健身自行車?yán)锍瘫碓O(shè)計(jì)

第1章緒論1.1研究目的及意義隨著人們生活水平的提高，對(duì)生活質(zhì)量的要求也日益增加。特別是對(duì)健身的要求，人們?cè)絹碓阶⒅乇３稚眢w健康和良好的體能水平。在中國，自行車通常被視為一種代步工具。然而，在國外，自行車卻是一項(xiàng)備受歡迎的健身運(yùn)動(dòng)。它具有無污染、價(jià)格低廉和適合各個(gè)年齡段的優(yōu)點(diǎn)。此外，在騎行過程中，人們可以充分享受大自然的美妙，對(duì)于現(xiàn)代忙碌的人們來說，這無疑是一種很好的放松方式。在中國，這種情況也正在慢慢發(fā)生變化。因此，熱愛自行車運(yùn)動(dòng)的人們非常需要一種能夠測速的裝置，以便了解自己的運(yùn)動(dòng)情況，并達(dá)到最佳的運(yùn)動(dòng)效果。對(duì)于自行車運(yùn)動(dòng)員來說，他們最關(guān)心的是一段時(shí)間內(nèi)的訓(xùn)練效果。教練需要根據(jù)運(yùn)動(dòng)員在一段時(shí)間內(nèi)的訓(xùn)練效果進(jìn)行評(píng)估，以便適時(shí)地進(jìn)行調(diào)整，使運(yùn)動(dòng)員達(dá)到最佳狀態(tài)。因此，他們需要一種能夠測定和記錄訓(xùn)練中各種參數(shù)的裝置。本作品就是針對(duì)這一需求而設(shè)計(jì)的。該裝置可以實(shí)時(shí)測量騎行速度、里程和時(shí)間等關(guān)鍵指標(biāo)。它通過使用先進(jìn)的傳感器技術(shù)，能夠準(zhǔn)確捕捉到自行車的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可以通過連接到智能手機(jī)或電腦上的應(yīng)用程序進(jìn)行記錄和分析。運(yùn)動(dòng)員可以通過這些數(shù)據(jù)了解自己的表現(xiàn)，評(píng)估自己的訓(xùn)練效果，并找出改進(jìn)的空間。同時(shí)，教練也可以通過這些數(shù)據(jù)來監(jiān)控運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練進(jìn)展，并提供針對(duì)性的指導(dǎo)和建議。該裝置還具備便捷性和易用性的特點(diǎn)。它可以輕松安裝在自行車上，并且具有直觀的操作界面，使用戶能夠方便地查看數(shù)據(jù)和調(diào)整設(shè)置。同時(shí)，裝置還具備防水和耐用的設(shè)計(jì)，以應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜的騎行環(huán)境?？傊?，隨著人們對(duì)健身要求的增加，自行車運(yùn)動(dòng)作為一項(xiàng)受歡迎的健身運(yùn)動(dòng)也在中國逐漸興起。對(duì)于自行車運(yùn)動(dòng)愛好者和專業(yè)運(yùn)動(dòng)員來說，一款能夠測速和記錄訓(xùn)練參數(shù)的裝置尤為重要。它不僅能夠提供實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)反饋，幫助用戶了解自己的運(yùn)動(dòng)情況和訓(xùn)練效果，還能夠?yàn)榻叹毺峁┯袃r(jià)值的信息，以便進(jìn)行更加科學(xué)和有效的訓(xùn)練管理。這樣的裝置將進(jìn)一步推動(dòng)自行車運(yùn)動(dòng)在中國的發(fā)展，并促進(jìn)人們更健康、積極地投入到這項(xiàng)運(yùn)動(dòng)中去。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀近年來，隨著人們對(duì)健康和生活質(zhì)量的關(guān)注度增加，健身自行車作為一種受歡迎的健身工具，備受關(guān)注。為了滿足用戶對(duì)自行車運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的需求，各國在健身自行車?yán)锍瘫淼脑O(shè)計(jì)和研究方面進(jìn)行了廣泛的探索和創(chuàng)新。以下是國內(nèi)外在健身自行車?yán)锍瘫碓O(shè)計(jì)方面的研究現(xiàn)狀。2012年日本EisukeKITA的團(tuán)隊(duì)在《GroupControlAlgorithmofMulti-CarElevatorbyNon-overlappingZoning》提出了一種里程表計(jì)數(shù)群控算法。在本算法中，以非重疊的方式定義了每個(gè)里程表服務(wù)區(qū)域，命名為非重疊分區(qū)的群控算法。在2022年，陳堯在他的《基于數(shù)字孿生技術(shù)設(shè)計(jì)方法研究》研究中通過SysML系統(tǒng)建模語言對(duì)定位系統(tǒng)進(jìn)行建模分析,提出了基于數(shù)字孿生技術(shù)的用戶定制定位器各設(shè)計(jì)階段指標(biāo),結(jié)合質(zhì)量屋模型完成了用戶需求與設(shè)計(jì)元素的映射,得到了設(shè)計(jì)元素配置方案并交由用戶評(píng)價(jià)修改得到最終的設(shè)計(jì)元素配置方案,完成概念設(shè)計(jì)。2016年在英國學(xué)者LutfiAl-Sharif、ZaidJaber、JamalHamdan和AnasRiyal在《Evaluatingtheperformanceofelevatorgroupcontrolalgorithmsusingathree-elementnewparadigm》一文中提出了一種群控算法有效性的新方法。新范式可以非常有效地提供一種客觀評(píng)估和比較電梯群控算法的機(jī)制。它圍繞三個(gè)基本組成部分構(gòu)建：理想化的最佳基準(zhǔn)；隨機(jī)場景測試；以及對(duì)現(xiàn)實(shí)的漸進(jìn)介紹。在2003年，劉沁發(fā)表了《傳感器專用工藝裝備開發(fā)》，該項(xiàng)目利用自有資金,自主開發(fā)了靜電封接機(jī)、硅油充灌設(shè)備、硅片劃片設(shè)備和芯片測試設(shè)備等工藝裝備,并在行業(yè)中推廣應(yīng)用。項(xiàng)目的主要任務(wù)是針對(duì)新型力敏、磁敏傳感器產(chǎn)品的研制和生產(chǎn),開發(fā)力敏、磁敏傳感器制造工藝設(shè)備,提高新型力敏、磁敏傳感器的制造工藝水平和生產(chǎn)效率,為新型力敏、磁敏傳感器的產(chǎn)業(yè)化提供工藝保證和設(shè)備保障。2021年，臨沂銀河電子高新技術(shù)開發(fā)應(yīng)用研究所發(fā)表了《多通道傳感器數(shù)據(jù)處理裝置》，Ac-401型傳感器數(shù)據(jù)處理裝置是便攜式、防水型電池供電的儀器,它能測讀所有的振弦式傳感器。Ac-401讀數(shù)儀是以單片機(jī)為核心的傳感數(shù)據(jù)處理裝置,鑒于振弦式傳感器的特點(diǎn),利用單片機(jī)軟件技術(shù)產(chǎn)生對(duì)傳感器進(jìn)行激勵(lì)的脈沖串,在單片機(jī)內(nèi)對(duì)傳感器返回的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算,將最終結(jié)果送至顯示。該設(shè)備采用低功耗的CMOS微處理器來完成儀器的激勵(lì)和讀數(shù),能將數(shù)據(jù)進(jìn)行換算,直接以工程單位或與壓力,荷載相應(yīng)的單位輸出數(shù)據(jù)讀數(shù),采用特殊的元件和液晶顯示極,能在嚴(yán)寒下工作,性能穩(wěn)定,應(yīng)用前景廣闊。盡管在國內(nèi)外都有不少有價(jià)值的研究和設(shè)計(jì)成果，但仍然存在一些挑戰(zhàn)和改進(jìn)的空間。例如，一些用戶反映，目前市場上的健身自行車?yán)锍瘫碓跀?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和用戶界面的友好性方面仍有待提高。另外，對(duì)于健身自行車?yán)锍瘫淼臉?biāo)準(zhǔn)化和認(rèn)證等方面，也需要進(jìn)一步加強(qiáng)和規(guī)范?？傊?，國內(nèi)外在健身自行車?yán)锍瘫碓O(shè)計(jì)方面都取得了一定的研究成果。未來，隨著科技的進(jìn)步和用戶需求的不斷演變，健身自行車?yán)锍瘫淼脑O(shè)計(jì)將繼續(xù)迭代和創(chuàng)新，為用戶提供更好的運(yùn)動(dòng)體驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析功能。