)到記憶的目的。鍵 盤的作用是提供人機(jī)界面，對整個系統(tǒng)進(jìn)行控制和 功能切換。本系統(tǒng)的工作原理如圖2.1 所示。圖 2.1 系統(tǒng)工作原理2.2 里程表系統(tǒng)設(shè)計方案過去一段時間發(fā)布的摩托車禁令確實沖擊了摩托車的發(fā)展, 目前的環(huán)保方案促進(jìn)了公交車的使用, 但也在一定意義上促進(jìn)了自行車的發(fā)展。自行車因其方便和環(huán)保, 在人們的生活中占有絕對的地位。目前, 通過對智能自行車的改進(jìn)更加靈活, 逐漸成為人們的短距離步行工具, 傳統(tǒng)自行車正逐漸減少了人們對當(dāng)今生活的幫助, 因此智能自行車的作用是無法發(fā)揮的忽視

18、。特別是這種里程表系統(tǒng)的設(shè)計, 對人們的日常生活和交通都有很大的幫助。這種里程表設(shè)計可靈活安裝在自行車上, 在使用過程中非常方便和方便。通過該技術(shù)的應(yīng)用, 用戶可以很容易地了解運動的速度, 使練習(xí)的距離得到全面掌握, 并實現(xiàn)對騎行時間的合理控制和管理。在操作過程中, 有超速提示, 這對騎自行車的人來說是非常安全的。作為一種新型的電子設(shè)備, 自行車系統(tǒng)升級的好處是非常大的, 為人們提供了更方便、更快捷的生活方式, 保證了人們的出行安全。由于這種電子設(shè)備可以靈活地安裝在自行車上, 為用戶帶來了方便, 為用戶的安裝和拆卸提供了方便。在設(shè)計成本方面, 該技術(shù)還具有設(shè)計成本低的特點。它非常適用于企業(yè)的生

19、產(chǎn)和自行車的應(yīng)用。其未來的發(fā)展前景非常明確。該里程表系統(tǒng)的設(shè)計方案將在下面詳細(xì)說明。本系統(tǒng)設(shè)計由兩部分組成, 一是硬件部分, 另一部分是軟件部分。并采用模塊化設(shè)計方案, 合理地將硬件和軟件結(jié)合起來, 形成系統(tǒng), 在系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。該系統(tǒng)的電路設(shè)計也很簡單。下面將詳細(xì)說明此設(shè)計的電路。硬件部分由單片機(jī)的各種較小的系統(tǒng)組成。每個功能電路在系統(tǒng)中都發(fā)揮著自己的作用, 在系統(tǒng)的正常運行中發(fā)揮著重要作用。此外, 軟件部分使用的主要編程語言是 C 語言, 它在實現(xiàn)軟件的穩(wěn)定性和效率方面發(fā)揮著重要作用。每個部分一起進(jìn)行合理的調(diào)節(jié)和控制, 以保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 本文選擇 STC89S51 作為控制芯片。外

20、圍設(shè)備包括霍爾傳感器、復(fù)位鍵 LCD1602 和報警。STC89S51 使用8051片上可編程芯片, 包括 8K ROM。是新一代的51臺單片機(jī), 具有高速、低功耗的要求?；魻杺鞲衅鞑捎?NPN 型恒開接觸。系統(tǒng)設(shè)計框圖如圖2.2所示?；魻杺鞲衅魇占囕喢總€轉(zhuǎn)彎所產(chǎn)生的脈沖, 這些脈沖被處理并發(fā)送到單片機(jī)的外部柜臺。復(fù)位按鈕將程序中的寄存器清零, 并保存數(shù)據(jù), 以便為下一次騎行做準(zhǔn)備。Lc1602 負(fù)責(zé)顯示里程和速度。當(dāng)車速超過一定限制或里程達(dá)到一定限制時, 報警器會通知騎車人注意自身安全或適度鍛煉。圖2.2 系統(tǒng)設(shè)計框圖2.3 里程表系統(tǒng)硬件設(shè)計方案軟件部分由主程序和定時器中斷程序組成。計時

