电动车速度里程计设计谭菊娴(终稿).doc

湖 南 科 技 大 学毕 业 设 计（ 论 文 ）题目电动车速度里程计设计作者谭菊娴学院信息与电气工程学院专业电气工程及其自动化学号1104010231指导教师赵延明二一五 年 五 月 二十 日湖 南 科 技 大 学毕业设计（论文）任务书 信息与电气工程 院 电气工程及其自动化 系（教研室）系（教研室）主任: （签名） 年 月 日学生姓名: 谭菊娴 学号: 1104010231 专业: 电气工程及其自动化 1 设计（论文）题目及专题： 电动车速度里程计设计 2 学生设计（论文）时间：自 2015 年 02 月 08 日开始至 2015 年 05 月 20 日止3 设计（论文）所用资源和参考资料： 传感器技术 工业常用传感器选型指南 单片机原理与接口技术 MCS-51系列单片机实用子程序集锦 单片机典型模块设计实例导航 Protel99原理图与PCB设计 51系列单片机设计实例 4 设计（论文）应完成的主要内容： 综述电动车里程/速度计的发展和趋势 总体方案的论证和设计 系统硬件设计 系统软件设计 对所设计系统的总结，并提出设计某些方面的不足和改进意见 5 提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求： 系统电路图 程序流程和源代码 设计说明书 6 发题时间： 2015 年 02 月 08 日 指导教师： （签名） 学 生： （签名）湖 南 科 技 大 学毕业设计（论文）指导人评语主要对学生毕业设计（论文）的工作态度，研究内容与方法，工作量，文献应用，创新性，实用性，科学性，文本（图纸）规范程度，存在的不足等进行综合评价指导人： （签名）年 月 日 指导人评定成绩： 湖 南 科 技 大 学毕业设计（论文）评阅人评语主要对学生毕业设计（论文）的文本格式、图纸规范程度，工作量，研究内容与方法，实用性与科学性，结论和存在的不足等进行综合评价评阅人： （签名）年 月 日 评阅人评定成绩： 湖 南 科 技 大 学毕业设计（论文）答辩记录日期： 学生： 学号： 班级： 题目： 提交毕业设计（论文）答辩委员会下列材料：1 设计（论文）说明书共页2 设计（论文）图 纸共页3 指导人、评阅人评语共页毕业设计（论文）答辩委员会评语：主要对学生毕业设计（论文）的研究思路，设计（论文）质量，文本图纸规范程度和对设计（论文）的介绍，回答问题情况等进行综合评价答辩委员会主任： （签名）委员： （签名）（签名）（签名）（签名） 答辩成绩： 总评成绩： 摘 要如今，随着我国居民生活水平的不断提高，小型，快速，方便，交通安全系数高在电动车越来越成为人们代替步行首选的交通工具。电动车的速度里程表可以满足人们最基本的需求，让人们能清楚地知道当前的速度，里程和其他物理量。本文主要阐述了一种基于设计霍尔元件的电动车里程速度计的程计。该表以AT89S52单片机为核心，由A44E霍尔传感器测量转数，来完成电动车的行驶里程和速度的测量，系统采用24C02来实现系统掉电时的里程信息保存，并可将电动汽车的行驶里程和速度用LCD实时显示。本文介绍了电动汽车行驶里程/速度表的硬件电路与软件设计。硬件部分采用霍尔元件将电动车每转一圈的脉冲传入单片机系统，然后通过单片机系统对发送信号进行处理，其软件部分采用汇编语言编程，采用模块化设计思想。该系统硬件电路简单，子程序具有通用性，完全满足设计要求。 关键词：里程/速度；霍尔元件；单片机；LCD显示ABSTRACT Now with the improvement of peoples living standard, has a fast, easy and high safety factor and small electric vehicles have become more and more people preferred going out of transport, means of transport. What happens to this article should design the odometer can be clear and mileage rate situation presented. This article on the causes of the based AT89S52 Single chip microcomputer mileage speed meter design. The speedometer from a keyboard circuit mileage, speed circuit, alarm