自行车里程监测仪的嵌入式设计与实现【含CAD图纸优秀毕业课程设计论文】

购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 学 2016 届毕业论文 题目 :自行车里程 监测仪 的嵌入式设计与实现 of 名 :X X X 学号 :10214521 学院 :不知道 专业 :不知道 导师 :不知道 时间 : 完成时间 :2016 年 4 月 6 日 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 摘 要 随着时代的发展 ,我们可以看到 ,我国的自行车数量越来越多 ,其原因就在于 ,自行车既可以用于娱乐 ,又可以短 途代步 ,同时也是人们户外郊游的上佳选择。因为自行车的方便，简单易学等特点，如今，基本上所有的人多可以骑自行车了。而人们对于骑车时的一些数据，例如骑行的速度，骑行的距离等。多还是靠人的长期知识进行粗略的估计，这对科学锻炼来说是不合适的。所以本设计就旨在设计一款基于 实现对自行车车速和里程的监测，从而可以让人们清楚的知道自己现在的骑车状态，对于锻炼的人来说，有了这个系统，锻炼可以更加的科学合理。对于普通的游玩骑行的人来说，这个系统也可以帮助人们实时的了解自己的行进距离从而合理的安排出游的时间和目的地 。 本设计主要实现了：利用 片机对自行车的速度和里程进行实时的采集和显示，同时对骑行速度进行 预警 提示 ，设计中包含电路电源设计，程序设计，系统组合，软件仿真等分部设计 。 进过前期的学习和设计最终利用 片机作为核心控制器件，利用 行数据采集，利用 为显示器件， 立按键作为复位清除按键。完 成了本次设计。经 过 前期的 仿真和 后期的 实物检验可以得知本设计是完整可靠的系统。 进过实际的测试可以得知本设计不但具有研究 意义，同时具有市场推广的潜力，如果能进行后续的功能改进和提升，用于市场推广是完全可行的。 关键词： 片机； 尔元件 购买设计文档后加 费领取图纸 of we of in be a is of is an is to so a of a as of a of of is So to a 51 of so be to in 51 on of at of as as as a to is of if we is 购买设计文档后加 费领取图纸 目 录 第 1 章 绪 论 . 1 设计的目的 . 1 国内外研究现状 . 1 设计的任务和内容 . 2 第 2 章 系统的总体设计方案 . 3 主要任务以及思路 . 3 系统的总体组成 . 3 系统的硬件组成 . 4 系统的软件组成 . 5 第 3 章 控制器件选择 . 6 单片机的组成和特点 . 6 运算器 . 6 控制器 . 6 主要寄存器 . 7 片机介绍 . 8 片机特点 . 9 片机资源介绍 . 10 片机定时器介绍 . 12 片机外部中断介绍 . 12 第 4 章 数据采集器选择 . 13 可用传感器的介绍和对比 . 13 霍尔传感器介绍 . 14 尔传感器原理 . 14 尔 传感器 分类 . 14 成线性型霍尔传感器介绍 . 15 尔传感器的检测原理 . 16 第 5 章 系统电路设计 . 18 片机系统电路 . 18 . 18 片机的晶振电路 . 19 购买设计文档后加 费领取图纸 霍尔传感器电路 . 20 系统电路的设计 . 20 液晶显示电路的设计 . 21 . 21 功能参数表 . 23 . 24 蜂鸣器和 . 24 第 6 章 单片机软件设计 . 26 系统软件设计所使用的编程环境介绍 . 26 主程序模块设计 . 26 定时中断函数的设计 . 27 计算函数设计 . 27 显示函数程序流程 . 28 蜂鸣器和 . 28 数据采集流程图 . 29 按键清除流程图 . 29 第 7 章 系统仿真 . 31 仿真软件介绍 . 31 本次设计的仿真图设计 . 