毕业论文,基于STC89C52单片机的自行车简易数字里程表的设计

* * 学 院本 科 毕 业 设 计自行车简易数字里程表的设计所 在 学 院 机械与工程学院 专 业 名 称 机械设计制造及其自动化 申请学士学位所属学科 工学 年 级 二一二级 学 生 姓 名 、 学 号 指 导 教 师 姓 名 、 职 称 完 成 日 期 二 一 六 年 五 月 摘要摘 要作为现代社会大众非常热爱的出行方式之一，自行车早已不再只是传统意义上交通工具，在现代社会中也以放松、锻炼的身份越来越被人们所熟知。而在我们的车上安装一个里程表会给我们的整个旅途过程带来更加舒适、便利的使用体验，因为骑行过程中的车速及行程可以以显示屏的方式非常直观的传达给我们。1STC89C52 单片机作为整个设计过程的中枢，并以霍尔传感器作为基础来测量自行车的当前速度及骑行路程，所有测量结果通过 LCD1602 液晶显示模块来显示。骑自行车时，车轮的转动通过霍尔传感器转变成脉冲传送给单片机，单片机系统在处理好信息之后经过液晶显示模块将信息结果显示出来，这即为整个设计的工作大体过程。使用 C 语言在软件部分进行编程，与此同时，也使用模块化思想进行设计。而且，最为重要的是，设计的要求在方便的子程序与简洁的硬件电路的优良结合下完全可以被满足。具有构造简便、运行稳定和清楚的显示结果等众多优点的自行车里程表，会给我们带来全新的使用体验。 2关键词: 里程/速度,霍尔感应器,STC89C52 单片机,LCD 液晶显示AbstractIABSTRACTAs one of the modern social public loves travel, bike already is no longer just traditional vehicles, also in the modern society to relax, exercise tool identity more and more loved by the people. And in our car mounted an odometer will bring a more comfortable and convenient use experience, because in the process of riding speed and travel to display very intuitive to convey to us for our entire journey.STC89C52 microcontroller as the center of the whole design process, and use the hall sensor as a basis to measure the bicycle current speed and ride away, all measurement results through LCD1602 liquid crystal display module to display. When riding a bicycle, wheel rotation through the hall sensor turned into a pulse is transmitted to the MCU, microcontroller system after information passes through a liquid crystal display module information results are displayed, which is the design of the work of the general process. The use of C language programming in the software part, at the same time, using the idea of modularization design. Moreover, the most important is, the design requirements In the convenience of the subroutine and simple hardware circuit can be satisfied with the excellent combination.With simple structure, stable operation and clear display results, and many other advantages of bicycle odometer, bring us a new experience.Key words: mileage / speed, Holzer sensor, STC89C52 MCU, LCD liquid crystal display目录II目录1 引言 -12 设计分析要求 -22.1 设计要求 -22.2 方案分析 -22.3 与传统产品比较 -33 系统硬件设计 -33.1 总设计方案 -33.2 最小系统 -53.2.1 单片机 STC89C52 -53.2.2 时钟电路及复位电路的设计 -63.3 显示电路的设计 -83.4 按键电路及报警电路的设计 -103.5 霍尔传感器 -123.6 时钟芯片 -133.7 温度控制 -143.8 刹车系统 -144 设计与实现软件编程 -154.1 主流程 -154.2 显示流程 -164.3 速度及温度处理流程 -164.4 仿真电路 -184.4.1 软件简介 -184.4.2 结果 -185 调试与测量分析 -20目录III附录 -21参考文献 -25致谢 -26泰山学院本科毕业设计01 引言在几百年的不断发展、不断设计的过程中，自行车经历了一个漫长的发展历程，并有了较为成熟的制造技术。