摩托車測(cè)速計(jì)的設(shè)計(jì)與制作畢業(yè)設(shè)計(jì)

常州工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文PAGE目錄第一部分設(shè)計(jì)任務(wù)與調(diào)研…………………3第二部分設(shè)計(jì)說(shuō)明……………4第三部分設(shè)計(jì)成果……………9第四部分結(jié)束語(yǔ)………………13第五部分致謝……………………14第六部分參考文獻(xiàn)……………15

第一部分設(shè)計(jì)任務(wù)與調(diào)研設(shè)計(jì)任務(wù)摩托車等交通工具成為了當(dāng)代人出行不可少的代步工具，像這種以車輪轉(zhuǎn)動(dòng)前進(jìn)的交通工具在行駛中不免要有時(shí)速表。以便于司機(jī)掌握車子的速度。本課題主要研究轉(zhuǎn)速的測(cè)量。通用于各類需要測(cè)轉(zhuǎn)速的環(huán)境中。轉(zhuǎn)速是各類車輪運(yùn)行過(guò)程中的一個(gè)重要監(jiān)測(cè)量，目前國(guó)內(nèi)外常用的轉(zhuǎn)速測(cè)量方法有離心式轉(zhuǎn)速表測(cè)速法、閃光測(cè)速法、光電碼盤測(cè)速法和霍爾元件測(cè)速法等。本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)控制的摩托車速度測(cè)速，采用霍爾傳感器來(lái)檢測(cè)信號(hào)，使用AT89S51單片機(jī)采樣脈沖信號(hào)并計(jì)算每分鐘內(nèi)脈沖信號(hào)的數(shù)目，即摩托車車輪對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速值，最終系統(tǒng)通過(guò)數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速值，并且具有超速報(bào)警功能。該系統(tǒng)硬件電路簡(jiǎn)單，子程序具有通用性，完全符合設(shè)計(jì)要求。2.設(shè)計(jì)調(diào)研摩托車等交通工具成為了當(dāng)代人出行不可少的代步工具，像這種以車輪轉(zhuǎn)動(dòng)前進(jìn)的交通工具在行駛中不免要有時(shí)速表。以便于司機(jī)掌握車子的速度。本課題主要研究轉(zhuǎn)速的測(cè)量。通用于各類需要測(cè)轉(zhuǎn)速的環(huán)境中。

轉(zhuǎn)速是各類車輪運(yùn)行過(guò)程中的一個(gè)重要監(jiān)測(cè)量，目前國(guó)內(nèi)外常用的轉(zhuǎn)速測(cè)量方法有離心式轉(zhuǎn)速表測(cè)速法、閃光測(cè)速法、光電碼盤測(cè)速法和霍爾元件測(cè)速法等。本設(shè)計(jì)介紹了一種基于AT89C51單片機(jī)的光電開關(guān)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)采用對(duì)射式光電開關(guān)產(chǎn)生與齒輪相對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)，使用AT89C51單片機(jī)采樣脈沖信號(hào)并計(jì)算每分鐘內(nèi)脈沖信號(hào)的數(shù)目，即電機(jī)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速值，最終系統(tǒng)通過(guò)數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速值。經(jīng)過(guò)仿真測(cè)試和軟硬件系統(tǒng)的搭建，本系統(tǒng)滿足設(shè)計(jì)要求，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用。系統(tǒng)在降低測(cè)速器成本，提高測(cè)速穩(wěn)定性及可靠性等方面有一定價(jià)值，具有廣泛的應(yīng)用前景