32 主要参考文献 . 33 附 录 一 设计电路图 . 34 附 录 二 仿真电路图 . 34 附 录 三 系统源程序 . 35 致 谢 . 44 自行车里程监测仪 的嵌入式设计与实现 1 第 1 章 绪 论 人们总是对和自己相关的物理数据有着极高的求知欲望 ，例如步行数步行速度等都希望可以实时的了解，因此产生了很多的计步软件， 特别是 现在 大量出现的 的手环。但是对于人们使用了多年的自行车，目前还没有很多的产品可以做到实时的显示骑行者的速度和骑行的总里程，这对现在的社会发来来说是不相符合的。因此本设计就着眼于此，开发了一套可以实时监测 自行车里程和测速的系统。 本设计中采用了宏 晶科技有限公司生产的 片机作为系统的控制器件，利用 关型霍尔传感器 作为车轮的圈数采集器件。在单片机采集到车轮的圈数之后，根据车轮的直径计算出实时车速，同时对行驶的总里程进行累加记录。在得出数据之后，通过通用性 显示之后还要对计数的数据进行一个判断，如果判断到速度过大了，也就是人的骑行速度过快的时候，就启动蜂鸣器和 免骑行者在不经意间速度过快而导致危险情况的发生。 设计的目的 对于自行车的实时车速和骑行的总里程进行实 时的监测，这对于人们实时的了解自己相关事务的数据是有必要的作用的，很多人在自己骑行的时候，都是靠着以往的经验来进行判断，比如车速，有时候我们就不能很好的判断出目前自己的车速是多少，就可能在疲惫的情况下发生超速的情况。一旦速度过快，作为非机动的一方，在骑行的时候就很危险。同时了解我们的骑行距离也对我们规划出行时间和目的地是有重要的作用的。我们可以通过实时的里程数来确认自己和目的地的距离以及和回去的目的地距离。 国内外研究现状 目前国内外也有一些自行车码表出现，其大概分类有三种：有线 方式 码表、无线 方式 码表、踏频 检测方式 码表。有线码表通过安装的磁体传感器获取人的骑行数据，然后通过有线的方式传输到单片机进行显示；无线码表在获取数据的时候和有线码表采用的相同方式，只不过传输数据采用的是无线发送的方式进行；踏频码表在获取数据的时候则是通过人对自行车踏板的踩踏来实现数据的采集，因为目前很多车都是可变速的，所以单独采集踏频还不够，还需要得到洗轮比，这种设计方式显得复杂，而且效果不是很好。 目前国内外生成自行车码表的主要有： 国外品牌德国的西格玛，日本的猫眼码表。自行车里程监测仪 的嵌入式设计与实现 2 柏奥 国内品牌因为质量和国外有较大差距，所以 产量和使用量都不大 设计的 任务 和 内容 在本次 设计 中采用了 深圳 宏晶科技 有限公司 生产的 片机作为 系统控制芯片 ，利用 获取车轮的圈数，在单机获得数据进行计算后，利用 时在综合判断目前的车速后，与设定的预警车速进行比较，如果超过了预定的车速，那就使用蜂鸣器和 到恢复了正常的骑行速度。 设计中使用了 片机， 性传感器， 晶显示器，蜂鸣器， 源稳压芯片，独立按键，以及电 路必须的基本元器件。 设计主要包括了：整个系统的完整设计，电路的设计，仿真电路的设计，程序软件的设计。这几个部分是完成本次设计的几个必须步骤和内容。 自行车里程监测仪 的嵌入式设计与实现 3 第 2 章 系统的总体设计方案 主要任务以及思路 本设计 主要任务为 ： 采用宏晶科技生产的 片机作为系统的大脑，利用关型霍尔传感器 来获取车轮的圈数， 在霍尔传感器输出脉冲数据之后将数据送到单片机的外部中断口进行数据的采集， 在单机获得数据进行计算后，利用 时在综合判断目前的车速后，与设定的预警车速 进行比较，如果超过了预定的车速，那就使用蜂鸣器和 到恢复了正常的骑行速度。 本设计的主体 思路如下： 首先从理论上分析，我们要计算出自行车的速度和行车里程，我们就需要知道车轮的周长，以及在我们的采集时间内，车轮转过的圈数。我们可以令车轮的直径为 D，通过圆周率公式： L= *D，就可以计算出车轮的周长。