1.3主要研究內(nèi)容本論文的研究主要集中在健身自行車?yán)锍瘫淼脑O(shè)計(jì)方面，旨在開發(fā)一個(gè)功能完善的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)以下主要功能：1.顯示功能：利用LCD1602液晶顯示屏，實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前速度、里程和時(shí)間的顯示。通過合理的界面設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理算法，使用戶能夠清晰地了解自己的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。2.超速報(bào)警功能：單片機(jī)里程表系統(tǒng)具備超過限速報(bào)警的功能，用戶可以根據(jù)自身情況設(shè)置報(bào)警的最低速度，并具有保存的功能。當(dāng)實(shí)際的騎行速度超過設(shè)置的報(bào)警最低速度時(shí)，蜂鳴器將發(fā)出警報(bào)，提醒用戶注意控制騎行速度，確保騎行安全。3.總里程查看功能：用戶可以通過系統(tǒng)查看總里程，了解自己累計(jì)的騎行里程。這對(duì)于用戶進(jìn)行騎行計(jì)劃和評(píng)估騎行效果非常有用。4.時(shí)間和輪子直徑修改功能：系統(tǒng)可以通過按鍵修改當(dāng)前的時(shí)間，使用戶能夠自由調(diào)整系統(tǒng)時(shí)間，確保騎行記錄的準(zhǔn)確性。同時(shí)，用戶還可以設(shè)置輪子直徑，以便系統(tǒng)能夠更精確地計(jì)算騎行里程。5.設(shè)定目標(biāo)功能：用戶可以根據(jù)自己的自身情況，為騎行設(shè)置一個(gè)合理的系統(tǒng)的目標(biāo)，結(jié)合時(shí)間修改功能和總里程查看功能，設(shè)置的目標(biāo)可以更加的具體化，在顯示屏上顯示出來。6.時(shí)鐘芯片DS1302的應(yīng)用：里程表單片機(jī)系統(tǒng)采用了高精度的時(shí)鐘芯片DS1302，確保系統(tǒng)的時(shí)間顯示準(zhǔn)確無誤。同時(shí)，系統(tǒng)還搭載了3V紐扣電池，即使在斷電重新上電的情況下，也無需重新設(shè)置時(shí)間，保證了系統(tǒng)的使用方便性和穩(wěn)定性。7.測量心率功能：用戶可以在騎行鍛煉的過程中及時(shí)關(guān)注自己的身體狀況，增加心率測量模塊，使測量的心率及時(shí)的顯示在顯示屏上。在研究過程中，將進(jìn)行硬件電路設(shè)計(jì)、軟件程序設(shè)計(jì)和系統(tǒng)測試驗(yàn)證等方面的工作。通過設(shè)計(jì)合理的電路和程序，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和功能完善。通過測試驗(yàn)證，驗(yàn)證系統(tǒng)在不同條件下的性能和準(zhǔn)確性，確保系統(tǒng)能夠滿足用戶的需求，并提供可靠的健身騎行輔助工具。本研究將對(duì)健身自行車?yán)锍瘫淼脑O(shè)計(jì)和應(yīng)用提供有力的支持，并為類似領(lǐng)域的研究提供借鑒和參考。

第2章系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)2.1設(shè)計(jì)方案本課題研究的內(nèi)容為健身自行車?yán)锍瘫?。主要包括LCD1602顯示器、設(shè)置模塊、蜂鳴器、單片機(jī)、GPS定位模塊、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存模塊、時(shí)鐘芯片DS1302、心率模塊。LCD1602可以實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前速度、里程和時(shí)間還有心率；系統(tǒng)可以通過按鍵修改當(dāng)前時(shí)間和設(shè)置輪子直徑；具有超速報(bào)警功能，可以設(shè)置報(bào)警速度并具有保存剛能，當(dāng)實(shí)際的速度大于當(dāng)前的速度時(shí)就會(huì)由蜂鳴器產(chǎn)生報(bào)警。2.2功能需求分析2.2.1技術(shù)路線：1.硬件部分需要LCD1602顯示器、設(shè)置模塊、蜂鳴器、紅外對(duì)管傳感器、單片機(jī)、GPS定位模塊、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存模塊、時(shí)鐘芯片DS1302；2.軟件平臺(tái)程序用Keil5；3.畫原理圖用AD；4.編程語言用C語言;5.設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖。2.2.2預(yù)期結(jié)果：作品展示，完成一個(gè)健身自行車?yán)锍瘫碓O(shè)計(jì)，并且該設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)的功能如下：1.LCD1602可以顯示當(dāng)前的騎行速度，騎行里程，騎行時(shí)間去，心率；2.具有超速報(bào)警功能，可以設(shè)置報(bào)警速度并具有保存功能，當(dāng)實(shí)際的速度大于當(dāng)前的速度時(shí)就會(huì)由蜂鳴器產(chǎn)生報(bào)警；3.用戶可以查看總的騎行里程；4.用戶可以通過按鍵修改當(dāng)前的時(shí)間，設(shè)置輪子直徑；5.可以設(shè)定一定時(shí)間內(nèi)行駛多少里程的目標(biāo)；6.使用時(shí)鐘芯片DS1302，可以控制精確走時(shí)。板載3V紐扣電池，斷電可以重新上電無需重新設(shè)置時(shí)間。7.增加心率測量模塊，利用紅外對(duì)管，根據(jù)血液的透光性不同來反映出心率的變化。2.3總體方案設(shè)計(jì)健身自行車?yán)锍瘫淼目傮w方案設(shè)計(jì)如下：硬件設(shè)計(jì)：1.主控芯片選擇：選用一款適合健身自行車?yán)锍瘫響?yīng)用的主控芯片，如51系列單片機(jī)，具有較高的計(jì)算性能和豐富的外設(shè)資源，能夠滿足系統(tǒng)的功能要求。2.傳感器選擇：選用合適的速度傳感器，如磁性傳感器或光電傳感器，用于測量自行車的速度信息。3.顯示屏選擇：選用LCD1602液晶顯示屏，用于顯示當(dāng)前速度、里程和時(shí)間等信息。4.蜂鳴器選擇：選用合適的蜂鳴器，用于實(shí)現(xiàn)超速報(bào)警功能。5.時(shí)鐘芯片選擇：選用DS1302時(shí)鐘芯片，用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的時(shí)間顯示功能和保存的功能。6.心率模塊：選用合適的紅外對(duì)管，實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)心率的檢測。7.按鍵設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)合適的按鍵布局和電路，實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)時(shí)間和輪子直徑的修改功能。軟件設(shè)計(jì)：1.系統(tǒng)初始化：進(jìn)行主控芯片和外設(shè)的初始化設(shè)置，包括時(shí)鐘設(shè)置、IO口配置、中斷設(shè)置等。2.速度測量：通過速度傳感器測量自行車的速度信息，并進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，計(jì)算出當(dāng)前的速度。3.顯示功能：通過LCD1602顯示屏實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前速度、里程和時(shí)間等信息的顯示，包括界面設(shè)計(jì)、字符顯示和數(shù)據(jù)更新等。4.超速報(bào)警功能：通過比較當(dāng)前速度和用戶設(shè)置的報(bào)警速度，實(shí)現(xiàn)超速報(bào)警功能，包括蜂鳴器的控制和報(bào)警信息的顯示。5.總里程查看功能：實(shí)現(xiàn)對(duì)總里程的累計(jì)和查看功能，包括里程的存儲(chǔ)和讀取。