自行车计速器的设计

自行车计速器的设计自行车计速器的设计 一 背景 自行车是一种普遍使用的交通工具 也是健身的重要器材 自行车计速器是自行 车的一种十分实用的器件 现在市面上非常的普遍 按设计原理分成基于 GPS 定位和 基于霍尔传感器 2 种 基于 GPS 定位的计速器 1 用于户外 根据自行车在单位时间间隔的不同位置确定自行车的速度 2 误差大 由于民用的 GPS 定位精度 3 15 米 基于 GPS 定位的计速器误差一般 大于 1 米 秒 3 高度集成于导航仪内部 4 智能手机通过联网也可 GPS 定位 目前有很多安卓平台下的计速软件 5 价格 0 1000 元左右 如果是下载安卓平台下的计速软件 成本就是 0 当然 由于 GPS 产生的流量费另计 价位高的一般也有地图显示等功能 基于霍尔传感器的计速器 1 场地不限 根据自行车车轮在单位时间间隔转过的圈数确定自行车的速度 2 误差小 误差主要由车轮的圆度决定 市面上成熟产品的误差在 0 1 米 秒内 3 感触式设计 将磁体器固定于车轮 感应线圈固定于车的支架 4 结合单片机 体积小 市面上产品一般是锂电池或者 7 号碱性电池供电 5 价格 10 100 元左右 价位与更多的集成功能 例如同时测温 多数据保持等 有关 二 对不同人群所需的功能分析 一般非专业人员骑自行车是用于锻炼身体 对速度的要求低 误差在 1 米 秒左右 的速度并没有多少在意 所以对这个人群很多安卓平台下的计速软件以 0 成本拥有极 大的优势 如果基于霍尔传感器的计速器类型要在此处站稳 一定要足够的物美价廉 专业人员或者室内锻炼骑自行车的人员 骑自行车是不仅是锻炼身体 对速度的 要求高 误差在 0 1 米 秒甚至更低 基于霍尔传感器的计速器类型可有用武之地 但 一定要足够的强大 经常要集成很多的功能 自行车计速器功能 1 核心功能计速 2 可附加功能 测环境温度 测体重 保存测速过程数据 保存多次测速的数据 与电脑或者上位机通信 3 功耗低 让 1000mAH 充电锂电池满电可以使用 20 小时以上 4 精度高 测速范围 0 100 米 秒 误差在 0 1 米 秒甚至更低 5 工作环境广 温度范围 40 摄氏度 100 摄氏度 防水 防摔 三 自行车计速器的外型设计 1 如果面向低端用户 采用工程塑料 体积以小于普通 3 寸手机为限度 如果面向 高端用户 可采用金属 增加耐用性 同时保证防水 防摔 防尘和强的抗干扰性 2 计速器的显示可用数码管 LCD 或者 LED 数码管显示面向低端用户 LCD 或者 LED 显示则面向高端用户 同时界面设计要人性化 显示速度的区域占最大面积 同时显示里程 时间 温度等 界面设计可参考市面上同类产品 3 下位机部分体积小巧坚固 上位机软件实用 功能完整 下位机负责显示速度 里程和时间这些让骑行人员一目了然的量 上位机可显示一切设计的测量量 包括 时间 速度曲线 里程 温度 人员信息 计算不同时期骑行所反映的身体变化 4 器件的固定 磁体采用不锈钢螺丝和螺母固定于车的辐条 为了平衡和增加测量 精度 可考虑用 2 块磁体 计速器的显示部分固定于车把 方便骑行人员观看 5 下位机与上位机的通信 在项目时间比较充足的情况下 可考虑用无线通信 距 离 1000 米内 由于无线通信增加了发射与接收装置 成本增加 当然产品的实用 性也增强 四 可行性分析 1 技术成熟 自行车计速器已经大面积的普及 不存在高的技术门槛 主要的发 展方向是低价化和更多功能集成化 甚至可以在网站上找到完整的实现代码 总体实 现的难度很小 2 成本低廉 基于霍尔传感器的自行车计速器的核心仅仅需要最普通的单片机 例如 80C51 就可以实现 霍尔传感器 数码管 LCD 或者 LED 显示器也是非常常见的 电子器件 大批量购买价格都在 10 元以下 3 要突出产品的特色 一是精度更高 可在增加磁体的数量 更高精度的霍尔传 感器方面考虑 二是更多功能 可增加温度测量 三是智能化 可增加上位机 一上 位机同时检测多个的下位机 具体的设计具体的设计方案方案 以 AT89C51 单片机为处理核心 用 A44E 集成开关型霍尔传感器将车轮的转 数转换为电脉冲 转变成标准信号后 送入单片机计算处理 速度和里程的测 量 是经过 AT89C51 单片机的定时 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 并采用 CAT24WC32 实现在系统掉电的时候保存速度和里程信息 一 系统总体思路一 系统总体思路 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 4 当轮子每转一圈 通过开关型霍尔 元件传感器采集到 4 个脉冲信号 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 1 4 圈 中断数 n 4 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 并有液晶显示器对速度和里程进行同时显示 若自行车超速 100 千米 小时 系统发出报警信号 指示灯亮 蜂鸣器发出报警声音 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 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 根据车轮半径 脉冲信号时间计算出速度等参数 二 系统构建二 系统构建 硬件设计 电源电路 转速传感器检测电路 单片机最小系统电路以及 LCD 显示电路 固定支架等 软件设计 下位机软件采用 keil C51 语言编写 上位机软件采用 C 语言 编写 软件设计的思想主要是自顶向下 模块化设计 各个子模块逐一设计 系统组成框图如图