我们再假设转过的圈数为 N，那么行驶的速度 V=S/V=N* *D/T；总的里程就为 S+=V*T；经过分析后我们可以得知，我们只需要采集到 为车的直径是已经知道的。采集时 间也是我们可以控制的。所以只需要使用霍尔传感器获得脉冲，然后利用单片机的外部中断 0的下降沿触发功能进行计数就可以达到目的。得到数据之后，就只需要计算和显示了，然后进行预设值比较进行报警和提示就可以了。 经过上面的理论分析，我们可以把设计总结为这样几个部分 ： 1. 使用 3503霍尔传感器获得脉冲数据 。 2. 单片机利用中断得到脉冲数 。 3. 单片机对数据进行计算然后显示。 4. 蜂鸣器和 据情况进行提示和闪烁提示。 进过这样几个部分，我们的主要设计目的就可以得到实现，至于对数据的清除复位，我们就只需要 额外增加一个按键就可以实现了 。 系统的 总体 组成 在前面的理论分析中已经可以看出本设计的总体框图应该是怎么样的了。其中 应该包括核心的控制器件 单片机， 脉冲的转换器件 霍尔传感器， 数据的清除和复位功能所用到的独立 按键， 用于速度和里程显示的 晶显示， 作为提示和预警的 蜂鸣器和是我们还要考虑到系统的供电问题，所以供电设计也应该是系统整体框架设计的一个部分，经过 前期的设计和 思考，我认为本设计的系统框图应该如下面所示： 自行车里程监测仪 的嵌入式设计与实现 4 图 2统的总体组成框图 系统的硬件组成 设计中使用了大量的电子器件，每个器件的选择和有机组合而形成本设计功能执行的物理元素，只有我们合理的安排和设计好每个元器件，我们才能获得系统有效和正确工作的前提。进过大量的分析和设计 ，我认为不系统的硬件组成图应该如下所示： 图 2系统的 硬件 组成框图 数据获取 数据显示 实时提示 电源电路 单片机 完整 系统 单片机 电源电路 霍尔传感器 液晶显示 蜂鸣器 和 行车里程监测仪 的嵌入式设计与实现 5 系统的软件组成 通过和硬件相结合考虑，我们能知道本次设计中的软件应该有哪些部分： 获得脉冲的外部中断函数，软件启动的初始化函数，按键清除函数，数据计算函数，定时中断函数，数据显示函数，报警函数。很明显，本系统的软件组成框图应该如下所示： 图 2系统的软件组成框图 系统初始化 定时采集函数 外部中断计数 计算显示 提示和预警 自行车里程监测仪 的嵌入式设计与实现 6 第 3 章 控制器件选择 要完成本次设计的任务，我们有很多可以选择的器件。例如单片机， 是我们在选择器件的时候要考虑到器件的成本，开发难度，可靠性，封装类型等等方面。进过大量的资料查询和实际测试，本设计最后采用了单片机作 为核心的控制器件。 单片机 也可以 称单片微控制器 ,它和片上系统不一样 ,单片机不但可以进行运算处理 ,还可以做逻辑控制 ,其包括了输入输出端 ,片上 的还有专用的乘法器 ,独有的存储单元和 算单元 。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。 目前单片机的发展已经十分成熟，单片的处理位数从 4位到 8位， 16和 32位都有。单片的运行速度也冲以前的几 。 单片机的组成和特点 目前主流单片机主要由以下几 个部分组成： 运算器 运算器由运算部件 算术逻辑单元 （ 称 算术 累加器和 结果 寄存器 等 组成。 算术逻辑单元 传入算术逻辑单元的数据根据需求进行数据的运算 ,这个运算可以是常见的加减乘除算术操作，也可以是单片机里面所有的移位和循环操作，也可以是数据的比较例如大小比较。相等比较等。这个运算器和我们常规理解的运算 器不是一个概念。 运算器有两个功能： (1) 执行各种算术运算。 (2) 执行各种逻辑运算，并进行逻辑测试，如零值测试或两个值的比较。 单片机当中 运算器 的 全部操作都是由 单片机的 控制器 出的控制信号来 进行指挥的 。控制信号可以是运算控制，也可以是判决控制 。 