6.時(shí)間和輪子直徑修改功能：通過按鍵輸入實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前時(shí)間和輪子直徑的修改，包括按鍵的檢測和數(shù)據(jù)處理。7.時(shí)鐘芯片應(yīng)用：利用DS1302時(shí)鐘芯片實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)時(shí)間的精確顯示和保存功能，包括時(shí)鐘芯片的初始化和時(shí)鐘數(shù)據(jù)的讀寫。8.紅外對(duì)管的應(yīng)用：利用單片機(jī)外部中斷對(duì)脈搏進(jìn)行計(jì)數(shù)，脈搏跳動(dòng)的時(shí)候透光性不一樣，被運(yùn)放放大后，便于計(jì)數(shù)。2.4單片機(jī)型號(hào)選擇STC89C52RC是一款由中國STC公司生產(chǎn)的8位單片機(jī)芯片，采用了高性能的CMOS工藝，具有豐富的外設(shè)資源和強(qiáng)大的計(jì)算能力，廣泛應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)和控制領(lǐng)域。下面是STC89C52RC芯片的詳細(xì)介紹：1.主要特性：·CPU工作頻率可達(dá)到最高33MHz，運(yùn)算速度快?！?nèi)置8KB的Flash存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)，可擦寫次數(shù)高達(dá)1000次以上?！?nèi)置256字節(jié)的RAM存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)臨時(shí)數(shù)據(jù)和寄存器?！ぶС侄喾N外部存儲(chǔ)器接口，包括EEPROM、Flash、RAM等?！ぞ哂卸喾N外設(shè)資源，包括GPIO、串口、定時(shí)器、中斷、PWM、ADC等，可滿足不同應(yīng)用的需求?！ぶС侄喾N低功耗模式，包括Idle模式、Power-down模式和Power-off模式，可實(shí)現(xiàn)低功耗運(yùn)行?！?V供電，工作電壓范圍為2.4V~5.5V，適合廣泛的應(yīng)用場合。2.外設(shè)資源：·GPIO（通用輸入輸出口）：具有32個(gè)可編程IO口，可用于輸入輸出控制，支持上拉/下拉電阻配置?！ご冢褐С侄喾N串口通信協(xié)議，包括UART和SPI，并具有硬件流控制功能。·定時(shí)器：包括兩個(gè)16位定時(shí)器和一個(gè)可編程計(jì)數(shù)器，可用于定時(shí)、計(jì)時(shí)和PWM輸出等應(yīng)用?！ぶ袛啵褐С滞獠恐袛嗪投〞r(shí)器中斷，可實(shí)現(xiàn)外部事件的響應(yīng)和定時(shí)觸發(fā)的中斷功能。·PWM（脈沖寬度調(diào)制）：支持4個(gè)可編程PWM輸出通道，可用于控制電機(jī)速度、LED亮度等。·ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）：具有8通道8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可用于模擬量的采集和處理?！て渌庠O(shè)：還包括看門狗定時(shí)器、PCA模塊等。3.開發(fā)工具支持：·STC公司提供了大量的開發(fā)工具支持，包括編譯器、調(diào)試器、仿真器等，方便開發(fā)人員進(jìn)行軟硬件的開發(fā)和調(diào)試?！ぶС諯eil、IAR等多種常用的開發(fā)環(huán)境，開發(fā)工具鏈完善，開發(fā)文檔豐富，易于上手。4.應(yīng)用領(lǐng)域：·工控系統(tǒng)：如PLC、儀器儀表等?！ねㄐ旁O(shè)備：如無線通信模塊、路由器、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等?！て囯娮樱喝缙嚳刂茊卧‥CU）、車身電控系統(tǒng)等。·工業(yè)自動(dòng)化：如工業(yè)控制、自動(dòng)化生產(chǎn)線等?！る娏﹄娮樱喝珉娏ΡO(jiān)控、電力調(diào)控等。STC89C52RC芯片是一款功能強(qiáng)大的8位單片機(jī)芯片，具有高性能、豐富的外設(shè)資源和低功耗特性，廣泛應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)和控制領(lǐng)域。它支持多種開發(fā)工具，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，適合各種應(yīng)用場合的需求。圖2.1STC89C52RC單片機(jī)最小系統(tǒng)：晶體振蕩器的電路構(gòu)成：STC89C52以外部的晶體振蕩器作為時(shí)鐘源。該振蕩器的電路由一個(gè)16MHz的晶體、兩個(gè)負(fù)載電容和一個(gè)晶振驅(qū)動(dòng)芯片組成。晶體振蕩器電路的作用是為單片機(jī)提供精確的時(shí)鐘信號(hào)，以保證單片機(jī)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。復(fù)位電路：STC89C52的復(fù)位電路包括一個(gè)復(fù)位電路芯片和一個(gè)復(fù)位電容。當(dāng)電源開關(guān)打開時(shí)，復(fù)位電路會(huì)對(duì)單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位，并保證單片機(jī)處于正常的啟動(dòng)狀態(tài)。電源電路：STC89C52單片機(jī)的電源電路由穩(wěn)壓電路芯片和相關(guān)的電容和電阻組成。穩(wěn)壓電路芯片的作用是將不穩(wěn)定的輸入電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的5V電壓，以供單片機(jī)和外圍電路能正常使用輸入的電壓。ISP下載電路：STC89C52的ISP下載電路包括一個(gè)ISP下載接口、一個(gè)串口轉(zhuǎn)USB芯片和相關(guān)的電容和電阻。ISP下載接口用于將單片機(jī)與計(jì)算機(jī)連接起來，串口轉(zhuǎn)USB芯片的作用是將串口信號(hào)轉(zhuǎn)換為USB信號(hào)，以便計(jì)算機(jī)進(jìn)行ISP下載操作。外設(shè)電路：STC89C52的外設(shè)電路包括LED燈、按鍵、LCD液晶顯示屏等。這些外設(shè)電路可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行添加和修改，以滿足不同的應(yīng)用需求。

第3章系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)為健身自行車?yán)锍瘫?。主要包括LCD1602顯示器、設(shè)置模塊、蜂鳴器、單片機(jī)、GPS定位模塊、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存模塊、時(shí)鐘芯片DS1302，還有心率模塊，LCD1602可以實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前用戶心率，速度、里程和時(shí)間；系統(tǒng)可以通過按鍵修改當(dāng)前時(shí)間和設(shè)置輪子直徑；具有超速報(bào)警功能，可以設(shè)置報(bào)警速度并具有保存剛能，當(dāng)實(shí)際的速度大于當(dāng)前的速度時(shí)就會(huì)由蜂鳴器產(chǎn)生報(bào)警?？傮w原理圖如下所示：圖3.1總體原理圖3.2系統(tǒng)的主要功能模塊設(shè)計(jì)3.2.1霍爾傳感器模塊設(shè)計(jì)霍爾傳感器是一種磁傳感器。用它可以檢測磁場及其變化，可在各種與磁場有關(guān)的場合中使用?；魻杺鞲衅饕曰魻栃?yīng)為其工作基礎(chǔ)，是由霍爾元件和它的附屬電路組成的集成傳感器。當(dāng)電流垂直于外磁場通過半導(dǎo)體時(shí)，子發(fā)生偏轉(zhuǎn)，垂直于電流和磁場的方向會(huì)產(chǎn)生一附加電場，從而在半導(dǎo)體的兩端產(chǎn)生電勢(shì)差，這一現(xiàn)象就是霍爾效應(yīng)。根據(jù)霍爾效應(yīng)，人們用半導(dǎo)體材料制成的元件叫霍爾元件。