基于單片機(jī)的自行車(chē)碼表設(shè)計(jì)3

1、國(guó)家職業(yè)資格全國(guó)統(tǒng)一鑒定維修電工技師論文（國(guó)家職業(yè)資格二級(jí)）論文題目:基于單片機(jī)的自行車(chē)碼表設(shè)計(jì)姓 名：陳常東 身份證號(hào)：準(zhǔn)考證號(hào)：所在省市： 山東省日照市所在單位：日照市工業(yè)學(xué)?；趩纹瑱C(jī)的自行車(chē)碼表設(shè)計(jì)陳常東日照市工業(yè)學(xué)校摘要：隨著人們生活水平的提高，健身又環(huán)保的戶外運(yùn)動(dòng)成為一種時(shí)尚，自行車(chē)騎行就是其中老少咸宜的運(yùn)動(dòng)。在騎行中，騎行者都希望知道當(dāng)前的時(shí)間、天氣，和自己的騎行速度、里程、騎行時(shí)間等信息，本設(shè)計(jì)采用干簧管檢測(cè)、單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、系統(tǒng)擴(kuò)展DS1302時(shí)鐘芯片提供時(shí)間數(shù)據(jù)、DS18B20芯片提供溫度數(shù)據(jù)，采用1602液晶屏作為顯示器，可以綜合顯示上述信息，并設(shè)有按鍵進(jìn)行設(shè)置，以適

2、應(yīng)不同的車(chē)輛，同時(shí)留出來(lái)部分I/O接口可升級(jí)系統(tǒng)或后續(xù)開(kāi)發(fā)。關(guān)鍵字：?jiǎn)纹瑱C(jī) 干簧管 液晶 程序當(dāng)前，人們的生活水平普遍提高，休閑時(shí)間越來(lái)越充裕，城市建設(shè)也越來(lái)越注意環(huán)境的保護(hù)，這就為休息日人們出行消遣提供了條件。在路途不是很遠(yuǎn)，交通比較順暢，而又風(fēng)和日麗的日子里，相當(dāng)一部分人會(huì)選擇既能健身又倡導(dǎo)環(huán)保主題的自行車(chē)騎行作為娛樂(lè)方式。在騎行中，騎行者都希望知道當(dāng)前的時(shí)間、溫度、自己的騎行速度、騎行時(shí)間、騎行里程以及能量消耗等信息，當(dāng)然市場(chǎng)上有各種碼表出售，功能有簡(jiǎn)單也有很復(fù)雜的，使用上也很方便。但如果能自己制作一塊碼表，無(wú)疑更能增加騎行的樂(lè)趣。本文介紹了一款采用STC單片機(jī)、擴(kuò)展DS1302時(shí)鐘芯片

3、、DS18B20溫度檢測(cè)和轉(zhuǎn)換芯片，采用干簧管做速度檢測(cè)，16*2字符型液晶顯示屏LCD1602顯示的碼表。一、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案1、設(shè)計(jì)要求總里程9999，單位km，占4個(gè)顯示位，可以輪流顯示或選擇顯示（用十進(jìn)制數(shù)）：本次騎行里程9999，單位km，占4個(gè)顯示位，可以輪流顯示或選擇顯示（用十進(jìn)制數(shù)）；測(cè)量間隔60分鐘以上視為新的騎行里程；當(dāng)前騎行速度99，單位km/h，2個(gè)顯示位，選擇顯示或一直顯示；最大速度99，單位km/h，2個(gè)顯示位，選擇顯示或一直顯示；騎行時(shí)間當(dāng)前行駛累計(jì)時(shí)間，XX時(shí)XX分XX秒方式；時(shí)間溫度當(dāng)前的時(shí)間和環(huán)境溫度，時(shí)間XXhXXm只顯示時(shí)分，24小時(shí)制，溫度為XX；電源