控制器 控制器 包括了： 指令寄存器、 程序计数器、指令译码器、 操作控制器 和 时序发生器等 部分 ， 控制器 是 单片机当中 发布命令的 机构 ， 负责整个单片机系统的所有操作控制，不管是运算还是决策，都是由控制进行的 。其主要功能有： (1) 从内存中取出一条指令，并指出下一条 指令在内存中的位置。 (2) 对指令进行译码和测试，并产生相应的操作控制信号，以便于执行规定的动作。 (3) 指挥并控制 存和输入输出设备之间数据流动的方向。 单片机当中有三种总线：控制总线，数据总线和地址总线。这三个总线通过内部特自行车里程监测仪 的嵌入式设计与实现 7 有的线路和微处理器相互连接起来，其中，微处理器可以通过三个总线和外部接口相互连接起来，还可以实现微处理对各个算术器和存储器的信息交流。 主要寄 存器 （ 1）累加器 A 单片机当中的累加器是一个高频使用的寄存器，其主要是负责临时的数据存储，包括运算前的存储和运算完成之后的结果都可以保存在这个寄存器当中 。 （ 2）数据寄存器 据寄存器器，从名字上就可以知道，此寄存器主要是数据暂时存储的寄存器，但是数据寄存器不但有数据的缓存功能，还可以是指令的暂时存储，在翻译出来的指令在送往处理的时候，可以放在这个寄存器中进行暂时存储 。 （ 3）指令寄存器 D 指令包括操作码和操作数。 单片机要执行程序给定的指令。就必须要知道这条指令对应的操作码，所以单 片机中有了指令译码器和指令操作寄存器。其中指令翻译由指令译码器进行，在翻译完成之后就将数据交给指令寄存器进行存储，然后通过数据控制总线将操作指令送到相应的执行机构当中。这个操作是一条一条进行的 。 （ 4）程序计数器 片机运行的程序需要使用一个单独的计数器进行存储，这样才可以保证单片机的运行有序的进行。在单片机复位的时候就将这个存储器复位从 0开始，逐步进行加一。在每一个指令操作结束之后，这个计数器就自动加 1，然后到指令存储器中去取对应的下一步操作就可以了，所以程序计数器保证了单片机的有序运行 。 （ 5）地址 寄存器 址再单片机中是很重要的一个概念，不但是每个存储器有地址，每个数据有地址，甚至每个外部接口都是有对应的地址的，在我们使用汇编进行程序设计的时候，我们就需要查手册了解每个有效资源的地址，所以在我们进行操作的时候，地址寄存器是很有必要的。通过这个寄存器就可以将需要的地址数据发送到对应的存储器中。 上面提到的数据储存和计数器还有地址寄存器都是为了给单片机当中很重要的一个器件 供服务的， 为中央控制器，需要各个外设对其进行服务，因为 身是不具有和外部资源交互的能力的 。 下图就是单片机的内部结构 和单片机主要资源： 自行车里程监测仪 的嵌入式设计与实现 8 图 3单片机的片上资源框图 片机介绍 种使用兼容 8051核的 系统可编程芯片， 其可以 工作 的 时钟频率 在几 其内部的 储器是专用的程序存储器，大小根据不同的系列是有所不同的 ，器件 完全 兼容标准 的 令系统 及 构， 芯片内集成了通用 8位 中央处理器 和 具有在系统可编程（ 性， 在使用专用的单片机程序下载程序通过 平方式就可以将程序下载到单片机中 ， 8051 单片机的时钟周期有 12T 和 6T 现在新型的还有 1T 的。但是时钟周期并不影响单片机的算术和逻辑兼容性。只是处理器的单周期时间不一样而已。 实物如下图所示： 图 3物图 自行车里程监测仪 的嵌入式设计与实现 9 片机特点 (1)增强型 1T 流水线 /精简指令集 结构 8051 2)（ 5 / 3V 单片机 (3)，相当于普通 8051 的 0 8(4)用户应用程序空间 12K / 10K / 8K / 6K / 4K / 2K 字节 (5)片上集成 512 字节 6)通用 I/O 口（ 27/23个），复位后为： 准双向口 / 弱上拉（普通 8051 传统 I/O 口） 单片机的通用 有 成四种模式 可以选择分别为 ：弱上拉，强上拉， 高阻 ，开漏这些标准输入输出口状态。 