它具有對(duì)磁場敏感、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、頻率響應(yīng)寬、輸出電壓變化大和可靠性高能使用的時(shí)間長等優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)采用的是A3144E霍爾元件。A3144E霍爾元件，也稱為霍爾傳感器或霍爾傳感器開關(guān)，是一種基于霍爾效應(yīng)原理的電子元件。它是一種用于檢測磁場的傳感器，通常用于測量、檢測和控制與磁場相關(guān)的參數(shù)，例如位置、速度、電流等。以下是A3144E霍爾元件的詳細(xì)介紹：·原理：A3144E霍爾元件基于霍爾效應(yīng)原理工作?；魻栃?yīng)是一種當(dāng)導(dǎo)電材料中有電流流過并受到垂直磁場作用時(shí)，產(chǎn)生電壓差的現(xiàn)象。A3144E霍爾元件通過檢測周圍磁場的變化，產(chǎn)生相應(yīng)的電壓輸出，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)磁場的檢測。A3144E霍爾元件具有以下特性：·高靈敏度：A3144E霍爾元件對(duì)磁場的靈敏度較高，能夠檢測到較小的磁場變化?！た焖夙憫?yīng)：A3144E霍爾元件響應(yīng)速度快，能夠在磁場變化時(shí)迅速產(chǎn)生電壓輸出。·寬工作電壓范圍：A3144E霍爾元件具有較寬的工作電壓范圍，通常在3V至24V之間?！さ凸模篈3144E霍爾元件功耗低，適合應(yīng)用于對(duì)電源要求較低的場合?！ば〕叽纾篈3144E霍爾元件體積小，方便集成到各種設(shè)備和系統(tǒng)中。·應(yīng)用：A3144E霍爾元件廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，包括但不限于以下應(yīng)用：·位置檢測：A3144E霍爾元件可以用于檢測物體的位置變化，例如用于汽車的車速傳感器、電機(jī)的位置檢測等?！ご艌鰴z測：A3144E霍爾元件可以用于檢測磁場的強(qiáng)度和方向，例如用于地磁傳感器、磁力計(jì)等?！に俣葯z測：A3144E霍爾元件可以用于檢測物體的速度，例如用于自行車的速度計(jì)、風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速檢測等。·電流檢測：A3144E霍爾元件可以用于檢測電流的大小和方向，例如用于電流傳感器、電能表等。A3144E霍爾元件通常采用TO-92封裝，具有三個(gè)引腳，分別是Vcc（電源供應(yīng)）、GND（地）和OUT（輸出）。當(dāng)A3144E霍爾元件受到磁場作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電壓輸出，輸出電壓的幅度和極性與受到的磁場強(qiáng)度和方向有關(guān)。通過檢測OUT引腳的電壓變化，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)磁場的檢測和測量。A3144E霍爾元件作為一種基于霍爾效應(yīng)的傳感器，在電子系統(tǒng)和設(shè)備中具有廣泛的應(yīng)用前景，特別是在需要檢測和測量磁場、位置、速度和電流等參數(shù)的應(yīng)用中，可以發(fā)揮重要的作用。圖3.2霍爾傳感器模塊原理圖以下是霍爾傳感器模塊的基本硬件電路設(shè)計(jì)。電源電路：單片機(jī)中霍爾傳感器模塊通常使用5V直流電源供電。電源電路包括穩(wěn)壓器和濾波電容，以確保穩(wěn)定的電源供應(yīng)和濾除噪聲。霍爾傳感器：霍爾傳感器是模塊的核心部件，用于檢測磁場的變化。它通常由霍爾元件、電流放大器和輸出接口組成。霍爾元件是基于霍爾效應(yīng)的磁敏元件，通過感知磁場的變化并產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)。電流放大器用于放大霍爾元件輸出的微弱電流信號(hào)，以提高信號(hào)的靈敏度和穩(wěn)定性。輸出接口可用于將信號(hào)傳遞給其他電路或外部設(shè)備。信號(hào)處理電路：為了提高霍爾傳感器模塊的性能和可靠性，通常需要一些信號(hào)處理電路。以下是常見的信號(hào)處理電路設(shè)計(jì)：濾波電路：為了濾除環(huán)境噪聲和電磁干擾，可以添加濾波電路，如低通濾波器，對(duì)霍爾傳感器輸出的信號(hào)進(jìn)行濾波。放大電路：如果需要把霍爾傳感器輸出的電信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步放大，可以通過添加放大電路來實(shí)現(xiàn)，如運(yùn)放（操作放大器）。參考電壓電路：如果需要穩(wěn)定的參考電壓，可以添加參考電壓電路，以提供準(zhǔn)確的參考電平。輸出電路：霍爾傳感器模塊的輸出有兩種形式，可以是模擬信號(hào)或者是數(shù)字信號(hào)，具體的輸出形式取決于傳感器模塊的類型和構(gòu)造。模擬輸出通常需要進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC）把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后輸出。數(shù)字輸出可以直接連接到數(shù)字接口，如微控制器的GPIO（通用輸入/輸出）引腳。校準(zhǔn)電路：為了確保霍爾傳感器模塊的準(zhǔn)確性和可靠性，有時(shí)需要進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)電路可以包括校準(zhǔn)電阻、校準(zhǔn)開關(guān)等，用于調(diào)整和校準(zhǔn)傳感器模塊的輸出。3.2.2顯示模塊設(shè)計(jì)LCD1602液晶顯示屏是一種字符型液晶顯示屏，名稱中的1602的含義是其顯示的字符數(shù)和行數(shù)。LCD1602液晶顯示屏采用了液晶技術(shù)，可以顯示16列2行，一共是32個(gè)字符，每個(gè)字符由5x8的點(diǎn)陣組成，可以顯示多種字符形式，如：字母、數(shù)字、符號(hào)等。LCD1602液晶顯示屏通常采用并行接口方式與微控制器或其他控制器連接，通過向其發(fā)送控制指令和數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)顯示內(nèi)容的控制。LCD1602液晶顯示屏具有以下特點(diǎn)：1.顯示清晰：LCD1602液晶顯示屏采用高質(zhì)量的液晶材料和顯示控制電路，能夠顯示清晰的字符和圖形。2.顯示范圍廣：LCD1602液晶顯示屏可以顯示多種形式的字符和符號(hào)，包括英文字母、數(shù)字、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)等，適用于各種應(yīng)用場景。3.界面簡單：LCD1602液晶顯示屏的接口通常采用并行方式，與微控制器或其他控制器連接簡單方便。4.低功耗：LCD1602液晶顯示屏的功耗較低，適合用于對(duì)功耗要求較嚴(yán)格的應(yīng)用。5.可靠性高：LCD1602液晶顯示屏具有較高的穩(wěn)定性和可靠性，在工業(yè)和消費(fèi)電子等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。圖3.3顯示模塊原理圖以下是LCD1602顯示模塊的基本硬件電路設(shè)計(jì)。電源電路：LCD1602顯示模塊通常使用5V直流電源供電。電源電路主要包括穩(wěn)壓器和濾波電容，以確保穩(wěn)定的電源供應(yīng)和濾除噪聲?？刂齐娐罚嚎刂齐娐酚糜诮邮諄碜灾骺刂破鳎ㄈ缥⒖刂破鳎┑闹噶詈蛿?shù)據(jù)，并將其傳遞給驅(qū)動(dòng)電路以顯示在LCD屏幕上。主要的控制電路包括以下幾個(gè)部分：數(shù)據(jù)總線：LCD1602顯示模塊使用并行方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，通常使用8位數(shù)據(jù)總線。根據(jù)需求，可以使用4位數(shù)據(jù)總線方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，減少引腳數(shù)量。使能信號(hào)（Enable）：使能信號(hào)用于控制傳輸數(shù)據(jù)并根據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)按照設(shè)定好的程序執(zhí)行命令。