与此同时，骑自行车也从一个单纯交通使用的角色转变成现在受很多人们爱好的日常休闲活动的方式。作为使人们能够用于锻炼身体、日常休闲使用的重要方式，很多现有的功能已经无法满足人们的需求。社会的需求推动着技术产业的发展，于自行车行业也同样如此。人们生活质量的提升，要求其必须具有着较为便利的辅助功能，如在骑行的过程中需要了解到行车速度，为了方便地点距离的测量，还要求其有着可以测量行程的功能。除此之外，出于上述种种理由，本设计本着在能够满足人们平常生活中锻炼身体、休闲娱乐的目的，在这种形势之下，一台方便、实用的简单数字式自行车里程表就被设计出来了。本设计的速度里程具有速度、里程的检测功能，还可以显示时间并有着清楚、明了的显示界面。该里程表可以将当前的自行车速度及行走的路程直接在液晶屏幕上显示出来，在自行车上安装也特别方便。为实现所需功能，单片机、霍尔感应器等其它组件组合并可用液晶显示器显示出骑车时的速度及骑行路程是本设计的主要目标。整个设计分为硬件部分的设计和软件部分的设计。除此之外，自行车速度里程表的设计想法、电路和器件的原理及选择都在本文当中有提及。课题目标对计划、软硬件设计方案的理论验证，是整个设计工作开始的重要一步。接下来需要提及的便是自行车速度里程表在符合科学设计的基础上，对于如何挑选芯片等元件的选择和怎样设计电路铺设的走向。其中，速度里程表在软件设计层面的设计思路及计划也得到了很好的阐述。对于整个设计过程而言，分析讨论模拟过程、找出存在的问题、进行系统的检查并得出结论是作为最后的关键一步。除了 STC89C52 单片机外部电路以及显示电路等具体的硬件电路和初始化、泰山学院本科毕业设计1定时、中断等子程序的软件设计外，整个软件设计过程中，用 C 语言来编写软件。2 设计分析要求2.1 设计要求（1）设计一个基于单片机制作的简易自行车里程表。（2）显示速度、路程等的预期目标可以在该该设计中得以实现。（3）骑行环境达到一定的温度时，系统会提示减速休息。（4）当警报响起时，会反馈一条指令给电动机，拉紧刹车，使车缓慢减速。（5）自行车里程计的基本工作原理能够完全了解。2.2 方案分析构件简单、并有着较强实用性的本系统可以通过信号采集即由计数器计算短时间内的路程来求出平均速度，该平均速度近相似于该时刻的瞬时速度。光电对管来完成采集数据的任务，并以矩形脉冲的形式输出。在本设计当中有若干个按键，可以用来满足自行车不同车型轮子直径大小的设置、对数据进行清 0、调整时间等，整个设计的计数由单片机的 P3.0 引脚来完成。我们在设计过程当中，为实现较好的产品体验，应该全面考虑准确的测量和缩短系统反映过程中的时间。采用通过脉冲频率来得到速度这种方法虽然能够获得较为精确的精度，我们在计算时却采用的理想状态下的数据，从而会有一定的误差产生。误差不可避免，我们要尽量的把不可避免的误差控制在一定的合理范围之内。除上述外，在编写泰山学院本科毕业设计2程序代码时，确保实现功能所需程序的合理编写在整个过程当中也是非常重要的。在本设计过程当中，自行车轮胎产生的数字脉冲数据经过霍尔感应器发送给作为控制核心的单片机，单片机经过计算单位时间的数据把最终的结果显示在显示屏上即为单片方式的电路集成。容易得出结论，本设计的精确程度与霍尔元件计数的准确性有着不可分割的关系。也就是说，在自行车骑行这个复杂的环境中怎样得到正确的脉冲数是完美实现该设计的点睛之笔。对于实现在繁杂工作环境下准确的计算脉冲这个问题，采用的是使脉冲以不同高度的信号来解决该问题。在下坡等危险容易高速骑行的路段，为了保护使用者人身安全，当自行车速度达到预设的危险值时危险报警器发出警报，与此同时控制刹车的微型发动机转动使得刹车线拉紧从而缓慢降低速度。在夏季炎热的天气骑行时很容易造成中暑，为此，装有一个温度感应系统。当炎热的温度超过适合人体的极限温度时系统会发出报警提示声，并与上述原理相同缓慢降低速度。2.3 与传统常用里程表比较虽然传统使用磁电式的自行车里程表有着构造简单并有着较为低廉的成本等优点，但其无法抵抗电磁波的干扰。在现代社会中，移动电话被使用者随时随地的携带，移动电话所带来的电磁波对传统里程表的使用有着致命的影响。其次，当使用者车速过快时，由于过高的电压值会使传感器产生额外次脉冲从而严重干扰了测量的精度同时也降低了产品的使用体验。自行车工作的环境非常不理想，很强的震动、机油形成的污垢势必有一个适应性强的产品才能够满足种种艰苦的工作要求。而在整个设计过程当中使用适应性、保障性强的霍尔传感器很大程度上解决了此类问题，才使得设计的里程表具有优泰山学院本科毕业设计3越的使用性能。3 系统硬件设计3.1 总设计方案作为 MCS-51 系列单片机中基本的产品属于 89C51 增强型版本，CMOS 可靠 其有着 8 位的处理单元、8k 的存储器（ROM）等较强的硬件条件。除此之外，在低功耗模式下该单片机可以在空余与掉电模式中转换，只需要软件控制就可以。单片机只有在电源、时钟、复位等硬件条件正常条件下，才可以运行。以 MCS-51单片机作为操作过程的核心，车轮的转数以电脉冲的形式由传感元件转换而成并将之解决成一个单独的芯片是本系统的主要目的。用单片机的定时和计数功能来实现路程和速度的计算，原理是每转的脉冲数都可以由定时器和计数器计算出。如果轮子的周长假设为 C，装 q 个磁铁在轮圈上，那么就会有测的的路程误差值最大为 C/q。只有一个磁铁的时候，霍尔元件检测到一个脉冲信号，也就意味着轮子转了一圈。并且，每当霍尔元件检测到脉冲信号时，相应的就会在 P3.2 引脚0 端中断输入，与此同时，系统的数量计算也会停止一次。由上述易得，路程的测量值即为轮子的周长 C*停止的次数=行程。轮子转一圈所用的时间由单片机上的计数器可计算得出，有转一圈所需的时间那么瞬时的速度很容易就会求得了。为了防止车速过快容易发生意外事故，如果正在骑行的自行车速度达到一丁点设定极限值时，以蜂鸣器当作的警报设备就会发出声响，提醒骑车的使用者。如图所示即霍尔传感器测速：泰