circuit, display circuit is composed of four parts of peripheral circuits, A44E Hall sensors used to detect a pulse test to a few, for speed and distance measurement, 24C02 memory chip can be used to ensure the system power off without losing information, LCD LCD screen to display the current mileage of the car and its speed. This article focuses on the electric vehicle mileage/speed meter design of hardware and software design. Its software component programming using the c language and modular concept. Hardware modules according to the design requirements for the appropriate design. Comparing with similar design, added set tire diameter and speed warning function, has wider applicability, and security.Keywords: : Speed / Mileage; Hall element; Single chip microcomputer; LCD目录第一章 绪 论11.1 人类交通工具的发展11.2 电动车发展前景分析21.3 我国电动车的发展情况31.4 本文研究的主要内容5第二章 系统设计方案的确定72.1 电动车速度里程计原理分析72.1.1 电动车周长计算72.1.2 速度里程计设计原理72.2 单元电路设计方案论证82.2.1 MCU芯片比较与确定82.2.2 显示模块方案比较与确定82.2.3 测速装置方案的比较与确定92.2.4 最终方案的确定及系统框图12第三章 系统硬件设计133.1 单片机主控模块133.1.1 主控芯片的介绍AT89S52芯片133.1.2 主控电路的设计153.2 测速模块173.2.1 霍尔传感器原理的介绍173.2.2 霍尔传感器电路的设计173.3 键盘模块183.3.1 键盘的选择以及介绍183.3.2 键盘电路的设计193.4 存储模块203.4.1 AT24C02芯片的介绍203.4.2 存储器模块电路的设计213.5 LCD显示模块213.5.1 LCD 1602的功能介绍213.5.2 LCD1602液晶显示模块的电路设计223.6 最小系统模块233.6.1 电源电路223.6.2 最小系统的时钟电路233.6.3 最小系统的复位电路243.7 报警模块25第四章 系统软件设计274.1 主程序流程框图274.2 电动车里程速度计软件方案设计284.3 显示模块程序流程框294.4 存储模块程序流程框图294.5 键盘模块程序流程框图304.6 速度里程的算法简介314.6.1 里程计算子程序314.6.2 速度计算子程序324.7 中断程序流程框图32第五章 结 论35致 谢37参 考 文 献39附录A:电路总图41附录B:程序42第一章 绪 论1.1 人类交通工具的发展人类交通工具的发展是迅猛而且多样的，古代杨贵妃想吃荔枝需费诸多人力物力，快马加鞭，依旧不能吃上新鲜荔枝，如今人们可以随意在街上买到各式各样的物品，出行也是方便自由，人类特长之一是会制造并使用工具。人们利用外物制造器械，让自己架乘或者运输物品，这种器械就是交通工具。从原始人类借助一般漂浮的木头，顺留而下开始，至今千万年来，交通工具经历了漫长的发展过程，起了巨大的变化。人类的智慧是无所不能、无处不在，在历史的发展长河中，发明者经过不懈的努力和奋斗，一次又一次的发明改良了交通工具，缩短了我们出行时间，减轻了旅途的疲惫，方便了我们的生活。那么人类的交通工具是如何发展的呢？以下便是各种交通工具发展的历程: 陆地:徒步、马、马车、自行车、摩托车、汽车、火车、高铁等； 水上:人力板船、风力帆船、汽船、轮船； 空中:滑翔机、飞机、火箭、宇宙飞船。 交通工具的发展又可分为四个阶段，分别为蒸汽阶段、内燃阶段、电气阶段、自动化阶段。