第二部分設(shè)計(jì)說(shuō)明任務(wù)分析本設(shè)計(jì)的任務(wù)是：以51單片機(jī)為處理核心，用傳感器將車輪的轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換為電脈沖，進(jìn)行處理后送入單片機(jī)。里程及速度的測(cè)量，是經(jīng)過(guò)MCS-51的定時(shí)/計(jì)數(shù)器測(cè)出總的脈沖數(shù)和每轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間，再經(jīng)過(guò)單片機(jī)的計(jì)算得出，其結(jié)果通過(guò)LED顯示器顯示出來(lái)。本設(shè)計(jì)總體思路如下：假定輪圈的周長(zhǎng)為L(zhǎng)，在輪圈上安裝m個(gè)永久磁鐵，則測(cè)得的里程值最大誤差為L(zhǎng)/m。經(jīng)綜合分析，本設(shè)計(jì)中取m=2.15。當(dāng)輪子每轉(zhuǎn)一圈，通過(guò)開關(guān)型霍爾元件傳感器采集到一個(gè)脈沖信號(hào)，并從引腳P3.2中斷0端輸入，傳感器每獲取一個(gè)脈沖信號(hào)即對(duì)系統(tǒng)提供一次計(jì)數(shù)中斷。每次中斷代表車輪轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，中斷數(shù)n輪圈的周長(zhǎng)為L(zhǎng)的乘積為里程值。計(jì)數(shù)器T1計(jì)算每轉(zhuǎn)一圈所用的時(shí)間t，就可以計(jì)算出即時(shí)速度v。當(dāng)里程鍵按下時(shí)，里程指示燈亮，LED切換顯示當(dāng)前里程，與當(dāng)速度鍵按下時(shí)，速度指示燈亮，LED切換顯示當(dāng)前速度。

要求達(dá)到的各項(xiàng)指標(biāo)及實(shí)現(xiàn)方法如下：

(1)利用霍爾傳感器產(chǎn)生里程數(shù)的脈沖信號(hào)。

(2)對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。

實(shí)現(xiàn)：利用單片機(jī)自帶的計(jì)數(shù)器T1對(duì)霍爾傳感器脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。

(3)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，要求用LED顯示里程總數(shù)和即時(shí)速度。

實(shí)現(xiàn)：利用軟件編程，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到需要的數(shù)值。

最終實(shí)現(xiàn)目標(biāo)：摩托車的速度里程表具有里程、速度測(cè)試與顯示功能，采用單片機(jī)作控制，顯示電路可顯示里程及速度。

2.設(shè)計(jì)理論測(cè)速，首先要解決是采樣的問(wèn)題。使用單片機(jī)進(jìn)行測(cè)速，可以使用簡(jiǎn)單的脈沖計(jì)數(shù)法。只要轉(zhuǎn)軸每旋轉(zhuǎn)一周，產(chǎn)生一個(gè)或固定的多個(gè)脈沖，將脈沖送入單片機(jī)中進(jìn)行計(jì)算，即可獲得轉(zhuǎn)速的信息。常用的測(cè)速元件有霍爾傳感器、光電傳感器和光電編碼器。里程測(cè)量傳感器的選擇也有以下幾種方案：使用光敏電阻對(duì)里程進(jìn)行測(cè)量、利用編碼器對(duì)車輪的圈數(shù)進(jìn)行測(cè)量、利用霍爾傳感器對(duì)里程進(jìn)行測(cè)量、利用干簧管型傳感器測(cè)量里程。

光敏電阻對(duì)光特別敏感，當(dāng)白天行駛時(shí)，外界光源將導(dǎo)致光敏電阻發(fā)出錯(cuò)誤信號(hào)；光敏電阻對(duì)環(huán)境的要求相當(dāng)高，如果光敏或發(fā)光二極管被泥沙或灰塵所覆蓋，光敏電阻就不能再進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量；而編碼器必須安裝在車軸上，安裝較為復(fù)雜；霍爾元件或干簧管不但不受天氣的影響，即使被泥沙或灰塵覆蓋也不會(huì)有影響，而且安裝方便。所以本設(shè)計(jì)采用霍爾元件對(duì)里程與速度進(jìn)行測(cè)量，既簡(jiǎn)單易行，又經(jīng)濟(jì)適用。