通過控制使能信號(hào)的上升沿和下降沿，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸和執(zhí)行命令。讀寫信號(hào)（R/W）：讀寫信號(hào)用于選擇讀取數(shù)據(jù)或?qū)懭霐?shù)據(jù)。通常情況下，R/W信號(hào)需要接地，使顯示模塊只能進(jìn)行寫入數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)/命令選擇信號(hào)（RS）：數(shù)據(jù)/命令選擇信號(hào)用于選擇數(shù)據(jù)傳輸還是命令傳輸。當(dāng)RS為低電平時(shí)，表示傳輸命令；當(dāng)RS為高電平時(shí)，表示傳輸數(shù)據(jù)。控制信號(hào)線路：除了上述信號(hào)外，還需要連接其他控制信號(hào)線路，如清屏信號(hào)（RST）和光標(biāo)控制信號(hào)（E），以實(shí)現(xiàn)對(duì)LCD屏幕的清屏和光標(biāo)控制。驅(qū)動(dòng)電路：驅(qū)動(dòng)電路用于控制液晶顯示模塊的各個(gè)字符和像素點(diǎn)。這部分電路通常由LCD控制器和驅(qū)動(dòng)芯片組成。LCD控制器用于將接收到的數(shù)據(jù)和命令轉(zhuǎn)換為液晶顯示所需的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)芯片則用于產(chǎn)生所需的電壓和波形信號(hào)以驅(qū)動(dòng)液晶顯示。背光電路：LCD1602顯示模塊通常還包括背光電路，用于提供背光照明。背光電路可以通過連接一個(gè)背光LED，并通過一個(gè)限流電阻來實(shí)現(xiàn)。背光電路的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮合適的電流和電壓，以確保適當(dāng)?shù)牧炼群凸摹?.2.3蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路模塊設(shè)計(jì)圖3.4蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路模塊原理圖蜂鳴器是一種小功率的發(fā)聲元件,采用直流電壓供電,被廣泛應(yīng)用于各種各樣的無線產(chǎn)品中用作發(fā)聲的設(shè)備。蜂鳴器大致有壓電式蜂鳴器、電磁式蜂鳴器兩種,各個(gè)又有有源和無源之分。電磁式蜂鳴器的工作原理是電磁感應(yīng)原理,即通電導(dǎo)體周圍會(huì)有磁場產(chǎn)生，用一個(gè)固定的永久磁鐵與通電導(dǎo)體產(chǎn)生磁力推動(dòng)固定在線圈上的鼓膜。蜂鳴器的工作電流一般較大，而單片機(jī)的I/0口輸出的電流較小，所以單片機(jī)不能直接驅(qū)動(dòng)蜂鳴器,本設(shè)計(jì)采用由三極管構(gòu)成的放大電路把輸出的電流放大來使蜂鳴器正常發(fā)音，選用的三極管型號(hào)是PNP三極管C9012,而且本設(shè)計(jì)選用的蜂鳴器屬于有源蜂鳴器。蜂鳴器驅(qū)動(dòng)模塊的硬件電路設(shè)計(jì)通常包括以下幾個(gè)主要組成部分：蜂鳴器、驅(qū)動(dòng)電路和控制電路。下面將對(duì)每個(gè)部分進(jìn)行詳細(xì)描述。蜂鳴器：蜂鳴器是發(fā)聲裝置，通常由振膜和驅(qū)動(dòng)線圈組成。振膜通過驅(qū)動(dòng)線圈的磁場變化而產(chǎn)生聲音。選擇適合需求的蜂鳴器時(shí)，需要考慮聲音頻率范圍、聲壓級(jí)和電流消耗等參數(shù)。驅(qū)動(dòng)電路：驅(qū)動(dòng)電路主要負(fù)責(zé)將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為適當(dāng)?shù)碾娏骱碗妷?，以?qū)動(dòng)蜂鳴器產(chǎn)生聲音。以下是一個(gè)常見的蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)。電源：保障蜂鳴器的正常使用有足夠的電源電壓，通常采用直流電源。電源電壓根據(jù)蜂鳴器的額定電壓確定，常見的電壓為5V或12V。驅(qū)動(dòng)器：驅(qū)動(dòng)器負(fù)責(zé)放大和控制電流，以激活蜂鳴器。常用的驅(qū)動(dòng)器包括晶體管和集成電路，如NPN型晶體管或音頻功率放大器芯片?？刂菩盘?hào)：控制信號(hào)可以來自微控制器、邏輯門電路或其他控制設(shè)備?？刂菩盘?hào)的頻率和占空比決定了蜂鳴器發(fā)聲的頻率和持續(xù)時(shí)間。保護(hù)電路：為了保護(hù)驅(qū)動(dòng)電路和蜂鳴器，可以加入一些保護(hù)電路，例如反向極性保護(hù)二極管和過電流保護(hù)電阻。控制電路：控制電路用于生成和調(diào)整控制信號(hào)，以控制蜂鳴器的發(fā)聲模式。以下是一些常見的控制電路設(shè)計(jì)。時(shí)鐘電路：時(shí)鐘電路可用于產(chǎn)生精確的時(shí)間基準(zhǔn)，以控制蜂鳴器發(fā)聲的節(jié)奏和持續(xù)時(shí)間。芯片或微控制器：芯片或微控制器可用于生成控制信號(hào)和編程蜂鳴器的發(fā)聲模式。它們可以根據(jù)需要進(jìn)行編程，以產(chǎn)生各種聲音效果和模式?？刂瓢粹o或開關(guān)：控制按鈕或開關(guān)可用于手動(dòng)觸發(fā)蜂鳴器發(fā)聲或切換不同的發(fā)聲模式。3.2.4單片機(jī)時(shí)鐘芯片顯示模塊的設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路的本質(zhì)是振蕩器，為單片機(jī)提供一個(gè)節(jié)拍，單片機(jī)想要執(zhí)行操作必須在這個(gè)節(jié)拍的控制下才能進(jìn)行。如果單片機(jī)沒有時(shí)鐘電路是不會(huì)正常工作的。因?yàn)闆]有時(shí)鐘電路不會(huì)產(chǎn)生節(jié)拍。時(shí)鐘電路本身不會(huì)控制什么東西，而是通過人為設(shè)定的程序讓單片機(jī)根據(jù)時(shí)鐘來進(jìn)行相關(guān)的操作。在MCS－51單片機(jī)片內(nèi)設(shè)有一個(gè)高增益的反相放大器，反相放大器的輸入端為XTAL1，輸出端為XTAL2，由該放大器構(gòu)成的振蕩電路和時(shí)鐘電路一起構(gòu)成了單片機(jī)的時(shí)鐘方式。根據(jù)硬件電路的不同，單片機(jī)的時(shí)鐘連接方式可分為內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式，如下圖所示。圖3.5時(shí)鐘模塊原理圖內(nèi)部時(shí)鐘原理圖其實(shí)是一個(gè)自激振蕩電路在內(nèi)部方式時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)中，必須在XTAL1和XTAL2引腳兩端跨接石英晶體振蕩器和兩個(gè)微調(diào)電容構(gòu)成振蕩電路，通常C1和C2一般取30pF，晶振的頻率取值在1.2MHz～12MHz之間。對(duì)于外接時(shí)鐘電路，要求XTAL1接地，XTAL2腳接外部時(shí)鐘，對(duì)于外部時(shí)鐘信號(hào)的寬度和頻率并無特殊要求，只要保證脈沖信號(hào)具有一定的寬度，頻率不能太低，晶體振蕩器的振蕩信號(hào)從XTAL2端送入內(nèi)部的時(shí)鐘電路，它將該振蕩信號(hào)二分頻，產(chǎn)生一個(gè)兩相時(shí)鐘信號(hào)P1和P2供單片機(jī)使用。時(shí)鐘信號(hào)的周期稱為狀態(tài)時(shí)間S，它是振蕩周期的2倍，P1信號(hào)在每個(gè)狀態(tài)的前半周期有效，在每個(gè)狀態(tài)的后半周期P2信號(hào)有效。CPU就是以兩相時(shí)鐘P1和P2為基本節(jié)拍協(xié)調(diào)單片機(jī)的各個(gè)部件正常執(zhí)行操作。3.2.5心率模塊設(shè)置單片機(jī)心率模塊的設(shè)計(jì)可以分為以下幾個(gè)步驟：1.選擇心率傳感器：選擇一款適合的心率傳感器，常見的有光電式心率傳感器和電化學(xué)式心率傳感器。2.連接紅外對(duì)管到單片機(jī)：將紅外對(duì)管連接到單片機(jī)，一般使用模擬信號(hào)輸入口或數(shù)字信號(hào)輸入口。3.