自行車測速儀

1、多用途自行車測速儀甘肅廣播電視大學(xué)農(nóng)墾河西分校 陳會香一、設(shè)計背景隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展， 科學(xué)技術(shù)水平的提高， 人民生活水平的日益提高。 在滿足人們生存的 基本需求之后， 越來越多的人將目光投向了健康且活力的生活方式，于是健身，休閑的概 念也越來越深入人心。自行車， 在中國是一種普及范圍極廣的代步工具，而在國外，卻是一 種廣受歡迎的健身方式。它的普及，廉價，易操作，便捷，無污染，使它成為一種老少皆宜 的健身，休閑方式。 而在今日的中國，也出現(xiàn)了越來越多的自行車運(yùn)愛好者。對于一名自行 車愛好者，他 / 她必然十分想知道自己的運(yùn)動效果究竟如何，想要知道自己關(guān)于速度，里程 的具體數(shù)字， 并根據(jù)外界的條件來

2、適當(dāng)調(diào)整自己的運(yùn)動健身計劃。 而在平時使用自行車以代 步時，本多用途測速儀還可以用來顯示時鐘信息， 使兩手扶車把的騎行者可以輕易看到當(dāng)前 時間。當(dāng)前的自行車市場上，僅有高檔的專用于競賽的自行車有類似裝置，然而廣大自行車愛 好者， 及有意向通過這一廉價便捷方式進(jìn)行， 專門購買昂貴自行車設(shè)備是不現(xiàn)實的， 為了滿 足群眾的愿望以及巨大的市場，此類多用途自行車測速儀必然以其的平民身份而廣受青睞。二、設(shè)計功能簡介1. 對自行車進(jìn)行實時速度的測量，顯示出速度值。2. 能針對不同的車型進(jìn)行選擇，從而采用不同的模塊進(jìn)行測量。3. 能測量出當(dāng)前環(huán)境的溫度，以供使用者決定是否適宜進(jìn)行運(yùn)動。4. 顯示當(dāng)前日期時間，

3、為 24 小時制時鐘，可以任意設(shè)定當(dāng)前工作時間。5. 顯示行車?yán)锍?，記錄范圍?999.9Km6. 根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)，速度計算卡路里消耗值。7. 所有數(shù)據(jù)都可在一塊 LCD屏上顯示三、系統(tǒng)硬件設(shè)計：系統(tǒng)框架圖： （如圖 1 所示）工作流程如下：首先，通過傳感器對外部物理量進(jìn)行測量，再將物理信號通過轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)濾波及 放大電路輸入單片機(jī)，單片機(jī)對所輸入的電信號進(jìn)行處理、分析，最終輸出顯示。系統(tǒng)分多個模式，可以顯示車速，距離，環(huán)境溫度，也可顯示當(dāng)前時間。整個系統(tǒng)采用自發(fā)電方式， 通過收集自行車運(yùn)動所產(chǎn)生的動能， 轉(zhuǎn)化為電能， 再經(jīng)整流， 濾波，放大等方式最終輸出為5V 直流電，供給整個系統(tǒng)。本設(shè)

4、計中用到的主要部件包括單片機(jī)（MSC51-89S52 DS12887）時鐘芯片、DS18B20溫度傳感器、開關(guān)型霍爾傳感器A04E,液晶顯示模塊 XXX四、系統(tǒng)模塊設(shè)計（一）MSC51-89S52 單片機(jī)本系統(tǒng)將采用一片經(jīng)典的 51 系列單片機(jī)中的 MSC51-89S52。1. STC89C52單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)STC89C52單片機(jī)是把那些作為控制應(yīng)用所必需的基本內(nèi)容都集成在一個尺寸有限的集 成電路芯片上。如果按功能劃分，它由如下功能部件組成，即微處理器、數(shù)據(jù)存儲器、程序 存儲器、并行I/O 口、串行口、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器。它們都是通 過片內(nèi)單一總線連接而成，其基本結(jié)構(gòu)依舊