使用霍爾傳感器獲得脈沖信號(hào)，其機(jī)械結(jié)構(gòu)也可以做得較為簡(jiǎn)單，只要在轉(zhuǎn)軸的齒輪盤上粘上一粒磁鋼，霍爾元件固定在前叉上，當(dāng)車子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)霍爾元件靠近磁鋼，就有信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，就會(huì)不斷地產(chǎn)生脈沖信號(hào)輸出。如果在齒輪盤上粘上多粒磁鋼，可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)一周，獲得多個(gè)脈沖輸出。在粘磁鋼時(shí)要注意，霍爾傳感器對(duì)磁場(chǎng)方向敏感，粘之前可以先手動(dòng)接近一下傳感器，如果沒(méi)有信號(hào)輸出，可以換一個(gè)方向再試。這種傳感器不怕灰塵、油污，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用廣泛。

測(cè)量摩托車的速度的原理有兩種：（時(shí)間間隔t里摩托車車輪轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)q，假設(shè)車輪周長(zhǎng)為c，則速度V=1）測(cè)量一定c*q/t；（2）測(cè)量摩托車車輪轉(zhuǎn)過(guò)一圈的時(shí)間t，則速度V=c/t。本設(shè)計(jì)是根據(jù)第一個(gè)原理計(jì)算速度的。速度等都是由霍爾元器件測(cè)量。通過(guò)頻率計(jì)或者按鈕輸出脈沖，代表車輪轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)，已知摩托車輪胎的周長(zhǎng)為2.15m，輪子每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，安裝在車輪輻條上的磁鋼接近霍爾傳感器一次，傳感器送一個(gè)脈沖信號(hào)給單片機(jī)的外部中斷計(jì)數(shù)器T1，產(chǎn)生一次中斷，圈數(shù)加一。圈數(shù)*2.15即為車前進(jìn)距離，而通過(guò)單片機(jī)T0定時(shí)器記錄時(shí)間，間隔5秒，5秒內(nèi)的前進(jìn)距離除以時(shí)間5秒，得到5秒內(nèi)的當(dāng)前速度。而總里程L除以總時(shí)間t得到平均速度。若速度大于25.2km/h（7m/s），LED警示燈亮，提示速度過(guò)大。3.設(shè)計(jì)思路本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)摩托車運(yùn)行過(guò)程中對(duì)行駛里程、當(dāng)前瞬時(shí)速度、平均速度進(jìn)行測(cè)量和顯示。總體設(shè)計(jì)思路如圖所示。系統(tǒng)包括控制器模塊、信號(hào)檢測(cè)采集信號(hào)檢測(cè)采集模塊、顯示模塊、電源模塊四部分。如圖1電源模塊信號(hào)輸入模塊電源模塊信號(hào)輸入模塊控制器模塊顯示模塊系統(tǒng)工作時(shí)，采用12V的電池供電，進(jìn)行穩(wěn)壓處理，將12V穩(wěn)降到5V以供單片機(jī)以及各芯片使用，傳感器采集到信號(hào)傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)計(jì)數(shù)器統(tǒng)計(jì)脈沖個(gè)數(shù)，定時(shí)器記錄相應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)度，經(jīng)過(guò)運(yùn)算，將速度送給送給7段數(shù)碼管顯示，根據(jù)設(shè)定的報(bào)警值決定報(bào)警燈的點(diǎn)亮情況。4.結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。89C5189C51單片機(jī)電池供電LED顯示電池供電LED顯示霍爾傳感器霍爾傳感器報(bào)警輸出報(bào)警輸出時(shí)鐘時(shí)鐘圖2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)由霍爾元件傳感器、顯示模塊、LED報(bào)警模塊、供電模塊和單片機(jī)小系統(tǒng)構(gòu)成。5.速度測(cè)量原理測(cè)量摩托車的速度的原理有兩種：測(cè)量一定時(shí)間間隔t里摩托車車輪轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)q，假設(shè)車輪周長(zhǎng)為c，則速度V=c*q/t；測(cè)量摩托車車輪轉(zhuǎn)過(guò)一圈的時(shí)間t，則速度V=c/t。本里程表是根據(jù)第一個(gè)原理計(jì)算速度的。6.顯示模塊的選擇ed數(shù)碼管（LEDSegmentDisplays）是由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個(gè)筆劃，公共電極。