在古代，人们主要靠步行和马车相互走访联系，还没有“交通工具”这一代名词，即使在与外国的交流上有丝绸之路这一经济带，也是极少数的，因此，那时候的科技、政治、经济等都十分落后，相对距离较远的两地无法很好的沟通，人们只局限于活动在小范围。在5000多年前,黄帝发明了指南车,当时黄帝在雾气弥漫的战场用它指引方向,用它打败蚩尤。西周初期, 当时南方的越棠氏人因在返回国家的时候迷路，周公就用指南车护送越棠氏使臣回国。三国马钧制造的指南车除了通过齿轮传动还有自动离合器装置,主要是利用齿轮传动系统和离合器装置指示方向。指南车是一个古老的指示方向的工具,是古代皇帝出门必备的工具,其能显示帝国强大和豪华。之后,人们的智力和知识水平显著提升,便有了马车等畜力交通工具，可看作是交通工具发展上的巨大飞跃,也相对人们之间的沟通,形成一个良性的交流环境,交通工具的快速发展也在战场上使用,在三国时期,每一场战争都会使用顶端的作战工具和交通工具。然后来到了所谓的“半机械时代”，这时自行车这种实用的工具已经发明，只是不如现代这样完善，随着第一次工业革命的完成，人们进入机械社会。以提到第一次工业革命是为了引出蒸汽机，现代生产力和交通运输业的发展直接影响了交通工具发展。随后，汽车、飞机也应运而生，成为现代社会的主流交通工具。随后第二次工业革命的完成也大大促进了交通工具的发展，第二次工业革命的主要成就是内燃机的创制和使用。在19世纪七、八十年代,以天然气和汽油为燃料的内燃机诞生,在1990年代柴油机也创建成功。内燃机的发明大大了解决交通工具发动机的问题。1885年, 德国人卡尔本茨成功地生产了第一辆以内燃机驱动的汽车。内燃机汽车、轮船、飞机等也由此发展迅速。内燃机的发明,同时也促进石油工业和石油化学工业的发展。20世纪初,以内燃机驱动的飞机在空中飞行,实现了人类的梦想飞翔的天空。与内燃机的广泛使用的同时,石油开采和炼油技术已经大大改善了。1870年,世界只生产约80万吨石油,到1900年,已飙升至2000万吨。当人类社会跨入第二十一个世纪，中国进入全面建设小康社会和加快社会主义现代化的新的发展阶段，在世界多极化和经济全球化的趋势的情况下曲折发展，科学技术的飞速进步，竞争越来越激烈，我们国家是势在必行，不进则退。交通工具帮助人类缩短两地距离，促进交流，节省时间，可以说对交通工具载着人类走向文明，今天的交通工具不仅可以使用电力，原子能。甚至能够利用磁场能量，光能量。从独木舟，独轮车开始的交通工具的发展史展望未来，相信人是有巨大潜能的，人类文明的发展变化的日新月异的。随着时代的变化和科学技术的进步，我们周围的交通工具多种多样，给每个人的生活带来了极大的便利。天空中的飞机，海洋里的轮船，陆地上的汽车，大大缩短了人们之间的距离；火箭和宇宙飞船的发明，使人类探索另一个星球的理想成为现实。可以说，交通工具促进了人类文明的发展。今天的交通工具不仅可以使用电力，原子能。甚至能够利用磁场能量，光能量，交通工具已经成为人类必不可少的一部分了。1.2 电动车发展前景分析电动车作为新兴的代步工具，以其速度高、体积小、能耗低、操作灵活为特征，这也是它较之汽车等其他交通工具的优点。所以，电动车对电子产品的最基本的要求是微型化、集成化、智能化。成熟的电子技术的运用能够使电动车的动力性能、操控性能、安全性能和舒适性能等各个方面都有不断地改进和提高。发展现状 电动车是目前世界上唯一能达到零排放的机动车。由于环保的要求，加之新材料和新技术的发展，电动车进入了发展高潮。电动汽车作为绿色交通工具，将在21世纪给人类社会带来巨大的变化。顺应当前国际科技发展的大趋势，将电动汽车作为中国进入21世纪汽车工业的切人点，不仅是实现中国汽车工业技术跨越式发展的战略抉择，同时也是实现中国汽车工业可持续发展的重要选择。目前我国电动车研究已取得阶段性成果，完成了概念车车身设计构想书及界面设计，电池方面正在组织开发镍氢电池、锂离子电池、锌空气电池、燃料电池，有望取得突破。电动汽车的标准体系已经编制完成，同时建立了有关电动汽车的数据库。电动汽车项目的国际合作正在按计划进行。存在问题 发展电动车必须解决几项主要关键技术，如电池、电机及其控制器、电动汽车整车与社会的基础设施(充电站)。电池技术的落后是限制电动车普及的最主要障碍：蓄电池的比能量较低；蓄电池的比功率高；蓄电池的质量在电动车自身质量中占了很大比例，增加了不少能量消耗；为了使电动车在舒适性、操作性上达到燃油车的水平，还需要增加一系列耗电的设备。市场是与电动车命运息息相关的又一重要因素。没有市场就不可能有生产规模，没有规模就无法降低成本和价格。发展前景 世界电动汽车的发展经过20多年的研究试验，已进入一个新的阶段,即小批量商业化生产并推向市场实际应用。目前全球在用电动汽车大约1.3万辆。