每个 通用 I/O 口 驱动能力 在单独使用的时候都 可达到 20 是对于 51系列单片机来说 整个芯片 的 最大 输入输出电流 不 应该 超过 557)系统可编程） /应用可编程），无需专用 编程器 可通过串口（ 接下载 用户程序 ，数秒即可完成一片 (8)能 (9)看门狗 (10)内部集成 用 复位电路 （外部晶体 20M 以下时，可省外部复位电路） (11)时钟源 ： 普通的 8051 单片机 的外部时钟源可以是使用外部晶振，也可以是外部的时钟芯片提供（也可以是信号发生器提供），在外部时钟信号通过单片的 片机内部的反向放大器可以对信号进行放大整定。从而提供给单片的内部时钟需求使用。 (12)有 2个 16 位 定时器 / 计数器 (13)外部中断 2 路 ,下降沿中断或低电平触发中断 ,式可由外部中断低电平触发 中断方式 唤醒 (14)4 路） / P C A（可编程计数器阵列），也可用来再实现 4个定时器或 4个外部中断 (上升沿中断 / 下降沿中断均可支持 ) (15)有 10 位精度 8 路 (16)通用异步 串行口 (17)，主模式 / 从模式 (18)工作温度范围 ： 0 +85 (19)封装： 小封装，定货 ) 自行车里程监测仪 的嵌入式设计与实现 10 片机资源介绍 本设计中使用的是 装，也就是常见的双列直插式封装，具体的引脚 资源图 如下 图 所示 ： 图 3在上图中各个引脚的功能如下 ： 单片机的供电正电压接口 。 单片机的供电地接口 。 双向 漏级开路 的 8位 双向 I/， 其中 每 个引 脚可 以承受 8电流。 在 引脚 写 1 时， 对应的引脚就被 被定义为高阻输入。 在常规的使用过程中 应该配合外部的上拉或者下拉电阻进行使用，这样才能提供正确的 平的逻辑电压 。 除了 51系列单片机的其余几个数据口都是提供了内部上拉电阻的。在设计的时候，就可以省去外部的上拉或者下来电阻了。同意，位数据口。 ： 和 一样。 也是内部提供上拉电阻的双向 8 位 I/O 口， 可以接收和 输出 4个 电流， 1一样，在程序写入 1的时候，对应的引脚都是进入可检测状态，既可以作为输出电压，同时也可以被外部的电压拉低，例如我们常用的按键功能就是这一个功能的体现 。 同时在作为 行车里程监测仪 的嵌入式设计与实现 11 一个是作为控制线，一个数作为数据的检测线。 ： 样是一组内部提供上拉电阻的，双向 8 位数据输入输出口。其各个引脚同样可以承受输入和 输出 4 个 电流。 其普通功能和 样，在希尔高电平 1之后都是可以作为输出和检测的。在实际使用中，基础功能都是一样的，同时 作为 程的控制或者数据引脚 但是 编程的指示引脚，在进行 程的时候进行 同时 提供了一些特殊的第二功能。 3口一些特殊功能 ，如下表所示： 表 特殊功能 引脚 第二功能 信号名称 行数据接收 行数据接收 外部中断 0 申请 外部中断 1 申请 0 定时 /计数器 0 的外部输入 1 定时 /计数器 1 的外部输入 R 外部 选通 D 外部 选通 单片机的 复位输入 引脚 。当振荡器复位 单片机的同时 ， 需 要保持 脚至少 两个机器周期的高电平时间。 地址锁存允许控制端。 当 需要 访问 单片机 外部存储器时， 该引脚用于输出控制信号，从而控制外部的存储器。达到选择和控制的目的 。 同时，该引脚在未被禁止使用的情况下是在不断输出脉冲的，脉冲的频率根据外部振荡器的不同而不同。本 身不具有频率调节的功能。这个频率是外部振荡器频率的六分之一频率。是稳定跟随的。 外部程序访问信号端，通俗的解释就是在我们使用外部的存储器的时候们在外部存储器进行数据访问的时候，该引脚就会输出对应的有效信号。在访问完毕之后就会停止信号的输出，值得注意的是，这个信号和常规的一对一信号不同。该引脚的信号是一次产生双倍的有用信号，也就是说，如果一次有效访问，在访问期间会输出两个脉冲信号。 外部允许端口。低电平使能。