led數(shù)碼管常用段數(shù)一般為7段有的另加一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，還有一種是類似于3位“+1”型。位數(shù)有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等，led數(shù)碼管根據(jù)LED的接法不同分為共陰和共陽(yáng)兩類，了解LED的這些特性，對(duì)編程是很重要的，因?yàn)椴煌愋偷臄?shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。圖2是共陰和共陽(yáng)極數(shù)碼管的內(nèi)部電路，它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。顏色有紅，綠，藍(lán)，黃等幾種。led數(shù)碼管廣泛用于儀表，時(shí)鐘，車站，家電等場(chǎng)合。選用時(shí)要注意產(chǎn)品尺寸顏色，功耗，亮度，波長(zhǎng)等。下面將介紹常用LED數(shù)碼管內(nèi)部引腳圖圖3LED數(shù)碼管內(nèi)部引腳圖第三部分設(shè)計(jì)成果1仿真運(yùn)行圖2源碼#include<reg51.h>#defineuintunsignedint#defineucharunsignedchar#definemax_val250sbitspk1=P1^7;ucharcodetable[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f, 0x66,0x6d,0x7d,0x07, 0x7f,0x6f,0x00}; ucharcodechose[]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20};//ucharcodesel[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7};uintshu[6]={1,2,3,4,5,6};ucharq=0;uintcount,miaoshu,sv; //定義計(jì)數(shù)值，實(shí)際速度值，設(shè)定的額定速度值ucharsec,tcnt,flag,flag1;uchardisp_count;//延時(shí)1ms子程序voiddelay(ucharz){ ucharx,y; for(x=z;x>0;x--) for(y=110;y>0;y--);}//顯示子程序voiddisplay(uintb){ shu[0]=10; shu[1]=b/100; shu[2]=b%100/10; shu[3]=b%10; switch(disp_count) { case0: P2=chose[0]; P0=table[shu[0]]; break; case1: P2=chose[1]; P0=table[shu[1]]; break; case2: P2=chose[2]; P0=table[shu[2]]; break; case3: P2=chose[3]; P0=table[shu[3]]; break; default: break; } }//定時(shí)器中斷0子程序voidt0(void)interrupt1using0//定時(shí)T0中斷服務(wù)函數(shù){TH0=0x3C;TL0=0x0B0; tcnt++;//每過(guò)50MS加一 if(tcnt==40)//計(jì)滿40次（1/100秒）時(shí) { tcnt=0;//重新再計(jì) miaoshu=count; count=0; }}voidsdf(void)interrupt2using0//計(jì)數(shù)T1中斷服務(wù)函數(shù){ count=count+1; }voidInitTimer1(void){TH1=0x0EC;TL1=0x78;EA=1;ET1=1;TR1=1;}voidTimer1Interrupt(void)interrupt3{TH1=0x0EC;TL1=0x78;disp_count++; display(miaoshu);if(disp_count>4)disp_count=0;}/******************************************************/voidAlarm1(uchart) //報(bào)警子程序{ uchari,j; for(i=0;i<200;i++) { spk1=~spk1; for(j=0;j<t;j++); }}main(){IT1=1;TMOD=0x11;//計(jì)數(shù)器T1工作在方式TH0=0x3C;TL0=0x0B0; TR0=1;//開始定時(shí) ET0=1;//允許T0產(chǎn)生中斷 EA=1; EX1=1;EA=1; InitTimer1(); sec=0; miaoshu=0;tcnt=0;count=0;sv=0; flag=0;while(1){if(miaoshu>max_val)Alarm1(120);else spk1=1; }}

