基于单片机的自行车里程表设计论文附程序

自行车里程表

设计论文

【摘要】以AT89S52型单片机为核心，实时测量并显示自行车行驶过程中的各项参数。

【关键词】单片机LCD干簧管累计里程速度

【作品要求】

设计一个可以适用自行车的轻便、省电、全天候野外使用的自行车里程表。（1）基计要求

总里程〈999.99km；

可以轮流显示或选择显示（用十进制数）：

里程——当前行驶里程；

速度——当前平均速度km/h；

最大速度——本次行驶中的最大速度；

时间——当前行驶累计时间，时、分、秒；

电源不高于5V，体积小、结构可靠，便于安装及使用。

（2）发挥部分

可以显示最大加速度；用可编程器件实现；用单片机实现

【方案设计与讨论】

1.速度测量原理

测量自行车的速度的原理有两种：

1)测量一定时间间隔t1里自行车车轮转过的圈数qs。假设车轮周长为tc，

则速度V=tc*qs/t1

2)测量自行车车轮转过一圈的时间t2，则速度V=tc/t2

本里程表是根据原理2计算速度的。

2.传感器的选择

1)红外对管。把红外对管分别安装在自行车车轮的两侧，当车轮转动时，

辐条会阻挡红外对管的光路，接收管输出低电平，单片机根据此信号可

计算里程、速度等。红外对管的优点是测量精度高，缺点是安装比较复

杂和容易受外来光线、灰尘等的影响。

2)开关型霍尔传感器。霍尔传感器是利用霍尔效应把磁输入信号转换成电

信号的器件。把开关型霍尔传感器安装在自行车贴近车轮的支架上，磁

钢安装在辐条上，当磁钢靠近霍尔传感器的时候，传感器输出一个无抖

动的低电平，单片机根据此信号可计算里程、速度等。霍尔传感器的优

点是稳定和安装简易，缺点是成本较高。

3)干簧管。干簧管是一种磁敏的有触点无源电子开关元件，应用在里程表

上的原理与开关型霍尔传感器类似，把干簧管安装在自行车贴近车轮的

支架上，磁钢安装在辐条上，当磁钢靠近霍尔传感器的时候，干簧管闭

合，单片机根据此信号可计算里程、速度等。干簧管的优点是成本低廉

和安装简易，缺点是比较脆弱和不够稳定。

本里程表选用干簧管作为传感器。给干簧管套上废弃笔杆，可克服其脆弱的缺点；软件防抖可克服其不够稳定的缺点。

3.显示模块的选择

1)动态扫描LED数码管显示。里程表的显示内容以数字为主，利用LED

数码管可基本满足使用要求，且成本较低。但是用动态扫描的方式驱动

数码管，亮度太低，在阳光下几乎看不见显示内容，失去使用价值。

2)串行静态LED数码管显示。把单片机的串行口设置为方式0（同步移位

寄存器），输出显示信息，可实现LED数码管的静态显示，其亮度令人

满意。但由于要使用74HC164/74LS164串并转换芯片驱动LED数码管，因此会带来体积大、成本高、功耗高等的缺点。

3)LCD液晶显示模块。液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富

等特点，现在字符型液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的信

息显示器件了。

本里程表使用1602 LCD作为显示模块。

【功能描述】

以AT89S52型单片机为核心，实时测量并显示自行车行驶过程中的各项参数，包括当前行驶累计时间、当前行驶累计里程（m/km自动调整）、当前速度（km/h）、最大速度（km/h）、平均速度（km/h）、加速度（m/s2）、当前时间等，各参数分屏显示。可更改自行车轮胎直径，适应不同的自行车，通用性好。本里程表具有时钟功能，不安装在自行车上时也可作为时钟使用，实用性高。

【操作说明】

里程表板面如上图所示，包括电源2pin排针、干簧管3pin排针、液晶显示器、液晶背光开关、电源开关、电源LED指示灯、功能按钮SW1-SW5、Reset 按钮。

接通电源或按Reset后，显示欢迎画面：

DigitalBikeMeter

Welcome….

2秒后进入时钟设置画面：

Set Time

00:00:00

按SW1-SW3调整时钟后，按SW4确认。

接着进入自行车轮胎半径设置画面：

Set Bike Tire L=

55cm

默认设置为55cm，对应22英寸自行车轮胎半径。

按SW1、SW2调整轮胎直径后，按SW4确认，里程表开始工作。

各项参数分成四屏选择显示，按动SW5（Disp）按以下次序进行切换：

【结构框图】

系统由干簧管、设置选择模块、显示模块、蜂鸣器模块、供电模块和单片机小系统构成。由设置选择模块选择显示模式后，单片机实时采集、处理后显示。

【具体硬件电路及工作原理】

S:：

当前行驶累计里程（单位自动调整） S<1000m,格式xxx.x m, S>1000m,格式xxx.xx km ） Time ：当前行驶累计时间

V: 当前速度（km/h ） Vm: 最大速度（km/h ）

Va: 平均速度（km/h ） a: 加速度（m/s2）

Time Now 当前时间

里程、速度、加速度等都是由干簧管测量。已知自行车轮胎的直径tl，轮子每转动一圈，安装在车轮辐条上的磁钢接近干簧管一次，干簧管闭合，送一个下降沿信号给单片机的外部中断0，产生一次中断，圈数qs加1。两个相邻的下降沿信号的时间由单片机定时器1计时（设为ssj），那么计算累计里程S和当前速度V的公式为：

S=tl*3.14*qs V=tl*3.14/ssj

若速度大于28.8km/h（8m/s）则P2.4输出低电平，蜂鸣器报警，提示速度过大。处理速度数据时同时刷新最大速度及计算Vm、平均速度Va、加速度a。

单片机定时器0定时时间为50ms，每20次刷新系统时钟及计算累计行驶时间。

【相关元器件及其简介】