上电为若下拉，所以我们在不需要访问外部的存储器的时候需要将这个引脚外接为高电平。不然就 会默认进入外部访问的功能，但是如果没有外部存储器，单片机就会进入悬空状态。 自行车里程监测仪 的嵌入式设计与实现 12 单片机内部放大器的输入端 。 单片机内部放大器的输 出 端 。 2分别为反向放大器的输入 引脚 和输出 引脚 。该反向放大器可以配置为片内振荡 。 外部振荡，其中使用外部振荡的时候， 石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。 同时如果采用的是外部时钟信号输入单片机，例如使用信号源驱动单片机，这个时候，单片机的 为不需要输出驱动外部晶体了。 片机定时器 介绍 片 机定时器的工作由两个特殊功能寄存器控制。 存器 用于设置定时器的 工作方式； 存器 用于控制 定时器的 启动和中断请求 。 通过一定的组合就可以得到我们需要的工作方式了，下面是 51 系列单片机的 4中定时器工作方式介绍： 方式 0是 13位计数 方式 ，由 寄存器 低 5位和 寄存器 部 8位组成。寄存器 低 5 位溢出时向 寄存器 位， 寄存器 出时，置位 寄存器 ， 中断 向 请 中断请求 。 方式 1是 16位 计数方式 ，由 寄存器 为低 8位、 寄 存器 为高 8位，组成了 16位加 1计数器 。 方式 2 为自动重装初值的 8 位计数方式。 工作方式 2 特别适合于用作较精确的 脉冲信号发生器 ，同时要注意这里高低位的数据是一样的 。 方式 3 只适用于定时器 寄存器 时器 时相当于 ，停止计数。 工作方式 3将 寄存器 位计数器 寄存器 寄存器 片机外部中断 介绍 有两个外部中断触发引 脚，分别为外部中断 0 在 外部中断 1 在 脚。 单片机的 外部中断 申请方式有两种 方式可 以 选 择 ：电平触发方式申请 和边沿触发 方式申请 。选择电平触发 方式 时，单片机在每个机器周期检查中断源口线，检测到 外部中断接口的引脚电平为 低电平 时 ，即置位中断请求标志，向 择边沿触发方式时，单片机 是利用两个周期的状态来确定申请的，具体来说就是：单片机 在 一个周期检测到外部中断引脚的电平 为高电平，下一个机器周期检测到 外部中断引脚的电平为 低电平 时 ，即置位中断标志，请求中断。 所以这里所说的电平方式为低电平触发 方式，边沿触发为下降沿触发方式。这和很多目前单片机支持的高低电平和下降沿及上升沿触发方式是不同的。虽然触发方式不是很全面，但是在其所在的应用环境中是完全够用的。自行车里程监测仪 的嵌入式设计与实现 - 13 - 第 4 章 数据采集器选择 在很多应用中，我们为了获得自然的物理属性，例如常见的声光力热等信息，我们就会借助对应的传感器进行数据采集和转换，因为们所用的处理器都是数字型的，所能处理和识别的信号只能是数字信号，在本次设计中，为了获得骑行的速度这一个物理量，我们同样需要对应的传感器。 进过前期的资料整理，可以知道，为了完成本设计中数据的获取，我们有很多的 选择，例如光电门，增量式编码器，陀螺仪，霍尔传感器。下面对这几种可用的方法进行一个简单的对比，从而说明本设计采用霍尔传感器的原因。 可用传感器的介绍和对比 在前面说的几种传感器中，光电门和增量式编码器的基本原理是一样的。都是在一个对射的光电管中间有阻挡光线的物体出现时，就输出一个脉冲信号。这种方式速度高，精度一般，但是传感器容易受到外界的干扰和影响。在灰尘和光线的干扰比较大的时候，传感器就不能正常的工作。陀螺仪，作为一种比较新的传感器，采集的是加速度，通过对加速度的换算，就可以解算出实际的角度和距 离，这种方式可以区分正反，同时精度高。但是对单片机的运算速度提出了很高的要求。霍尔传感器是一种利用磁场进行数据脉冲采集的器件。抗外界干扰比较强，同时使用起来也比较简单，对单片机的额运算性能也没有特别的要求。而且安装方便，灵活。