4、使用一節(jié)手機(jī)鋰電池，體積小、結(jié)構(gòu)可靠，便于安裝及使用。2、方案分析1）速度測(cè)量原理假設(shè)車(chē)輪周長(zhǎng)為c，測(cè)量自行車(chē)車(chē)輪轉(zhuǎn)過(guò)一圈的時(shí)間t，則速度V=c/t。也可以測(cè)量轉(zhuǎn)過(guò)多圈（如5圈）所用的時(shí)間取平均值。2）傳感器的選擇速度傳感器有三種選擇：一是紅外對(duì)管，其優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量精度高，缺點(diǎn)是安裝比較復(fù)雜和容易受外來(lái)光線、灰塵等的影響；二是開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器，霍爾傳感器的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定和安裝簡(jiǎn)易，缺點(diǎn)是成本較高；三是干簧管，干簧管的優(yōu)點(diǎn)是成本低廉和安裝簡(jiǎn)易，缺點(diǎn)是比較脆弱和不夠穩(wěn)定。本里程表選用干簧管作為傳感器。給干簧管套上熱縮管，可克服其脆弱的缺點(diǎn)；軟件設(shè)計(jì)采用防抖可克服其不夠穩(wěn)定的缺點(diǎn)。3）顯示模塊的選擇里程表的

5、顯示內(nèi)容以數(shù)字為主，但同時(shí)顯示時(shí)間、溫度、總里程、速度和騎行時(shí)間，顯示信息量較大。利用LED數(shù)碼管可基本滿足使用要求，且成本較低。但數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)掃描的方式驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，亮度太低，在陽(yáng)光下幾乎看不見(jiàn)顯示內(nèi)容，失去使用價(jià)值，數(shù)碼管的靜態(tài)顯示，又需要龐大的單片機(jī)I/O口開(kāi)銷，或者需要擴(kuò)展芯片，增加的系統(tǒng)的復(fù)雜程度。且采用數(shù)碼管顯示的功耗高不適合以電池作為電源的設(shè)備。本設(shè)計(jì)采用LCD液晶顯示模塊。1602液晶顯示器在單片機(jī)設(shè)計(jì)中使用率較高，其具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等特點(diǎn)，可以同時(shí)顯示2行各10個(gè)字符，基本可以滿足碼表的顯示需要。3、功能和操作描述以AT89S52型單片機(jī)為核心，實(shí)時(shí)測(cè)量并顯示自

6、行車(chē)行駛過(guò)程中的各項(xiàng)參數(shù)，包括當(dāng)前時(shí)間、環(huán)境溫度，當(dāng)前騎行累計(jì)時(shí)間、當(dāng)前騎行累計(jì)里程、總騎行里程、當(dāng)前速度、最大速度、平均速度等，各參數(shù)同時(shí)或分屏顯示?？稍O(shè)置選擇自行車(chē)輪胎直徑，適應(yīng)不同的自行車(chē)，通用性好。同時(shí)設(shè)計(jì)了時(shí)鐘和溫度計(jì)功能，不安裝在自行車(chē)上時(shí)也可作為時(shí)鐘使用，升級(jí)設(shè)計(jì)可以增加鬧鐘或其他定時(shí)提醒功能，系統(tǒng)實(shí)用性高。1）操作說(shuō)明碼表板面如上圖所示，包括電源2pin排針、干簧管3pin排針、液晶顯示器、液晶背光開(kāi)關(guān)、電源開(kāi)關(guān)、電源LED指示燈、功能按鈕SW1-SW5、Reset按鈕。接通電源或按Reset后，顯示歡迎界面：2秒后進(jìn)入設(shè)置界面，或者長(zhǎng)按sw1進(jìn)入設(shè)置界面：從時(shí)間設(shè)置的小時(shí)設(shè)置

7、開(kāi)始，小時(shí)數(shù)字閃爍（可短按sw1切換下一設(shè)置）：按SW2-SW3分別加減當(dāng)前設(shè)置項(xiàng)后，短按SW1確認(rèn)并進(jìn)入下一項(xiàng)。接著進(jìn)入自行車(chē)輪胎半徑設(shè)置畫(huà)面：默認(rèn)設(shè)置為61cm，對(duì)應(yīng)24英寸自行車(chē)輪胎半徑。附：輪胎直徑大小英寸與厘米對(duì)照表英寸1618202224262828.5厘米4045505561667172按SW2、SW3從小到大從上表中選擇調(diào)整輪胎直徑后，短按SW1確認(rèn)并進(jìn)入下一項(xiàng)即重新開(kāi)始時(shí)間設(shè)置，長(zhǎng)按sw1退出設(shè)置，里程表開(kāi)始工作。在正常工作中顯示主屏幕界面如下：按sw1-sw3任意按鍵循環(huán)顯示界面如下：在顯示上述界面時(shí)按下sw4退出當(dāng)前顯示回到主界面。sw5按鍵備用以便系統(tǒng)初始化或升級(jí)。二、