5、是 CPU加上外圍芯片的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式。但對各種功能部件的控制是米用特殊功能寄存器的集中控制方式。（1 ）微處理器該單片機(jī)中有一個 8位的微處理器，與通用的微處理器基本相同， 同樣包括了運(yùn)算器和 控制器兩大部分，只是增加了面向控制的處理功能， 不僅可處理數(shù)據(jù)，還可以進(jìn)行位變量的 處理。（2）數(shù)據(jù)存儲器片內(nèi)為128個字節(jié)，片外最多可外擴(kuò)至 64k字節(jié)，用來存儲程序在運(yùn)行期間的工作變量、 運(yùn)算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標(biāo)志位等，所以稱為數(shù)據(jù)存儲器。（3）程序存儲器由于受集成度限制，片內(nèi)只讀存儲器一般容量較小，如果片內(nèi)的只讀存儲器的容量不夠，則需用擴(kuò)展片外的只讀存儲器，片外最多可外擴(kuò)至64k字節(jié)。（

6、4）中斷系統(tǒng)具有5個中斷源，2級中斷優(yōu)先權(quán)。（5）定時器/計數(shù)器片內(nèi)有2個16位的定時器/計數(shù)器， 具有四種工作方式。（6）串行口1個全雙工的串行口， 具有四種工作方式。 可用來進(jìn)行串行通訊， 擴(kuò)展并行I/O 口，甚 至與多個單片機(jī)相連構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)，從而使單片機(jī)的功能更強(qiáng)且應(yīng)用更廣。（7）P1 口、P2 口、P3 口、P4 口為4個并行8位I/O 口。（8）特殊功能寄存器共有21個，用于對片內(nèi)的各功能的部件進(jìn)行管理、控制、監(jiān)視。實際上是一些控制寄 存器和狀態(tài)寄存器，是一個具有特殊功能的RAM區(qū)。由上可見，STC89C52單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)具有功能部件種類全，功能強(qiáng)等特點。特別值得 一提的是該單片

7、機(jī) CPU中的位處理器，它實際上是一個完整的1位微計算機(jī)，這個一位微計算機(jī)有自己的 CPU位寄存器、I/O 口和指令集。1位機(jī)在開關(guān)決策、邏輯電路仿真、過 程控制方面非常有效；而 8位機(jī)在數(shù)據(jù)采集，運(yùn)算處理方面有明顯的長處。MCS-51單片機(jī)中8位機(jī)和1位機(jī)的硬件資源復(fù)合在一起，二者相輔相承，它是單片機(jī)技術(shù)上的一個突破，這也是MCS-51單片機(jī)在設(shè)計的精美之處。車輪速度傳感單片機(jī)系統(tǒng)溫度傳感器數(shù)據(jù)處理并顯示電源2#圖1系統(tǒng)框架圖#3DALLAS霊爾元件和磁鋼“X I l'<7 W、-TO-92 (DS 18BC2O)- -霍爾元件和磁場關(guān)系圖3霍爾傳感器2、復(fù)位電路89S52的復(fù)

8、位是由外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)的。復(fù)位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個機(jī)器周期的S5P2,斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。最簡單的上電自動復(fù)位電路中上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)的。只要Vcc的上升時間不超過 1ms,就可以實現(xiàn)自動上電復(fù)位。時鐘頻率用6MHZ寸C取22uF,R取1KQ。除了上電復(fù)位外，有時還需要按鍵手動復(fù)位。本設(shè)計就是用的按鍵手動復(fù)位。按鍵手動 復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復(fù)位是通過RST端經(jīng)電阻與電源 Vcc接 通而實現(xiàn)的。按鍵手動復(fù)位電路

9、見圖。時鐘頻率選用6MHZ寸，C取22uF,Rs取200Q, FK取1KQ。（二）時鐘芯片 DS1302DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗的實時時鐘芯片，附加31字節(jié)靜態(tài)RAM采用SPI三線接口與CPUS行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的 時鐘信號和RAM數(shù)據(jù)。實時時鐘可提供秒、分、時、日、星期、月和年，一個月小與31天時可以自動調(diào)整，且具有閏年補(bǔ)償功能。工作電壓寬達(dá)2.55.5V。采用雙電源供電（主電源和備用電源），可設(shè)置備用電源充電方式，提供了對后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。DS1302的外部引腳分配如圖 1所示及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 2所示。DS1302用于