从上面的对比中，我们可以看出使用霍尔传感器的原因。 使用灵活，简单，便捷 。 光电编码器作为一个出现了多年的传感器，使用范围很广泛，在很多需要检测转速和开关量的时候都会使用到，但是光电编码器的价格比较贵，而且在本次设计中使用不是很方便，因为安装的位置和外接接触很多，比如灰尘多，会接触到雨水 ，还有阳光的强烈干扰等。 陀螺仪是种新型的传感器，在使用的地方一般是一些比较高端的应用场所，例如手机中的陀螺仪可以作为手机的高精度传感器使用，检测出手机的状态，从而可以进行手机控制等游戏的操作。 霍尔传感器使用的是霍尔效应的传感器，在抗干扰方面比光电编码器要好，在使用和开发难度上比陀螺仪要低。对单片机的资源和按照条件的优势是本次设计选用霍尔传感器的最大两个原因。 自行车里程监测仪 的嵌入式设计与实现 - 14 - 霍尔传感器介绍 霍尔传感器是 利用 霍尔效应 进行数据监测的 一种 传感器。霍尔效应是磁电效应的一种， 霍尔效应 是霍尔（ 1855 1938）于 1879 年在研究金属的导电机构时发现的。 进过多年的发展，霍尔传感器在很多方面都得到了较大的发展。利用霍尔效应进行数据监测，抗干扰能力比较好，监测的效果也和传统的监测方式不相上下。所以说霍尔传感器是一种十分合适的传感器选择。 尔传感器原理 磁场中有一个霍尔半导体片，恒定电流 I 从 通过该片。在洛仑兹力的作用下，I 的电子流在通过霍尔半导体时向一侧偏移，使该片在 向上产生电位差，这就是所谓的霍尔电压。 霍尔电压随磁场强度的变化而变化，磁场越强，电压越高，磁场越弱，电压越低，霍尔电压 值很小，通常只有几个毫伏，但经集成电路中的放大器放大，就能使该电压放大到足以输出较强的信号。若使霍尔集成电路起传感作用，需要用机械的方法来改变磁感应强度。下图所示的方法是用一个转动的叶轮作为控制磁通量的开关，当叶轮叶片处于磁铁和霍尔集成电路之间的气隙中时，磁场偏离集成片，霍尔电压消失。这样，霍尔集成电路的输出电压的变化，就能表示出叶轮驱动轴的某一位置，利用这一工作原理，可将霍尔集成电路片用作用点火正时传感器。霍尔效应传感器属于被动型传感器，它要有外加电源才能工作，这一特点使它能检测转速低的运转情况。 霍尔效应传感器 。 123图 4尔传感器 原理图 尔传感器分类 霍尔传感器分为线型霍尔传感器和开关型霍尔传感器两种。 （一）开关型霍尔传感器由 稳压器 、霍尔元件、 差分放大器 ， 斯密特触发器 和输出级组成，它输出数字量。开关型霍尔传感器还有一种特殊的形式，称为锁键型霍尔传感器。 自行车里程监测仪 的嵌入式设计与实现 - 15 - （二）线性型霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成，它输出模拟量。 线性型霍尔传感器又可分为开环 式和闭环式。闭环式霍尔传感器又称零磁通霍尔传感器。线性型霍尔传感器主要用于交直流电流和电压测量。 . 成 线性 型霍尔传感器介绍 列线性霍尔电路由电压调整器，霍尔电压发生器，线性放大器和射极跟随器组成，其输 入是磁感应强度，输出是和输入量成正比的电压。 如图 4中第一脚为供电电源引脚， 高可以承受直流 8二脚为电源地引脚。第三脚为电压输出引脚， 图 4自行车里程监测仪 的嵌入式设计与实现 - 16 - 图 4压 特性 曲线 尔传感器的检测原理 本 设计 选用了线性霍尔传感器，这在单片机的应用中看似是不合理的一种选择方式。但是我们经过实际的分析就可以知道，选用线性霍尔传感器有着开关型霍尔传感器无法比拟的优势。首先我们从上面的图 4磁感应强度在 0后输出电压都是在 上。而对于 平的单片机来说，这就是高电压了。而我们 选用的检测方式是下降沿触发，在电压下降到跃迁点的时候，就会检测到数据了。而开关型霍尔传感器在这种范围之内就容易发生误判。导致数据发生错误。 我们将 出现上面提到的情况，发生下降沿的时候。就会采集到数据。我们前面的理论中说的圈数 们在根据公式就可以