8、芯片選擇1、STC89C52RC芯片STC89C52RC是一款低功耗、高性能8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器,512字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，4K字節(jié)的EEPROM，掉電不丟失數(shù)據(jù)；有32條輸入輸出接口，一組全雙工串行口；內(nèi)部集成看門(mén)狗電路、三個(gè)16位內(nèi)部定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，可以提供4個(gè)外部中斷源；指令系統(tǒng)與INTEL的MCS51系列完全兼容，引腳排列(如右圖)也完全一致。另外STC89C52RC的工作電壓在3.3-5V之間，可以用單節(jié)手機(jī)鋰電池供電，同時(shí)支持低功耗模式，這一特點(diǎn)在移動(dòng)設(shè)備中可以延長(zhǎng)電源的使用時(shí)間。該芯片的驅(qū)動(dòng)能力也較強(qiáng)，其I/O口的灌電流可達(dá)8m

9、A，足以驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管、液晶屏、蜂鳴器、小功率繼電器等設(shè)備而不需要額外的驅(qū)動(dòng)模塊，極大的簡(jiǎn)化的電路，提高了制作成功率和設(shè)備的可靠性。綜上所述，采用STC89C52RC的主要原因是：1）、程序空間足夠大，系統(tǒng)功能可以更豐富2）、有內(nèi)部EEPROM，掉電不丟失數(shù)據(jù)，可以存儲(chǔ)更多的騎行信息3）、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，不需要增加驅(qū)動(dòng)電路4）、有ISP功能，可以實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)編程，調(diào)試升級(jí)方便5）、價(jià)格便宜，單價(jià)在5元左右，而且市場(chǎng)極易買(mǎi)到。2、DS1302芯片DS1302是美國(guó)DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對(duì)年、月、日、星期、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為2.

10、5V5.5V。采用三線接口與CPU通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或RAM數(shù)據(jù)。 DS1302 與微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，首先由微處理器向電路發(fā)送命令字節(jié)，命令字節(jié)包含讀寫(xiě)、地址、數(shù)據(jù)等信息，在下一個(gè)周期就可以發(fā)送或接受相應(yīng)數(shù)據(jù)。選用DS1302的原因是： 1）、價(jià)格便宜，國(guó)產(chǎn)芯片的價(jià)格甚至不到1元 2）、電路簡(jiǎn)單，與單片機(jī)可以直接接口 3）、編程簡(jiǎn)單，可以讀取年月日時(shí)分秒等足夠的信息，單片機(jī)程序開(kāi)銷小 4）、可加后備電池，便于保持時(shí)間。3、DS18B20芯片DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的單總線式數(shù)字溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強(qiáng)、接口簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)

11、，特別適用于構(gòu)成多點(diǎn)溫度測(cè)控系統(tǒng)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(hào)（提供9位二進(jìn)制數(shù)字）給單片機(jī)處理，且在同一總線上可以掛接多個(gè)傳感器芯片。選擇DS18B20是因?yàn)椋?）、只需一條總線，接口簡(jiǎn)單2）、直接接收溫度的數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單。4、1602LCD液晶顯示模塊字符型液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等特點(diǎn)，是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中最常用的信息顯示器件。本碼表使用常見(jiàn)的1602字符型LCD模塊，可以顯示2行各16個(gè)字符，通過(guò)8條數(shù)據(jù)線和3個(gè)控制端來(lái)操作，同時(shí)有對(duì)比度調(diào)節(jié)和背光控制，也可以用開(kāi)關(guān)獨(dú)立控制背光。本設(shè)計(jì)選用1602液晶屏幕而不是數(shù)碼管的原因如下： 1）、程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，只需發(fā)送