采集數(shù)據(jù)：使用單片機(jī)采集紅外對(duì)管輸出的信號(hào)，可以通過模擬信號(hào)采集電路或數(shù)字信號(hào)采集電路實(shí)現(xiàn)。4.數(shù)據(jù)處理：對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行濾波、放大和數(shù)字轉(zhuǎn)換等處理，得到心率值。5.顯示結(jié)果：將處理后的心率值顯示在LCD屏幕或LED燈上。6.優(yōu)化算法：對(duì)心率算法進(jìn)行優(yōu)化，提高心率檢測的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。7.調(diào)試測試：對(duì)心率模塊進(jìn)行調(diào)試和測試，確保其正常工作并滿足要求。圖3.6心率模塊原理圖第4章系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1軟件主流程圖當(dāng)全部系統(tǒng)軟件通電時(shí)，LCD1602顯示屏實(shí)時(shí)顯示車速、里程和當(dāng)前時(shí)間；通過按鍵可以修改車速閾值和當(dāng)前時(shí)間；通過霍爾傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測當(dāng)前自行車速度，當(dāng)速度超過報(bào)警閾值時(shí)，蜂鳴器報(bào)警。開始開始系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化初始化成功初始化成功紅外對(duì)管傳感器L紅外對(duì)管傳感器LCD1602霍爾傳感器霍爾傳感器顯示測速、里程和當(dāng)前時(shí)間和心率顯示測速、里程和當(dāng)前時(shí)間和心率檢測車速是否超過設(shè)定閾值是否超過設(shè)定閾值NY蜂鳴器報(bào)警蜂鳴器報(bào)警結(jié)束結(jié)束圖4.1軟件主流程圖

4.2霍爾傳感器模塊的軟件設(shè)計(jì)霍爾傳感器模塊的軟件設(shè)計(jì)主要涉及到以下幾個(gè)方面：硬件接口初始化：在軟件設(shè)計(jì)中，首先需要對(duì)霍爾傳感器模塊的硬件接口進(jìn)行初始化。這包括設(shè)置輸入引腳和輸出引腳的狀態(tài)和模式，配置模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）等。ADC配置和讀?。喝绻魻杺鞲衅髂K輸出的是模擬信號(hào)，需要配置并讀取模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）的數(shù)值。根據(jù)硬件平臺(tái)和軟件開發(fā)環(huán)境的不同，對(duì)ADC的配置和讀取方法會(huì)有所不同。數(shù)據(jù)處理和濾波：接收到霍爾傳感器模塊輸出的原始數(shù)據(jù)后，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和濾波。數(shù)據(jù)處理包括對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正、線性化或轉(zhuǎn)換等操作，以得到與實(shí)際磁場變化相關(guān)的數(shù)值。濾波可以采用低通濾波器等方法，以減少噪聲和干擾的影響。磁場檢測和判斷：根據(jù)應(yīng)用需求，可以根據(jù)霍爾傳感器模塊輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行磁場的檢測和判斷。這可能涉及設(shè)置磁場閾值，進(jìn)行磁場方向判斷等操作。數(shù)據(jù)顯示和輸出：根據(jù)實(shí)際需求，可以將處理后的數(shù)據(jù)顯示在屏幕上或通過通信接口輸出給其他設(shè)備。例如，可以使用串行通信協(xié)議（如UART、SPI、I2C）將數(shù)據(jù)發(fā)送給外部設(shè)備或計(jì)算機(jī)。算法和邏輯控制：根據(jù)具體的應(yīng)用場景，可能需要設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)特定的算法和邏輯控制。例如，根據(jù)磁場變化的趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測或控制其他設(shè)備的操作。圖4.2霍爾傳感器模塊設(shè)計(jì)流程圖4.3顯示模塊的軟件設(shè)計(jì)LCD1602顯示模塊的軟件設(shè)計(jì)主要涉及以下幾個(gè)方面：GPIO初始化：首先，需要對(duì)LCD1602顯示模塊的GPIO引腳進(jìn)行初始化。這些引腳包括數(shù)據(jù)總線引腳（通常為8位或4位）、使能信號(hào)（Enable）、讀寫信號(hào)（R/W）和數(shù)據(jù)/命令選擇信號(hào)（RS）。通過配置這些引腳的輸入/輸出模式和初始狀態(tài)，準(zhǔn)備好與LCD模塊進(jìn)行通信。延時(shí)函數(shù)：由于LCD模塊的響應(yīng)時(shí)間較長，需要在發(fā)送指令或數(shù)據(jù)之間添加適當(dāng)?shù)难訒r(shí)。設(shè)計(jì)一個(gè)延時(shí)函數(shù)，以確保LCD模塊能夠正確接收和處理指令和數(shù)據(jù)。命令和數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)：為了在LCD1602顯示模塊上顯示字符和字符串，需要設(shè)計(jì)函數(shù)來發(fā)送命令和數(shù)據(jù)。命令通常用于控制LCD的各種功能，如清屏、設(shè)置光標(biāo)位置、選擇顯示模式等。數(shù)據(jù)用于顯示實(shí)際的字符和字符串。顯示控制函數(shù)：為了方便使用LCD1602顯示模塊，可以設(shè)計(jì)一些顯示控制函數(shù)。例如，設(shè)計(jì)函數(shù)用于在指定位置顯示字符串、顯示整數(shù)或浮點(diǎn)數(shù)、顯示特殊字符等。這些函數(shù)可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行設(shè)計(jì)和擴(kuò)展。初始化函數(shù)：在開始使用LCD1602顯示模塊之前，需要進(jìn)行初始化。設(shè)定初始化函數(shù)，用于設(shè)置LCD模塊的初始狀態(tài)，如顯示模式、光標(biāo)設(shè)置、光標(biāo)閃爍等。調(diào)用和應(yīng)用：根據(jù)具體的應(yīng)用場景，調(diào)用上述函數(shù)來實(shí)現(xiàn)所需的顯示效果。可以將其嵌入到主程序中，根據(jù)需要定時(shí)或根據(jù)事件觸發(fā)來更新LCD顯示內(nèi)容。圖4.3顯示模塊流程圖4.4蜂鳴器報(bào)警模塊的軟件設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的健身自行車?yán)锍瘫碓O(shè)計(jì)中，蜂鳴器模塊通常用于發(fā)出警報(bào)或提醒用戶特定事件的發(fā)生，例如達(dá)到目標(biāo)里程或超過某個(gè)速度限制。以下是軟件設(shè)計(jì)流程的一般步驟：確定蜂鳴器的連接方式：首先，確定單片機(jī)與蜂鳴器之間的連接方式。蜂鳴器通常需要一個(gè)數(shù)字輸出引腳，通過控制該引腳的電平來控制蜂鳴器的開關(guān)狀態(tài)。配置單片機(jī)的輸入輸出引腳：在單片機(jī)的軟件代碼中，配置相應(yīng)的引腳為輸出模式，以便連接到蜂鳴器。這可以通過單片機(jī)的開發(fā)工具或編程語言的特定函數(shù)來實(shí)現(xiàn)。編寫蜂鳴器控制函數(shù)：編寫一個(gè)控制蜂鳴器的函數(shù)或子程序。這個(gè)函數(shù)將負(fù)責(zé)在需要時(shí)打開或關(guān)閉蜂鳴器。如果只需要簡單的開關(guān)控制，函數(shù)可以接受一個(gè)參數(shù)，例如“on”或“off”，并將相應(yīng)的引腳電平設(shè)置為高或低。如果需要發(fā)出特定的聲音模式（例如蜂鳴音或脈沖音），函數(shù)可以接受不同的參數(shù)來表示不同的音頻模式，并根據(jù)需要控制引腳的電平。在主程序中使用蜂鳴器函數(shù)：在主程序中使用蜂鳴器控制函數(shù)來觸發(fā)蜂鳴器的特定事件。根據(jù)自行車?yán)锍瘫淼囊?，可能有多個(gè)觸發(fā)條件，例如達(dá)到目標(biāo)里程、超過速度限制等。根據(jù)這些條件，在相應(yīng)的位置調(diào)用蜂鳴器函數(shù)以觸發(fā)蜂鳴器。使用條件語句（例如if語句）檢查觸發(fā)條件是否滿足，并在滿足條件時(shí)調(diào)用蜂鳴器函數(shù)。根據(jù)需要可以設(shè)置不同的音頻模式或持續(xù)時(shí)間。圖4.4蜂鳴器模塊流程圖