21、器的時間為三秒。每三秒鐘, 程序自動進(jìn)入中斷程序來計算速度和里程數(shù)。中斷程序根據(jù)三秒內(nèi)收到的脈沖數(shù)計算自行車前輪滾動的次數(shù), 并根據(jù)周長計算公式計算3秒內(nèi)的里程數(shù)。速度是通過將三十秒內(nèi)的里程除以 3 (以年為單位) 來獲得的。轉(zhuǎn)換后, 得到 kmh。保存第一個三秒里程, 并在清除脈沖后, 下一個三秒里程和上一個累積總和發(fā)送到 LCD 屏幕。2.3.1 里程表系統(tǒng)硬件設(shè)計方案分析 單片機(jī)智能自行車的硬件系統(tǒng)比較專業(yè), 主要采用控制芯片是 STC89C52。硬件處理數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)是電脈沖的計數(shù)方法。通過對霍爾傳感器脈沖信號的采集和分析, 對自行車的速度和車輪的速度進(jìn)行了一定程度的轉(zhuǎn)換, 使數(shù)據(jù)可以應(yīng)用

22、于脈沖法。目前, 這種數(shù)據(jù)處理方法是有效的, 作為自行車數(shù)據(jù)處理的主要方法, 在實際中得到了應(yīng)用。此外, 自行車的一些其他參數(shù), 如速度, 時間和形成, 將顯示在時間表, 儀表將記錄和監(jiān)測這些數(shù)據(jù)。 該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集、單片機(jī)控制、LED 數(shù)字顯示、數(shù)據(jù)存儲等四部分組成。數(shù)據(jù)采集由霍爾傳感器完成, 該傳感器采集車輪旋轉(zhuǎn)脈沖信號, 將其輸入 MCU 進(jìn)行計算和處理, 最后通過數(shù)字管顯示速度、總里程等信息?；魻杺鞲衅鞑杉拿}沖信號輸入 MCU 的外部中斷 INT0 引腳, 并通過中斷由 MCU 計數(shù)。當(dāng)計數(shù)脈沖達(dá)到1KM 時, INT0 應(yīng)用中斷一次, 輸出信號由 LED 數(shù)字管顯示, 以顯示當(dāng)前行

23、駛里程。此驅(qū)動器后獲得的數(shù)據(jù)存儲在 EEPROM 中, 因此可以再次計算根據(jù)這些數(shù)據(jù)發(fā)送的總里程數(shù), 以實現(xiàn)內(nèi)存的目的。鍵盤的功能是提供人機(jī)界面來控制和切換整個系統(tǒng)的功能。該系統(tǒng)的工作原理如圖2.3 所示。圖 2.3 系統(tǒng)工作原理通過比較分析，本文選擇公司生產(chǎn)的射頻蒼片作為車作為核心元件。的主要特點如下：（）集成了高性能、低功耗的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)増強(qiáng)型單片機(jī)，（）、和的系統(tǒng)可編程，允許應(yīng)用程序保存必要的數(shù)據(jù)，具備在不同供電模型下的數(shù)據(jù)保持能力；（）支持硬件調(diào)試，強(qiáng)大而靈活的開發(fā)工具；（）集成符合圧標(biāo)準(zhǔn)的收發(fā)器，有較強(qiáng)的靈敏度及抗干擾性能（）具有個符合規(guī)范的定時器，和個通用定時器；（）支持精確化的數(shù)字化

24、民，硬件支持功能；（）具有電池監(jiān)測和溫度傳感器；（）個強(qiáng)大的通信串口，個通用引腳，其中的個具有灌電流和拉電流能為；（）通道輸出和可配置的，同時集成安全協(xié)處理器；（）較寬的電壓范圍（），低電流功耗（在休眠模式時僅的電流功耗，在待機(jī)模式時少于的流耗）。如圖2.4所示。圖2.4功能引腳圖其中是數(shù)字電源引腳；是模擬電源引腳；、-、為數(shù)字引腳；和是晶振引腳；和是晶振引腳；和是射頻收發(fā)引腳；是復(fù)位引腳。的應(yīng)用電路主要包括晶振電路和射頻電路。外接兩個晶振電路，為由個的石英諧振器和個電容組成的晶振電路，由個的石英諧振器和個電容組成的晶振電路。其中晶振用于工作，提供系統(tǒng)時鐘；晶振主要用在睡眠定時器和看口狗定時器