第四部分結(jié)束語(yǔ)采用51單片機(jī)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)摩托車轉(zhuǎn)速的測(cè)量，可以提高轉(zhuǎn)速的測(cè)量，可以提高轉(zhuǎn)速測(cè)量的精確度，并且加快了采樣的速率，具有較好的實(shí)時(shí)性。該設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是開發(fā)一個(gè)以51單片機(jī)為核心摩托車車的速度測(cè)速計(jì)。本設(shè)計(jì)達(dá)到設(shè)計(jì)的指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)摩托車?yán)锍?速度的計(jì)算功能，并用LED顯示，

當(dāng)摩托車車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，小磁片滑過(guò)霍爾元件時(shí)，霍爾元件輸出一脈沖，可根據(jù)車輪周長(zhǎng)計(jì)算里程，選擇不同的車輪周長(zhǎng)，里程數(shù)的變化有所不同；當(dāng)按下開關(guān)，顯示速度時(shí)，LED會(huì)根據(jù)轉(zhuǎn)速的不同顯示不同的數(shù)字。

在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，介紹了一種基于51單片機(jī)的摩托車測(cè)速系統(tǒng)，該測(cè)速系統(tǒng)采用霍爾傳感器敏感速率信號(hào)，具有頻率響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)?；魻杺鞲衅鞯妮敵鲂盘?hào)經(jīng)信號(hào)處理后，通過(guò)單片機(jī)對(duì)連續(xù)脈沖記數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速測(cè)控，并且充分利用了單片機(jī)的內(nèi)部資源，有很高的性價(jià)比。經(jīng)過(guò)測(cè)試并對(duì)誤差進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)的測(cè)量誤差幾乎為0，并且在測(cè)量范圍內(nèi)轉(zhuǎn)速越高測(cè)量精度越高。所以該系統(tǒng)在一般的轉(zhuǎn)速檢測(cè)和控制中均可應(yīng)用。雖然本次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)硬件要求不高，主要是對(duì)于脈沖信號(hào)的處理、計(jì)算及顯示。但為了讓霍爾傳感部分測(cè)量的更加精確。也讓我們查找了很多資料，通過(guò)反相器可以讓輸出脈沖更加規(guī)范。通過(guò)軟件的調(diào)試，我發(fā)現(xiàn)程序中利用子程序的編程會(huì)讓程序不僅易讀，而且易于調(diào)試。通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì),我對(duì)單片機(jī)的工作原理和應(yīng)用有了深入的理解,掌握了單片機(jī)系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)的基本方法，對(duì)編寫程序等有了一定的認(rèn)識(shí)。使我深刻體會(huì)到單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛，也讓我了解到單片機(jī)技術(shù)對(duì)當(dāng)今人們生活的重要性。

致謝非常感謝校領(lǐng)導(dǎo)和老師，給我們創(chuàng)造了一個(gè)學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，讓我在畢業(yè)的最后一段時(shí)間里學(xué)到了很多知識(shí)。本次通過(guò)摩托車測(cè)速計(jì)的制作是三年來(lái)學(xué)習(xí)過(guò)程中最涵蓋面最廣的一次設(shè)計(jì)，他不僅體現(xiàn)了我們對(duì)設(shè)計(jì)思考，更重要的是對(duì)我們?nèi)陙?lái)所學(xué)知識(shí)的實(shí)踐，經(jīng)過(guò)這一個(gè)月的緊張的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我在理論和動(dòng)手能力上都有了進(jìn)一步的提高。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利完成離不開指導(dǎo)老師的大力支持，在這里我特別感謝我的指導(dǎo)老師，是他將最新的畢業(yè)設(shè)計(jì)信息通知我們，并且在自己緊張的工作中，還盡量抽出時(shí)間關(guān)心我們畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度情況，監(jiān)督我們抓緊學(xué)習(xí)。在整個(gè)設(shè)計(jì)中，用我們以前學(xué)習(xí)的知識(shí)，最開始黃老師就教給了我們遇到問(wèn)題，如何分析問(wèn)題，解決問(wèn)題的方法，