12、數(shù)據(jù)即可保持顯示，不需反復(fù)掃描 2）、可同時(shí)顯示的信息量大 3）、LCD耗電少，適合以電池做為負(fù)載的設(shè)備。本設(shè)計(jì)使用1602也有幾點(diǎn)不足，1是成本比數(shù)碼管高，2是一般1602的工作電壓為5V，使用一塊手機(jī)鋰電池在低于4V時(shí)顯示效果不好，需要升級(jí)加升壓電路。5、干簧管干簧管是利用磁場(chǎng)信號(hào)來(lái)控制的一種線路開(kāi)關(guān)元件。干式舌簧管以其結(jié)構(gòu)固有的特點(diǎn)，目前已被廣泛應(yīng)用到各種自動(dòng)化和微型化的自動(dòng)控制零件及通訊檢測(cè)設(shè)備中，作為開(kāi)關(guān)量檢測(cè)元件。在碼表中，干簧管安裝在自行車(chē)前叉貼近輻條的支架上，磁鋼安裝在輻條上。當(dāng)磁鋼遠(yuǎn)離干簧管時(shí)，干簧管斷開(kāi)，單片機(jī)外部中斷0（P3.2）保持高電平。當(dāng)磁鋼靠近干簧管時(shí)，干簧管閉合

13、，送一個(gè)下降沿信號(hào)給單片機(jī)的外部中斷0，產(chǎn)生一次中斷，程序計(jì)數(shù)車(chē)輪轉(zhuǎn)過(guò)一圈。三、硬件電路電路圖見(jiàn)附錄1電路簡(jiǎn)介如下：1、速度檢測(cè)部分采用三線干簧管，分別接電源正負(fù)極和輸出的轉(zhuǎn)速信號(hào)。在磁鐵遠(yuǎn)離干簧管時(shí)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，干簧管輸出高電平信號(hào)；當(dāng)車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，磁鐵轉(zhuǎn)過(guò)干簧管時(shí)開(kāi)關(guān)閉合，輸出低電平信號(hào)。檢測(cè)到的車(chē)輪轉(zhuǎn)數(shù)數(shù)據(jù)直接送入單片機(jī)外部中斷0（P3.2），由軟件進(jìn)行計(jì)數(shù)和計(jì)算。2、單片機(jī)和顯示部分由單片機(jī)最小系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)LCD1602顯示模塊組成，單片機(jī)通過(guò)P0口送出8位地址信息和顯示數(shù)據(jù)，通過(guò)P2的部分端口選通和控制1602的顯示。顯示模塊設(shè)置對(duì)比度調(diào)整電位器、背光燈開(kāi)關(guān)可單獨(dú)調(diào)整和控制，后續(xù)升級(jí)可全部通過(guò)

14、單片機(jī)進(jìn)行控制。本設(shè)計(jì)中1602部分和單片機(jī)公用電源，但STC單片機(jī)可以工作于3.5V電源，但LCD的工作電壓為5V，低于4V時(shí)顯示對(duì)比度就很低了，所以后續(xù)升級(jí)應(yīng)考慮增加升壓電路，以便于使用手機(jī)鋰電池供電。3、時(shí)間溫度部分 這一部分是DS1302和DS18B20的標(biāo)準(zhǔn)接法，各種資料很多，此處從略。四、程序參考1、程序功能框圖2、程序流程圖見(jiàn)附錄23、部分參考程序見(jiàn)附錄3附錄1：碼表電路圖附錄2：程序流程圖附錄3：部分參考程序/*=主程序=*/void main()/com=0; /將按鍵接地，模擬外部中斷/wr=0;addr=0x0000; /設(shè)置讀取第一扇區(qū)首地址time=0;TMOD=0x01;TH0=(65535-50000)/256; /*1s定時(shí)用定時(shí)器0*/TL0=(65535-50000)%256;EA=1; /*開(kāi)總中斷*/ET0=1; /*開(kāi)定時(shí)器0中斷*/TR0=1; /*起訂定時(shí)器0*/IT0=1; /*設(shè)置外部中斷1為下降沿觸發(fā)*/EX0=1; /*開(kāi)外部中斷1*/Xdata=12000000;for(j=4;j>0;j-) /*每次上電讀取上次斷電前