25、上。另外、和、電容的選擇要綜合考慮振蕩器的穩(wěn)定性和起振時間的長短。本系統(tǒng)選擇和的電容，晶振電路和晶振電路分別如圖2.5和圖2.6。圖2.5晶振電路圖2.6晶振電路射頻電路指天線及己倫匹配電路。和是一對差分分輸入輸出信號引腳，連接了己倫匹配電路，用來收發(fā)各節(jié)點的信號。射頻電路如圖2.7所示。圖2.7射頻電路圖2.3.2 控制模塊控制模塊的外圍電路主要包括復(fù)位電路，時鐘電路和仿真調(diào)試電路。復(fù)位電路支持上電和手動復(fù)位，芯片的噪聲容限很低，對電源、時鐘的穩(wěn)定性要求比較高。為了提高硬件系統(tǒng)運行的可靠性及穩(wěn)定性，采用圖2.8所示的復(fù)位電路。圖2.8 復(fù)位電路控制器內(nèi)置時鐘模塊，為系統(tǒng)提供實時時鐘、報警中斷

26、和喚醒控制器等功能。為了使時鐘計時精確及使用方便，需要設(shè)計?？诘臅r鐘電路。其電路圖如圖2.9所示。圖2.9 時鐘電路計標(biāo)準(zhǔn)針仿真接口，方便調(diào)試。仿真器接口分別接的、和引腳相患接口電路圖如圖2.10所示。圖2.10仿真調(diào)試電路在本系統(tǒng)設(shè)計中通過跳線將控制模塊和模塊連接起來。設(shè)計串口的目的是方便用戶通過向控制模塊下載應(yīng)用程序，芯片的作用是將電平轉(zhuǎn)換成民電平。本系統(tǒng)的設(shè)計中太網(wǎng)控制器的和的工作電壓為，這里選用市場上常見的電源通過電皮轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行電源穩(wěn)壓處理，得到的工作電壓。圖2.11為電源電路圖。圖2.11電源電路圖2.4 程序設(shè)計軟件部分由主程序和定時器中斷程序組成。計時器的時間為三秒。每三秒鐘,

27、 程序自動進(jìn)入中斷程序來計算速度和里程數(shù)。中斷程序根據(jù)三秒內(nèi)收到的脈沖數(shù)計算自行車前輪滾動的次數(shù), 并根據(jù)周長計算公式計算3秒內(nèi)的里程數(shù)。速度是通過將三十秒內(nèi)的里程除以 3 (以年為單位) 來獲得的。轉(zhuǎn)換后, 得到 kmh。保存第一個三秒里程, 并在清除脈沖后, 下一個三秒里程和上一個累積總和發(fā)送到 LCD 屏幕。程序流程圖如圖2所示。圖 2 程序設(shè)計流程圖程序是根據(jù)過程編寫的。首先, 它初始化相應(yīng)的寄存器, 然后等待相應(yīng)的定時中斷發(fā)生。最后, 在3秒內(nèi)計算出相應(yīng)的瞬時速度和里程數(shù)。在計算了相應(yīng)的瞬時速度后, 存儲的脈沖數(shù)為零, 節(jié)省了相應(yīng)的里程數(shù)和以前的累積量。本文的主要程序編寫如下:第三章