电动车被视为抢占21世纪汽车霸主地位的主要车型之一则是不争的事实.因为电动车的高科技含量，将带来汽车界的一场革命，并有望为汽车商家带来巨额的市场利润。现在零排放电动车的技术已经逐渐成熟并已开始商品化，一次充电行程也能满足市区交通的要求.大规模应用的主要困难是电池和相应的电动车成本太高，混合动力电动车则是目前可以大批量生产、替代燃油汽车、减少废气排放的较现实的电动车。在未来10年，纯电动车和混合式电动车在其特定市场范围内的商业化生产将增长，增长速度取决于价格因素。未来20年燃料电池电动车的商业化业务也将增长。在未来30年，燃料电池电动车和混合动力电动车将有长远的市场前景。无论从环保角度还是能源角度看，未来电动车都需要有一个大的发展。其开发将关系到众多工业的兴衰，可能成为未来新的经济增长点。在我国，电动车更有着独特的市场,大都市都普遍存在着十分严重的交通问题和汽车尾气排放污染问题。作为一种小型、中速和短途的日常交通工具，电动车是十分理想的，其在中国有着得天独厚的发展条件和广阔的应用前景。1.3 我国电动车的发展情况我国电动车在20世纪九十年代前基本都是依靠进口，如高尔夫球车、游览观光车等。自1992年以来，我国有了自行研制和生产的电动车产品，通过十几年的发展，现已初步形成以北京新日、浙江绿源等一大批具有实力和规模的电动车生产厂家，更形成了江苏锡山、浙江、天津三大产业集聚区。这些企业现已在国内市场推出的有：电动摩托车、电动游览车、电动高尔夫车、电动观光车、电动汽车、电动载货车、电动救援车、电动助行（代步）车、电动滑板车、电动自行车、家庭生活车等等。经历了十多年的发展，国内电动车产业迅速增长，从弱逐渐到强，在中国众多的产业中独树一帜。目前，我国电动车市场主要是由电动轻便摩托车和电动摩托车以及电动自行车组成，前两类占据了60%的市场份额。我国电动汽车重大专项实施以来，在纯电动、混合动力和燃料电池汽车的整车集成技术、动力系统集成技术以及动力总成关键零部件技术方面取得重要技术突破，同时也在专利战略和技术标准平台建设方面为自主知识产权新能源汽车产业化奠定了良好的基础。在各种激励政策的鼓舞下，国内汽车企业纷纷增加对电动汽车及相关零部件的研发投入，我国电动汽车产业正在进入高速发展的新阶段。中国发展电动车具有独特的有利条件。其中一个非常重要的因素是市场。中国人口众多，具有世界最庞大的客运交通市场，因此也具有世界最庞大的电动观光车、电动小轿车市场，这为中国电动车技术的发展创造了特殊的市场有利条件。电动车以绿色环保、经济便捷的特色，被广大消费者视为日常生活中重要的代步工具。然而，老百姓买了电动车，却上不了路。原因是有些地方交管部门予以没收和处罚。在此情况下，政府有关部门不应禁止与干涉，而应制定合理统一的标准，规范生产企业，切实为老百姓造福。 另外，针对目前市场上产品质量不稳定以及售后服务差，配件质量、价格参差不齐的现象，陈明均呼吁，有关职能部门必须加强对电动车配件厂家的规范和管理，在生产许可证发放的控制方面，应大幅度提高门槛。 对于电动车本身的动力和速度问题，则应通过技术改造，扩大电池的容量。由于目前电池的发展已经面临体积更小、重量更轻和容量更大的趋势，这个问题也不再是难题。而对于车速容易导致的安全隐患，则建议政府部门应制定相关的政策和标准，对刹车的性能和质量加以改进和控制。 此外，电动车“三包”尚无明确标准。从目前来看，电动车行业、各地行业协会出台的“三包”标准都有差异。有的小厂制定低于行业的标准，逃避售后服务的负担；有的却制定超过行业的标准，盲目地向用户作不负责的承诺。同时，随着近几年电动车的飞速发展，市场容量大，各地区情况各异，其政策和质量技术标准很难做到绝对一致。政府应制定相关的统一技术标准。 另外，对于近来消费者提出的电动车是否节能、是不是环保以及轻摩化电动车是否应该合法化的问题，陈明均表示，通过哈利斯顿的民意调查，100%的人都认为电动车是一个节能产品，90%以上的人认为电动车是环保产品。尤其当前，汽车工业耗油占石油消耗25%的情况下，取代燃油交通工具的电动车，对我国经济社会可持续发展至关重要。 而在电动车的管理上，今后可划分为“电动车”与“轻摩化电动车”两类。速度慢的一类仍比照自行车进行管理，而速度快的一类可比照摩托车进行管理。根据国家发展和改革委员会的节能中长期规划，交通节油是一个重要议题。其中，交通工具电动化、控制燃油型交通工具的使用总量是交通领域节约石油消耗的一项十分紧迫的任务。目前，我国摩托车保有量为1亿辆，摩托车的年耗油量约为经济型小轿车的20%，每辆摩托车以年行驶1万公里，每百公里油耗3升计算，每车每年油耗约为1050元；轻型电动车的百公里耗电约为1.5度，全年电费约为90元，比较起来，如果把全部摩托车都换成轻型电动车，每年累计可节约能源消费支出960亿元。 