第5章系統(tǒng)測試5.1系統(tǒng)實(shí)物圖該系統(tǒng)通過LCD1602顯示屏實(shí)時(shí)顯示當(dāng)時(shí)的車速，里程和時(shí)間還有心率；同時(shí)顯示設(shè)定的目標(biāo)在一定時(shí)間內(nèi)達(dá)到多少行駛里程。通過霍爾傳感器是實(shí)時(shí)檢測車輛速度，當(dāng)車速大于設(shè)定閾值時(shí)報(bào)警提示；通過按鍵來修改當(dāng)前時(shí)間、車速閾值以及輪子直徑。通過紅外對(duì)管傳感器檢測心率。系統(tǒng)的總體實(shí)物圖如圖5.1所示。圖5.1實(shí)物圖里程表的實(shí)物設(shè)計(jì)基于以下原理：LCD1602顯示屏：系統(tǒng)使用LCD1602顯示屏來實(shí)時(shí)顯示車速、里程和時(shí)間。該顯示屏可以以清晰的方式將這些數(shù)據(jù)呈現(xiàn)給用戶，使其能夠方便地監(jiān)控騎行狀態(tài)?；魻杺鞲衅鳎簽榱藢?shí)時(shí)檢測車輛的速度，系統(tǒng)采用了霍爾傳感器。霍爾傳感器可以感知磁場變化，把磁場變化轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。通過將霍爾傳感器安裝在車輛上，當(dāng)車輛輪胎旋轉(zhuǎn)時(shí)，傳感器會(huì)感知到磁場的變化，并相應(yīng)地生成電信號(hào)，用于測量車速。超速報(bào)警：系統(tǒng)根據(jù)用戶設(shè)置的閾值來判斷是否超速，并進(jìn)行報(bào)警提示。當(dāng)檢測到車速大于設(shè)定的閾值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)觸發(fā)報(bào)警，通常使用蜂鳴器來產(chǎn)生警示音。紅外對(duì)管傳感器：通過檢測血液透光性的變化來檢測心率。把心率變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，在顯示屏上顯示出來，用于檢測心率。按鍵控制：系統(tǒng)設(shè)計(jì)了按鍵用于操作和設(shè)置。用戶可以使用按鍵來修改當(dāng)前時(shí)間、車速閾值以及輪子直徑。這些按鍵提供了一種便捷的方式來調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)和配置，以滿足用戶個(gè)性化需求。5.2測試原理圖5.2按鍵模塊圖如圖5.2為按鍵模塊，第四個(gè)按鍵表示更改切換界面；第一個(gè)和第二個(gè)按鍵表示增加和減少。圖5.3顯示模塊圖如圖5.3所示，設(shè)計(jì)了一個(gè)顯示模塊，用于實(shí)時(shí)顯示健身自行車的車速、里程和當(dāng)前時(shí)間。用戶可以通過按鍵來修改當(dāng)前時(shí)間和輪子大小尺寸，同時(shí)還可以設(shè)定速度閾值。當(dāng)實(shí)際速度超過設(shè)定的閾值時(shí)，系統(tǒng)將通過蜂鳴器產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，提醒用戶注意超速行駛。圖5.4紅外對(duì)管傳感器如圖5.4所示，紅外對(duì)管傳感器通過感受血液透光性的不同把心率的變化轉(zhuǎn)化為電信號(hào)通過顯示屏顯示。

第6章總結(jié)與展望6.1總結(jié)系統(tǒng)軟件的調(diào)試是充滿不確定性的，在調(diào)試的過程中出現(xiàn)了一定的問題，但在老師的輔導(dǎo)下，找出了調(diào)試發(fā)生故障的原因，設(shè)計(jì)方案中的問題和解決方法主要包含以下方面。(1)在功率模塊模擬仿真設(shè)計(jì)的過程中，發(fā)現(xiàn)調(diào)試的輸出值達(dá)不到規(guī)定的要求。查驗(yàn)原理和基礎(chǔ)的硬件設(shè)施錯(cuò)誤后，發(fā)現(xiàn)電路板焊接時(shí)出現(xiàn)了一些部件連接不充分的問題，于是重新焊接。(2)應(yīng)用仿真軟件，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤代碼。然后調(diào)整，發(fā)現(xiàn)在啟用程序流程時(shí)，單片機(jī)沒有正常復(fù)位，丟失了復(fù)位程序，在程序流程中添加復(fù)位程序，重新進(jìn)行測試才獲得準(zhǔn)確的結(jié)果。(3)在模擬仿真時(shí)，一直提醒存有邏輯錯(cuò)誤。盡管不影響結(jié)果的輸出，之后通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)信息發(fā)送錯(cuò)誤代碼，未能分辨忙碌情況。之后在制定中添加忙碌情況分辨程序，系統(tǒng)軟件工作中一切正常，數(shù)據(jù)信息口也沒有提醒邏輯錯(cuò)誤。6.2展望健身自行車?yán)锍瘫硎且环N用于測量和記錄健身自行車運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的設(shè)備。隨著人們對(duì)健康意識(shí)的提高和健身需求的增加，健身自行車?yán)锍瘫淼男枨笠苍絹碓酱?。未來，健身自行車?yán)锍瘫淼脑O(shè)計(jì)和發(fā)展趨勢(shì)將會(huì)有以下幾個(gè)方面：1.多功能化：隨著科技的發(fā)展和人們對(duì)健康的需求不斷提高，健身自行車?yán)锍瘫韺?huì)不斷增加新的功能，如心率監(jiān)測、睡眠監(jiān)測、血壓監(jiān)測等，以滿足人們對(duì)健康的全面需求。2.互聯(lián)網(wǎng)化：隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，健身自行車?yán)锍瘫韺?huì)與互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交流，讓用戶能夠更加方便地獲取健身信息和健身建議。3.個(gè)性化：未來的健身自行車?yán)锍瘫韺?huì)更加注重個(gè)性化定制，根據(jù)不同用戶的需求和身體狀況，提供不同的運(yùn)動(dòng)方案和建議，以達(dá)到更好的健身效果。4.智能化：未來的健身自行車?yán)锍瘫韺?huì)更加智能化，通過人工智能技術(shù)，自動(dòng)調(diào)整運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和運(yùn)動(dòng)方案，以達(dá)到最佳的健身效果?？傊?，未來的健身自行車?yán)锍瘫韺?huì)更加智能化、個(gè)性化、多功能化和互聯(lián)網(wǎng)化，以滿足人們對(duì)健康的全面需求。參考文獻(xiàn)[1]曲家駭,王季秩,伺服控制系統(tǒng)中的傳感器[M].機(jī)械工業(yè)出版社.2020[2]張友德,趙志英,涂時(shí)亮,單片機(jī)微機(jī)原理，應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)[M].上海:復(fù)旦大學(xué)出版社，2021:122-136[3]王競慧,余湛,李瑛.沉浸式姿態(tài)顯示器設(shè)計(jì)和參考格式對(duì)異常飛行姿態(tài)恢復(fù)績效的影響[A].中國心理學(xué)會(huì).第二十二屆全國心理學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議摘要集[C].中國心理學(xué)會(huì):中國心理學(xué)會(huì),2022:2.[4]謝自美.電子線路設(shè)計(jì).實(shí)驗(yàn).測試[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社,2021:212-230[5]張福學(xué).傳感器使用電路150例.中國技術(shù)出版社[M].2020[6]鄔寬民.單片機(jī)外圍器件實(shí)用手冊(cè),數(shù)據(jù)傳輸接口器件分冊(cè).北京.北京航空航天大學(xué)出版社.2021:189-195[7]王貴悅.