28、 軟件設(shè)計目前, 許多里程表設(shè)計都是通過機(jī)械或模擬數(shù)字電路實現(xiàn)的。這些里程表具有體積大、精度低、不直觀、功耗高、功能少等缺點。單片機(jī)設(shè)計的里程表具有體積小、控制功能強(qiáng)等優(yōu)點, 具有多功能、低功耗、便攜等特點。此外, 里程表還能準(zhǔn)確、實時地顯示當(dāng)前時間、總里程數(shù)、里程數(shù)、瞬時速度、平均速度等對于單片機(jī)自行車, 我們應(yīng)用了許多現(xiàn)代智能技術(shù)。通過這些技術(shù)的應(yīng)用, 自行車在現(xiàn)代生活中實現(xiàn)了智能化, 自行車更適應(yīng)現(xiàn)代科技的發(fā)展, 在自行車的未來也有很大的優(yōu)勢。這種采用單片機(jī)的智能自行車在里程表設(shè)計上有了很大的改進(jìn)和系統(tǒng)升級。它是自行車發(fā)展的一個重要里程碑。通過對系統(tǒng)的調(diào)試和仿真結(jié)果, 可以更接近預(yù)期的測

29、試結(jié)果。它在誤差控制中發(fā)揮著重要作用, 有效地提高了智能自行車的速度。設(shè)計了一個基于51單片機(jī)的簡單自行車代碼表, 制作簡單方便。對于喜歡騎行的大學(xué)生來說, 用很少的錢就能自己做這樣的標(biāo)尺。特別是對于機(jī)電、電氣、電子信息專業(yè)的學(xué)生來說, 自己制作代碼表, 不僅可以幫助他們提高專業(yè)知識, 還可以體驗騎行的樂趣。它在運動和學(xué)習(xí)中也發(fā)揮著非常好的作用。在一定程度上, 它具有很大的實踐價值。系統(tǒng)軟件設(shè)計包括射頻收發(fā)模塊軟件設(shè)計和太網(wǎng)控制器模塊軟件設(shè)計。射頻收發(fā)模塊軟件設(shè)計主要是在巧片上移植協(xié)議找，編程實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸；太網(wǎng)控制器模塊軟件設(shè)計主要是在主控制器上移植操作系統(tǒng)和協(xié)議找，編寫太網(wǎng)控制器驅(qū)動程序、建

30、立服務(wù)器，實現(xiàn)太網(wǎng)和串口的數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?.1 里程表系統(tǒng)軟件設(shè)計方案分析與研究 如上所述, 里程表系統(tǒng)設(shè)計的軟件部分主要用 C 語言編寫, 對維護(hù)軟件的正常運行具有重要作用。以 C 語言為主體的軟件編譯設(shè)計思想是自上而下的, 軟件是通過模塊化設(shè)計進(jìn)行的。 傳感器安裝在縫隙中。該傳感器由磁鐵和霍爾傳感器組成。磁鐵通常安裝在自行車的輪軸上, 霍爾傳感器通常安裝在自行車的內(nèi)部。它們的安裝通常是通過最簡單的粘貼方法完成的。該方法對節(jié)約成本具有重要意義。因此, 企業(yè)可以達(dá)到擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模的目的, 這也有利于這種傳感器在自行車上的良好應(yīng)用, 并達(dá)到大規(guī)模市場應(yīng)用的目的。在安裝過程中, 必須遵循以下要求: 安

31、裝位置和安裝方向。安裝位置從傳感器到軸中心的距離等于從磁鐵到前軸中心的距離, 使電感能夠在最佳位置發(fā)揮其作用。此外, 對傳感器和磁體的安裝方向也有一定的要求, 即在粘貼之前, 磁體需要靠近傳感器。如果測試結(jié)果為 0, 則需要更改安裝方向。通過合理調(diào)整傳感器的方向, 可以正確地使用傳感器。在軟件設(shè)備中, 除了安裝傳感器外, 還需要注意對系統(tǒng)進(jìn)行檢測和分析的需要。當(dāng)設(shè)計和安裝的智能自行車從第一棵樹開始到第二課樹時, 就會顯示跑步距離。顯示的里程數(shù)與測量距離之間是否存在錯誤, 或者里程計價器是否可靠, 都是根據(jù)誤差范圍來判斷的。 3.1 系統(tǒng)框圖圖 3.2 系統(tǒng)工作框圖該系統(tǒng)的軟件采用模塊化軟件設(shè)計