伴随着城市化进程，人们生活的交通距离不断扩大，庞大的自行车交通群体正面临分流至摩托车或小轿车。如果我国的电动自行车和轻型电动车保有量达到3亿辆，均利用夜间“谷电”时间充电，充电器平均功率100W，总容量达到3000万千瓦，相当于建了一个巨大的蓄能电站，相当于全国总装机量的6.8%和水电装机容量的27.7%，大幅度提高了电力资源的利用效率，有利于国民经济健康发展。1.4 本文研究的主要内容自电动车发展之初，电子技术一直是电动车发展方向的主导因素，也是电动车厂家利润的必争之地。一个电动车生产厂家如果生产了具有某种新增功能的电动车，它往往会在市场上抢占先机，获得较好的利润回报。因此，电动车行业激烈竞争最终演变成了电子产品功能的竞争，车载电子产品的水平在某种程度上决定了电动车的市场占有率，各个厂家都争相在车载电子产品的研发上加大力度。而这也是最近电子信息产业界对电动车空前关心的原因之一。在电动车众多电子器件中，电动车的里程与速度计作为电动车的基本必备电子器件之一具有不可替代的作用，它不仅能提供车辆行驶的具体参数，而且，在此基础上还可以提供超速报警等附加功能，使车辆的行驶更加安全。某种程度上，一款性能是否良好计算是否精确的里程和速度计可以看成是衡量这个电动车技术水平高下的标志之一。第二章 系统设计方案的确定2.1 电动车速度里程计原理分析以通用 MCS-51 单片机为处理核心，用传感器将车轮的转数转换为电脉冲，进行处理后送入单片机。里程及速度的测量，是经过 MCS-51 的定时/ 计数器测出总的脉冲数和每转一圈的时间，再经过单片机的计算得出，其结果通过 LCD 显示器显示出来。 本系统总体思路如下：假定轮圈的周长为 L，在轮圈上安装 m 个永久磁铁，则测得的里程值最大误差为 L/m。经综合分析，本设计中取 m=1。当轮子每转一圈，通过开关型霍尔元件传感器采集到一个脉冲信号，并从引脚 P3.2 中断 0 端输入，传感器每获取一个脉冲信号即对系统提供一次计数中断。每次中断代表车轮转动一圈，中断数 n 轮圈的周长为 L 的乘积为里程值。计数器 T1 计算每转一圈所用的时间 t，就可以计算出即时速度 v。当里程键按下时，里程指示灯亮，LCD 切换显示当前里程，与当速度键按下时，速度指示灯亮，LCD 切换显示当前速度，若自行车超速，系统发出报警信号，指示灯闪烁。 要求达到的各项指标及实现方法如下： 1. 利用霍尔传感器产生里程数的脉冲信号。 2. 对脉冲信号进行计数。 实现：利用单片机自带的计数器 T1 对霍尔传感器脉冲信号进行计数。 3. 对数据进行处理，要求用 LCD 显示里程总数和即时速度。 实现：利用软件编程，对数据进行处理得到需要的数值。最终实现目标：电动车的速度里程表具有里程、速度测试与显示功能，采用单片机作控制，显示电路可显示里程及速度。2.1.1 电动车周长计算 电动车里程=计数值*轮子周长电动车速度=轮子周长/每圈所用时间2.1.2 速度里程计设计原理电动车的速度里程表的硬件电路设计是基础部分，它包括信号的捕获、放大、整形，单片机的计算处理，数码管的实时显示和单片机外围基本电路的设计，两大主要器件就是传感器和单片机。传感器是获取自然或生产领域中信息的关键器件，是现代信息系统和各种设备不可缺少的信息采集工具。磁传感器是一种将磁学量信号转变为电信号的器件或装置。随着信息产业、工业自动化、医疗仪器等的飞速发展和计算机应用的普及，需要大量的传感器将被测或被控的非电信号转换成可与计算机兼容的电信号。作为输入信号，这就给磁传感器的快速发展提供了机遇，形成了磁传感器的产业。其中最具代表的磁传感器就是霍尔传感器，在自动检测系统中，利用霍尔传感器测转数是一种最基本的测量工作。所以本文采用的是霍尔传感器进行检测，对脉冲信号进行计数，这个指标的实现是单片机自带的计数器T0对霍尔传感器脉冲信号进行计数的。对数据进行处理，则用LCD显示里程总数以及速度，利用编程软件这个功能才能得以实现。2.2 单元电路设计方案论证2.2.1 MCU芯片比较与确定本次电动车里程速度计的设计采用单片机进行控制，在我们所学习的单片机原理及应用这门课的基础上，对选用何种单片机，有以下3种不同方案及其论证。方案一：采用8031单片机8031内部没有程序存储器，使用时用户需外接程序存储器和一片373锁存器。若用户要修改已写入到EPROM存储器中的程序，必须使用一种特殊的紫外线灯照射擦除后才能修改，但是不能确保写入到外接的程序存储器中的代码的保密性。方案二：采用8051单片机优点：片内有4kROM,不需要外接373锁存器和程序存储器。