新編傳感器實(shí)用手冊(cè).水利電力出版社.2020:67-89[8]馬淵.電氣自動(dòng)化控制中應(yīng)用單片機(jī)的實(shí)踐分析[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2020,38(05):11[9]趙玉冬,黃亞坤,趙松.一種機(jī)載曲面液晶顯示器設(shè)計(jì)[J].電子機(jī)械工程,2021,37(05):40-43.[10]李國龍.加固液晶顯示器設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化,2021,11(09):35-36.[11]王妮娜.工業(yè)設(shè)計(jì)色彩基礎(chǔ)[M].沈陽.遼寧科學(xué)技術(shù)出版社.2022.[12]趙春華.可編程控制器及其工程應(yīng)用[M].武漢：華中科技大學(xué)出版2022.02[13]唐守鋒,童敏.檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)[J].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2022[14]王瀟瀟.北京與華沙公共建筑無障礙設(shè)施比較研究[D].北方工業(yè)大學(xué),2020.[15]洪志強(qiáng).淺談電力設(shè)備狀態(tài)檢修技術(shù)研究綜述[J].裝備維修技術(shù),2020(02):297+315.[16]黃佩佳,何立明.電機(jī)可靠性影響因素研究[J].防爆電機(jī),2019,54(04):61-67.[17]杜學(xué)明,張濤,李巖峰,孫騰飛.電機(jī)狀態(tài)檢測與健康管理探討[J].石化技術(shù),2020,27(12):243-245+253.[18]周封,呂金貴,李隆,劉健.智能電機(jī)故障診斷分析及預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].信息與控制,2017,46(06):738-745.[19]杜學(xué)明,張濤,李巖峰,孫騰飛.電機(jī)狀態(tài)檢測與健康管理探討[J].石化技術(shù),2020,27(12):243-245+253.[20]HELENAFERNANDEZ-LOPEZ,JOSEA.AFONSO,J.H.CORREIA,etal.Towardsthedesignofefficientnonbeacon-enabledZigBeenetworks[J].Computernetworks,2021,11(11).[21]Automaticsafemotioncontrolsystemforarobotimanipulator[J].V.A.Kartashev,V.V.Safronov.JournalofComputerandSystemsSciencesInternet.2021(2)[22]K.D.Joshi,B.W.Surgenor.SmallPartsClassificationwithFlexibleMachineVisionandaHybridClassifier[C]2022[23]ShuiquanZHU.AnalysisoftheApplicationofElectronicEngineeringTech-nologyinSingleChipMicrocomputer,2020,1(2).[24]HuiWang.OptimalDesignofSingleChipMicrocomputerMulti-machineSerialCommunicationbasedonSignalVerificationTechnology[J].Science,2020,9(1).

附錄電路圖源代碼#include<reg52.h> #defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint sbitclk=P1^3; sbitio=P1^4; sbitrst=P1^5; ucharcodewrite_add[]={0x80,0x82,0x84,0x86,0x88,0x8c,0x8a};ucharcoderead_add[]={0x81,0x83,0x85,0x87,0x89,0x8d,0x8b};ucharmiao,fen,shi,ri,yue,week,nian;floatf_hz ,speed_m; ucharTH11,TL11;ucharflag_en;uintjuli_s; uintjuli_z;floatzhijing=0.55;uints_zhijing=55;longzong_lc;bitflag_1s=1; ucharmenu_1,menu_2;bitflag_200ms; uintshudu;uintbj_shudu=50; sbitkey1=P3^6; sbitkey2=P3^5; sbitkey3=P3^4; sbitkey4=P3^3; sbitrs=P1^0; sbitrw=P1^1; sbite=P1^2; sbitbeep=P3^7;voiddelay_1ms(uintq){ uinti,j; for(i=0;i<q;i++) for(j=0;j<120;j++);}voiddelay_uint(uintq){ while(q--);}voidwrite_com(ucharcom){ rs=0; rw=0; P0=com; delay_uint(25); e=1; delay_uint(100); e=0;}voidwrite_data(uchardat){ rs=1; rw=0; P0=dat; delay_uint(25); e=1; delay_uint(100); e=0;}voidwrite_lcd2(ucharhang,ucharadd,uintdate){ if(hang==1) write_com(0x80+add); else write_com(0x80+0x40+add); write_data(0x30+date/10%10); write_data(0x30+date%10); 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else write_com(0x80+0x40+add); write_data(0x30+date/16); write_data(0x30+date%16); }voidwrite_guanbiao(ucharhang,ucharadd,uchardate){ if(hang==1) write_com(0x80+add); else write_com(0x80+0x40+add); if(date==1) write_com(0x0f); else write_com(0x0c);} voidinit_1602(){ write_com(0x38); write_com(0x0c); write_com(0x06); write_string(1,0,"sd:00km/h00:00"); write_string(2,0,"lc:00.00km"); }uchari;voidwrite_ds1302(ucharadd,uchardat){ rst=1; for(i=0;i<8;i++) { clk=0; io=add&0x01; add>>=1; clk=1; } for(i=0;i<8;i++) { clk=0; io=dat&0x01; dat>>=1; clk=1; } rst=0; }ucharread_ds1302(ucharadd){ ucharvalue,i; rst=1; for(i=0;i<8;i++) { clk=0; io=add&0x01; add>>=1; clk=1; } for(i=0;i<8;i++) { clk=0; value>>=1; if(io==1) value|=0x80; clk=1; } rst=0; returnvalue; }voidread_time(){ miao=read_ds1302(read_add[0]); fen=read_ds1302(read_add[1]); shi=read_ds1302(read_add[2]); ri=read_ds1302(read_add[3]); yue=read_ds1302(read_add[4]); nian=read_ds1302(read_add[5]); week=read_ds1302(read_add[6]); }voidwrite_time(){ write_ds1302(0x8e,0x00); 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