32、方法。該軟件主要由主程序軟件、數(shù)據(jù)采集軟件、數(shù)據(jù)處理軟件和數(shù)據(jù)顯示軟件組成。(1) 系統(tǒng)工作的一般過程圖3.2 系統(tǒng)框圖系統(tǒng)的工作框圖如圖3.2 所示。里程表可以實時測量傳感器測量的脈沖信號的寬度, 然后通過 MCU 計算速度和里程信息。數(shù)字管顯示了該模塊測量的實時速度。如果速度超過限制, 蜂鳴器將提供語音報警提示。 (2) 主程序流程圖系統(tǒng)的主程序完成了系統(tǒng)的自檢查、初始化和調(diào)用系統(tǒng)的每個子程序的功能。主程序可以調(diào)用每個子例程, 而不需要任何子例程調(diào)用。它是系統(tǒng)程序的核心部分。主程序首先實現(xiàn)了初始化功能, 然后調(diào)用數(shù)據(jù)采集子程序、里程和速度處理子程序、數(shù)字顯示子程序、報警子程序等。該系統(tǒng)的主

33、要程序工作流程如圖3.3 所示。圖 3.3 主程序流程3.2 外頻收發(fā)模塊軟件設(shè)計無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常由協(xié)調(diào)器、路由器和終端這個節(jié)點組成。協(xié)調(diào)器節(jié)點是網(wǎng)絡(luò)的中必節(jié)點；路由器是一種支持關(guān)聯(lián)的設(shè)備，能夠?qū)⑾⑥D(zhuǎn)發(fā)到其他設(shè)備，星型網(wǎng)絡(luò)不支持路由器；終端節(jié)點一般只周期性地發(fā)送數(shù)據(jù)，避免不必要的碰撞。本系統(tǒng)采用星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即將車載電子標(biāo)簽內(nèi)的作為終端節(jié)點，將閱讀器中的設(shè)置為協(xié)調(diào)器。上電后閱讀器中的作為協(xié)調(diào)器節(jié)點在初始化之后建立新的網(wǎng)絡(luò)，等待終端節(jié)點的加入。車載電子標(biāo)簽中的作為終端節(jié)點在初始化之后尋找范圍內(nèi)的協(xié)調(diào)器點建立的網(wǎng)絡(luò)，并申請加入網(wǎng)絡(luò)。協(xié)調(diào)器接收到連接請求信號之后，為終端節(jié)點分配網(wǎng)絡(luò)地址，并進(jìn)入數(shù)

34、據(jù)接收狀態(tài)。終端節(jié)點成功加入網(wǎng)絡(luò)后，向協(xié)調(diào)器發(fā)送數(shù)據(jù)。協(xié)調(diào)器節(jié)點將數(shù)據(jù)儲發(fā)送至控制器，控制器通過太網(wǎng)控制器和上位機(jī)進(jìn)行通信。協(xié)調(diào)器節(jié)點的主要任務(wù)有新建網(wǎng)絡(luò)、允許終端節(jié)點的加入和離開、接收和處理終端節(jié)點發(fā)送過來的數(shù)據(jù)。協(xié)調(diào)器節(jié)點流程圖如圖3.4所示。圖3.4協(xié)調(diào)器節(jié)點流程圖終端節(jié)點在初始化之后通過調(diào)用原語來捜索范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，當(dāng)檢測到可用無線網(wǎng)絡(luò)，發(fā)送請求請加入網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)加入網(wǎng)絡(luò)成功后，終端節(jié)點向協(xié)調(diào)器發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送成功之后，終端節(jié)點會發(fā)送原語請求斷開網(wǎng)絡(luò)連接。終端節(jié)點與協(xié)調(diào)器斷開連接后會自動延時一段時間再搜索網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，保證終端節(jié)點脫離網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的范圍。終端節(jié)點流程圖如圖3.5所示。圖