缺点：用户自己编写的程序不能写入其程序存储器中，只能交由芯片厂处理，且只能写入一次，之后无论用户还是芯片厂都不能对里面的内容进行改写。方案三：采用AT89S52单片机AT89S52单片机是一种低功耗、高性能的CMOS 8位微控制器，内置8KB可在线编程闪存。该器件采用Atmel公司的高密度非失易性存储技术生产，其指令与工业标准的80C51指令集兼容。片内程序存储器允许重复在线编程，允许程序存储器在系统内通过SPI串行口改写或用通用的非失易性存储器改写。通过把通用的8位CPU与可在线下载的Flash集成在一个芯片上，AT89S52便成为一个高效的微型计算机。它的应用范围广，可用于解决复杂的控制问题，且成本较低。综合AT89S52单片机的各种优点，本次设计选用AT89S52单片机进行控制。2.2.2 显示模块方案比较与确定目前我们常用的显示器有主要有LED显示模块和LCD显示模块两大类。方案一：发光二极管LED显示模块通常用来显示数字和状态。发光二极管根据制造材料的不同，可分为红、黄、紫等各种单色光，发光二极管可以有很多形式，应用最多的是七段发光二极管显示模块。由于它通常需要几个到几十个毫安的驱动电流才能发光，因此，每个显示模块必须用一个七位的驱动器才能正常工作。此外，由于显示的数字为BCD码，而七段数码管的显示模块为七段代码，所以在显示之前把BCD码转换成七段代码。 方案一：LCD显示模块 LCD显示模块件是一种新型的、被动的显示模块，它与其他显示模块件相比较，有体积小、低压微功耗、适合户外使用、显示信息大和无电磁辐射等优点。LCD本身不发光，只调节光的亮度。目前市场出售的LCD都是根据液晶的扭曲-向列效应原理制成的。这是一种电场效应。常用的液晶显示模块主要有段型和点阵式两大类。因此，本文采用LCD液晶显示器模块，既可以省电，也方便外出携带。 通过比较，针对本次设计的实际性能要求，方案二为本次设计最佳选择，即采用LCD显示模块。2.2.3 测速装置方案的比较与确定本次设计任务，系统核心设计在于要求对机动车行驶里程的统计和速度的计算，测速装置在机车控制系统中占有非常重要的地位，对测速装置的要求是分辨能力强、高精度和尽可能短的检测时间，所以重点在于测速装置的方案设计。发电机转速的检测方案可分成两类：用测速发电机检测或用脉冲发生器检测。测速发电机的工作原理是将转速转变为电压信号，它运行可靠，但体积大，精度低，且由于测量值是模拟量，必须经过A/D转换后读入计算机。脉冲发生器的工作原理是按发电机转速高低，转动时发出相应数目的脉冲信号。本设计按要求选择设计脉冲发生器，能够实现高性能检测。在此，提出三种方案，并作比较。 方案一：用干簧管实现里程计数。 所需器件：干簧管、永久磁铁、家用电子计算器、漆包线。原理 ：干簧管英文名为Reed Switches，又称磁簧开关或舌簧开关及磁控管，是一种磁敏的器件，无需外部电源供电。它的两个触点由特殊材料制成，被封装在真空的玻璃管里。只要用磁铁接近它，干簧管两个节点就会吸合在一起，使电路导通。常作为磁接近开关或继电器使用。它比一般机械开关结构简单、体积小、速度高、工作寿命长；而与电子开关相比，它又有工作可靠性高、抗负载、冲击能力强的特点，因此可作为传感器使用，用于计数，限位等等。在本方案中，干簧管作为数据输入装置。具体步骤：把一块永久磁铁固定在电动车车轮边沿某一位置。在车轮旁的车架上，某一固定位置固定一个干簧管。用漆包线把单簧管的两个引脚接出来，分别接到家用计算器的“=”号键下面电路板的两个引脚上。电路接通后为验证电路是否正常工作，在计算器中输入1+1，此时，让车轮转动一圈，如果计数器显示结果为2，再转一圈显示结果为3，则可确定线路工作正常。在电动车行驶前，测量好车轮的周长，然后在计算器内输入0+1。这样，磁铁每次经过干簧管，使干簧管吸合一次，所作的加法结果为车轮转动的圈数，经处理便可知道里程及速度11。方案二：用红外光电传感器实现里程计数所需器件：自制铝盘或码盘，红外光电传感器，漆包线。原理 ：光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为：发送器、接收器和检测电路。发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号3。使用直射式红外光电传感器当码盘旋转时,由于码盘的遮挡, 传感器将会输出一个低电平，而当没有物体挡在中间时则输出为高电平，信号处理电路将此变化的光信号转换为电脉冲信号，一个脉冲信号即表示车轮转过一个过孔。使用反射式红外光电传感器时，不同的反射面产生脉冲信号进行计数。