10、數(shù)據(jù)記錄，特別是 對某些具有特殊意義的數(shù)據(jù)點的記錄上，能實現(xiàn)數(shù)據(jù)與出現(xiàn)該數(shù)據(jù)的時間同時記錄，因此廣泛應(yīng)用于測量系統(tǒng)中。（三）溫度傳感器 DS1820DSI820數(shù)字溫度計提供9位（二進(jìn)制）溫度讀數(shù)指示器件的溫度信息經(jīng)過單線接口送入 DSI820或從DSl820送出因此從主機(jī) CPU到DSl820僅需一條線（和地線）DSI820的電源可以 由數(shù)據(jù)線本身提供而不需要外部電源因為每一個DSl820在出廠時已經(jīng)給定了唯一的序號因此任意多個DSl820可以存放在同一條單線總線上這允許在許多不同的地方放置溫度敏感器件DSI820的測量范圍從-55到+ 125增量值為0.5可在I s（典型值）內(nèi)把溫度變換成

11、數(shù)字。 由于DS1820采用單總線結(jié)構(gòu)因此外圍電路非常簡單，通過一上拉電阻R5即可與單片機(jī)相連。這里我們將 DS1820的數(shù)據(jù)引腳DQ與單片機(jī)的T0 口（即P3.4 ）相連，通過這條數(shù) 據(jù)線接收溫度測量值。（四）開關(guān)型霍爾傳感器 A04E霍爾傳感器的外形圖和與磁場的關(guān)心如圖3所示，磁場有磁鋼提供，所以霍爾傳感器和磁鋼需要配對使用。開關(guān)型霍爾傳感器可以用于轉(zhuǎn)速檢測與控制將A04E要安裝到車上，所以事先最好準(zhǔn)備一個易彎曲的鐵片用螺母將其與連接然后在固 定于車上，這樣可以保證 A04E在車子行駛過程中不發(fā)生晃動。（五）、液晶顯示由于現(xiàn)在的液晶模塊應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，也可以用數(shù)碼管作為使用媒介。（六）、

12、卡路里計算公式依據(jù)國際慣例計算式，運(yùn)動的功率約為消耗卡路里的25%（七）、速度計算方式及里程計算方式1 、自行車的結(jié)構(gòu)ihiaaHdia thAr起E審沖把脅housingg r 口 加唄塚紅1 ft|r 6 top *135*mb*機(jī)I霆丄苔圖4自行車的結(jié)構(gòu)如圖4所示，我們所設(shè)計的測速儀，將在前軸處安裝一開關(guān)式霍爾傳感器（建議用螺釘 以固定），在和霍爾傳感器同一水平線上的某個輻條處安裝磁鋼。這樣，在自行車轉(zhuǎn)動時， 就會不斷產(chǎn)生脈沖，從而進(jìn)行下一步。國產(chǎn)自行車的型號主要是用來區(qū)別它的不同種類和規(guī)格。種類是指各式車的類型，規(guī) 格是指自行車車架的高度。 自行車型號用漢語拼音字母來表示，后面是一組阿

13、拉伯?dāng)?shù)字。如 PA-17 型， QF-65 型， ZA-41 型。 其含義是： 第一個字母表示自行車的種類。如： P 代 表普通型，Q代表輕便型，Z代表載重型，S代表賽車型，X代表小輪型，T代表特種型。 第 二個字母代表自行車的式樣和規(guī)格。式樣是指男式車或女式車。如字母A（ 28英寸）、C（ 20英 寸）、 E（ 26 英寸） 這些單數(shù)字母又都代表男式車。而字母 B（ 28 英寸）、 D（ 27英寸）、 F（ 26 英寸），這些雙數(shù)字母都代表女式車。 字母后面跟的阿拉伯?dāng)?shù)字是工廠設(shè)計 的順序號。我們將根據(jù)跳線以完成對不同型號車輪直徑的設(shè)定，計算出不同的速度值，里程值。2、速度的計算（簡述） ：V（ m/s） =1s 內(nèi)的脈沖數(shù) *車輪周長3、里程的計算（簡述） ：里程S=是霍爾傳感器產(chǎn)生信號數(shù)X車輪周長五、結(jié)語： 以上是對本產(chǎn)品的功能及使用說明。