35、3.5終端節(jié)點流程圖用戶只需進(jìn)行適當(dāng)修改就可應(yīng)用于平臺，協(xié)議找移植后，再將發(fā)送和接收函數(shù)重新進(jìn)行封裝，使數(shù)據(jù)符合協(xié)議。通過調(diào)用的庫函數(shù)對太網(wǎng)控制芯片內(nèi)部的接收和發(fā)送緩沖器、接收過濾器、寄存器和進(jìn)行初始化設(shè)畳。具體的初始化流程圖如圖3.6所示。圖3.6 初始化為了在主控制器上實現(xiàn)太網(wǎng)和串口的數(shù)據(jù)傳輸，本文在操作系統(tǒng)中，調(diào)用有關(guān)酌任務(wù)，創(chuàng)建了一個服務(wù)器，其框架結(jié)構(gòu)如圖3.7所示，其中是地址解析協(xié)議，控制報文協(xié)議。圖3.7服務(wù)器的框架結(jié)構(gòu)首先設(shè)置服務(wù)器端口號打開的接口，等待端發(fā)起連接請求，收到請求后建立主控制器和端的數(shù)據(jù)連接。當(dāng)主控制器的串口接收緩存區(qū)接收到數(shù)據(jù)時，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到定義的存儲區(qū)，調(diào)用解析

36、函數(shù)進(jìn)行處理，然后裝入太網(wǎng)控制芯片的發(fā)送緩沖區(qū)。當(dāng)客戶端沒有斷開連接，則始終詢問網(wǎng)絡(luò)是否有數(shù)據(jù)到來，串口是否有數(shù)據(jù)到來。斷開連接后，關(guān)閉，重新監(jiān)聽。其工作流程如圖3.8所示：圖3.8服務(wù)器的工作流程圖以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)發(fā)送過程分為發(fā)送準(zhǔn)備、發(fā)送、異常處理這部分。在發(fā)送時會自動生成前導(dǎo)符和頓起始定界符，還需在待發(fā)送的數(shù)據(jù)包前添加一個包控制字節(jié)。當(dāng)因錯誤中止發(fā)送時，需要根據(jù)模塊自動產(chǎn)生的一個字節(jié)發(fā)送狀態(tài)向量進(jìn)行相應(yīng)處理。的數(shù)據(jù)發(fā)送程序流程圖如圖3.9所示。圖3.9的數(shù)據(jù)發(fā)送趕序流程圖數(shù)據(jù)接收包括接收設(shè)置、啟動、過濾，數(shù)據(jù)包的讀取與處理。接收啟動后，內(nèi)部自動進(jìn)行接收和過濾，接收到太網(wǎng)數(shù)據(jù)包后，會向控制器發(fā)

37、出中斷請求，控制器響應(yīng)中斷請求后，系統(tǒng)將進(jìn)入中斷服務(wù)程序并開始接收數(shù)據(jù)。接收到數(shù)據(jù)后，首先對數(shù)據(jù)來源和類型進(jìn)行判斷。當(dāng)收到的是包，去除以太網(wǎng)偵頭，進(jìn)行處理發(fā)送回應(yīng)。如果是巧包，則査詢表中是否有對應(yīng)表項，若有則刷新生存時間，反之將該表項添加到表中，再進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)接收的流程圖如圖3.10所示。圖3.10數(shù)據(jù)接收流程圖第四章 測試4.1測試 焊接電路板并制作簡單的代碼表后, 發(fā)現(xiàn)代碼表的里程數(shù)和速度更新緩慢, 這是由計時器計時器計時3秒引起的。稍后, 代碼表的計算周期可以更改為 1.5秒, 這使得更新速度更快。在錯誤方面, 由于代碼表制作起來相對簡單, 適合大學(xué)生自己學(xué)習(xí), 并滿足了學(xué)習(xí)體育的兩個