红外光电转速测量装置,系统的硬件电路简单,测量转速范围较宽，且具有较高的测量精度,对于低转速的测量也有相当高的精度，可用于各行业转速的非接触式检测和控制中。具体步骤：在自行车后轮的轴处保持着与轮子旋转切面平行的方向延伸附加一个铝盘，在这个铝盘的边沿处挖出若干个圆形过孔，把传感器的检测部分放在圆孔的圆心位置，详细的硬件结构图如2.1所示。每当铝盘随着后轮旋转的时候，传感器将向外输出若干个脉冲。把这些脉冲通过一系列的波形整形成单片机可以识别的TTL电平，即可算出轮子即时的转速。图2.1 脉冲发生源硬件结构图（左为正视图，右为侧视图）方案三：用霍尔传感器实现里程计数所需器件：磁钢珠，霍尔传感器，漆包线。原理 ：霍尔传感器是利用霍尔效应实现磁电转换的一种传感器，它具有灵敏度高，线性度好，稳定性高、体积小和耐高温等特点，在机车控制系统中占有非常重要的地位。霍尔效应如图2.2所示，在一块半导体薄片上，其长度为l，宽度为b，厚度为d，当它被置于磁感应强度为B的磁场中，如果在它相对的两边通以控制电流I，且磁场方向与电流方向正交，则在半导体另外两边将产生一个大小与控制电流I和磁感应强度B乘积成正比的电势VH，即VH= kHIB，其中kH为霍尔元件的灵敏度。该电势称为霍尔电势，半导体薄片就是霍尔元件3。图2.2 霍尔效应现象这类元件可以分为两大类，一类是线性元件，另一类是开关类元件。开关型霍尔传感器内部有5个部分，即由稳压源、霍尔电势发生器、差分放大器、施密特触发器以及输出级组成。霍尔开关集成电路中的信号放大器将霍尔元件产生的幅值随磁场强度变化的霍尔电压UH放大后再经信号变换器、驱动器进行整形、放大后输出幅值相等、频率变化的方波信号。由于线性元件输出的是线性变化的信号，需外加电路整形和电压比较，故选用集成的开关式霍尔传感器，图2.3为开关式霍尔传感器内部自带脉冲整形图10。图2.3 施密特触发器对脉冲的整形具体步骤：把磁钢安装在内轮钢圈上，注意传感器对磁钢的极性灵敏度不同，应使反应灵敏的一面朝向传感器。用尼龙扎带固定霍尔传感器感应器安装到车轮Y型夹叉上，感应头部份正对磁钢，相距2-3毫米。这样圆盘每转一周，当磁钢转到正对着霍尔传感器时，霍尔元件输出低电平，其他时间输出为高电平。把该脉冲作为外部中断的信号源，启动单片机定时器中断。综上所述，干簧管实现里程计数容易受到震动温度潮湿度的等外界因素的影响，误差较大；红外光电对管需要附加码盘形成测速装置，增加硬件设备，并且红外光电对管反应时间长容易产生丢失脉冲的现象；故本设计采用霍尔传感器作为测速装置的核心芯片，针对实际情况设置输出车轮的周长，更符合用户对可操作性和实用性的要求。2.2.4 最终方案的确定及系统框图当里程键按下时，LCD切换显示当前里程，与当速度键按下时，LCD切换显示当前速度，若自行车超速，系统发出报警信号，指示灯闪烁。要求达到的各项指标及实现方法如下：1. 利用霍尔传感器产生里程数的脉冲信号。2. 对脉冲信号进行计数。实现：利用单片机自带的计数器T1对霍尔传感器脉冲信号进行计数。3. 对数据进行处理，要求用LCD显示里程总数和即时速度。实现：利用软件编程，对数据进行处理得到需要的数值。最终实现目标：电动车的速度里程表具有里程、速度测试与显示功能，采用单片机作控制，显示电路可显示里程及速度。在设计中选用的是AT89S52单片机，该系统的硬件系统框图如图2.4所示。声光报警电路AT89S52电源电路键盘电路霍尔传感器时钟电路脉冲信号AT24C02储存电路复位电路PCD8544显示电路图2.4 硬件系统框图第三章 系统硬件设计3.1 单片机主控模块13.1.1 主控芯片的介绍AT89S52芯片AT89S52单片机是一种低功耗高性能的CMOS 8位微控制器，内置8KB可在线编程闪存。该器件采用Atmel公司的高密度非失易性存储技术生产，其指令与工业标准的80C51指令集兼容。片内程序存储器允许重复在线编程，允许程序存储器在系统内通过SPI串行口改写或用通用的非失易性存储器改写。AT89S52有以下主要性能：l 与MCS-51单片机产品兼容 8K字节在系统可编程Flash存储器l 全静态操作：0Hz33Hz 1000次擦写周期l 三级加密程序存储器 32个可编程I/O口线l 三个16位定时器/计数器 8个中断源l 全双工UART串行通道 低功耗空闲和掉电模式l 掉电后中断可唤醒 看门狗定时器l 双数据指针 掉电标识符8K字节Flash闪速存储器，256字节内部RAM，32个I/O口线，3个16位定时/计数器，一个6向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器以及时钟电路。同时，AT89S52可降至0 Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM、定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但震荡器停止工作并禁止其他所有工作直到下一个硬件复位。AT89S52的主要管脚分布如图3.1所示，其功能如下：图3.1 AT89S52引脚图各引脚功能简介VCC：电源电压GND：接地P0口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对PO端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用，在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在Flash编程时，P0口也用来接受指令字节，在程序校验时，输出指令字节，此时需要外部上拉电阻。P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。此外，P1.0和P1.2分别作为定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX）,具体如下表所示；在Flash编程 和校验时，P1口接收低8位地址字节。表3.1 P1口引脚复用功能引脚号复用功能P1.0T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出P1.1T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.5MOSI（在系统编程用）P1.6MISO（在系统编程用）P1.7SCK （在系统编程用）P2口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。此时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器时，P2口送出高八位地址。在这种应用中，P2口实用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在Flash编程和校验时，P2口也接受高八位地址字节和一些控制信号。P3口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P3输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。此时被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。P3口亦可作为AT89S52特殊功能使用，如表3.2所示；在Flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。表3.2 P3口引脚特殊功能引脚号特殊功能P3.0RXD (串行输入)P3.1TXD（串行输出）P3.2外部中断0P3.3外部中断1P3.4TO（定时器0外部输入）P3.5T1（定时器1外部输入）P3.6外部数据存储器写选通P3.7外部数据存储器读选通3.1.2 主控电路的设计RST：复位输入。晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR（地址8E11）上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO状态下，复位高电平有效。ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。 如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置 “1”，ALE操作将无效。这一位置 “1”，ALE仅在执行MOVX或MOVC指令时有效。否则，ALE将被微弱拉高。这个ALE使能标志位（地址为8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。 PSEN：外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。 当AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。 EA/VPP：访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND。 为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。