38、要求。在測試距離的100米范圍內(nèi), 誤差為 (+ 6 米)。瞬時速度誤差為7%。由于外部計數(shù)器的采樣頻率有限, 自行車前輪的直徑約為60厘米, 假設(shè)自行車以每秒40公里的速度運行, 即11毫米, 微控制器的外部計數(shù)器運行約6次, 這在微控制器計數(shù)器的采集范圍內(nèi)。對于普通自行車愛好者來說, 51 臺單片機(jī)已經(jīng)足以滿足相應(yīng)的技術(shù)要求。如果要進(jìn)一步提高性能, 可以參考高端 DSP 或 AVR MCU。用戶可選擇進(jìn)入査詢里程統(tǒng)計明細(xì)頁面對當(dāng)天車輛通過各基站的具體時間進(jìn)斤査詢。其流程圖如圖4.1所示。圖4.1 用戶明細(xì)查詢流程圖第五章 總結(jié)針對單片機(jī)的自行車，我們應(yīng)用了許多的現(xiàn)代智能技術(shù)，通過這 些技術(shù)

39、的應(yīng)用，使自行車在現(xiàn)代生活中實現(xiàn)了智能化，并且對于自行 車更加適應(yīng)現(xiàn)代的科技發(fā)展，以及對自行車的未來具有很大的優(yōu)勢位 置。這種單片機(jī)的智能自行車在里程表的設(shè)計中具有很大的改善與系 統(tǒng)升級，是自行車發(fā)展歷程中一個重要的里程碑。我們通過對系統(tǒng)進(jìn) 行一定的調(diào)試并對結(jié)果進(jìn)行仿真測量，以逐漸靠近預(yù)期的試驗效果， 對于誤差的控制具有重要作用，有效提高了智能自行車的轉(zhuǎn)速。本文設(shè)計了一種基于 51 單片機(jī)的簡易自行車碼表, 制作簡單, 方便。 對于愛好騎行的大學(xué)生來說,花很少的錢便能夠自己制作這 樣的一個碼表。 尤其對于機(jī)電類、電氣類、電子信息類專業(yè)的學(xué)生, 自己制作一個碼表既能利于自己提升專業(yè)知識,又能體驗

40、騎行的樂 趣,對于鍛煉和學(xué)習(xí)都起到很好的幫助,在一定的程度上,具有很大 的實用價值。目前很多里程轉(zhuǎn)速表的設(shè)計都是由機(jī)械式或模 擬數(shù)字電路來實現(xiàn)的，這些里程表存在著體積大、精 度低、不直觀、功耗大、功能少等缺點。由于單片機(jī) 具有體積小、控制功能強(qiáng)等優(yōu)點，因此由單片機(jī)所設(shè) 計的里程表具有功能多、功耗小、便攜等特點，而且 里程表能夠準(zhǔn)確實時地顯示當(dāng)前時間、總里程、分里 程、瞬時速度、平均速度等。致 謝時光飛逝，終于到了論文定稿的這一刻。雖然文章顯得有些粗糙，但畢竟凝聚了自己的心血，在此謹(jǐn)向曾經(jīng)關(guān)心、幫助、支持和鼓勵我的老師、同事、同學(xué)、親人和朋友們致以最誠摯的謝意和最衷心的祝福衷心感謝我的導(dǎo)師謝鐵兔。老師對我兩年來的學(xué)習(xí)、生活給予了悉心的關(guān)懷，在本論文的開題、寫作、修改、定稿方面更是給予了悉心指導(dǎo)和匠心點撥，論文凝結(jié)著導(dǎo)師的汗水和心血。在這兩年多的學(xué)習(xí)和生活過程中，我要向老師們表示衷心的感謝是他們給了我熱情的關(guān)懷、支持和幫助，使我得以順利完成學(xué)業(yè)。同時，衷心感謝我的父母、家人以及和我一起學(xué)習(xí)的各位同學(xué)，是他們在我學(xué)習(xí)和論文寫作過程中，給予我了莫大的支持和鼓勵。最后，再一次感謝所有關(guān)心和支持我的人們，我一定會用所學(xué)知識更