自行车测速系统设计毕业设计论文

目录第一部分设计任务与调研 (2)第二部分设计说明 (4)第三部分设计成果 (18)第四部分结束语 (21)第五部分致谢 (22)第六部分参考文献 (23)第一部分设计任务与调研1.设计主要任务及内容本课题主要任务是利用霍尔元件、单片机等部件设计一个可用LED数码管实时显示里程和速度的自行车的速度里程表。

本文主要介绍了自行车的速度里程表的设计思想、电路原理、方案论证以及元件的选择等内容，整体上分为硬件设计和软件部分设计。

本文首先扼要对该课题的任务进行方案论证，包括硬件方案和软件方案的设计；继而具体介绍了自行车的速度里程表的硬件设计，包括传感器的选择、单片机的选择、显示电路的设计；然后阐述了该自行车的速度里程表的软件设计，包括数据处理子程序的设计、显示子程序的设计；最后对本次设计进行了系统的总结。

具体的硬件电路包括AT89C52单片机的外围电路以显示电路等。

软件设计包括：芯片的初始化程序、定时中断采样子程序、显示子程序等，软件采用汇编语言编写，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。

2.设计的思路和方法本设计的任务是：以通用MCS-52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-52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LED显示器显示出来。

本系统总体思路如下：假定轮圈的周长为假定轮圈的周长为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和周长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，LED切换显示当前里程当速度键按下时，速度指示灯亮，LED切换显示当前速度。

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LED显示里程总数和即时速度。

3.调研的目的和总结实现：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：自行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。

第二部分设计说明1.理论分析自行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。

目前，单片机被广泛的应用于测控系统、工业自动化、智能仪表、集成智能传感器、机电一体化产品、家用电器领域、办公自动化领域、汽车电子与航空航天器电子系统以及单片机的多机系统。

”。

传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

它是实现自动检测和自动控制的首要环节。

传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件如光、热、湿度）或化学组成（如烟雾），并将探知的信息传递给其他装置或器官。

它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、交通运输、电力电子技术、办公自动化、家用电器、医疗仪器等等的飞速发展和计算机应用的普及，需要大量的传感器将需进行测量和控制的非电量，转换成可以与计算机兼容的信号，作为他们的输入信号，这就给磁传感器的快速发展提供了机会，形成了相当可观的磁传感器产业。

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，霍尔传感器是一种基本的测量工具。

2.设计方案自行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。

目前，单片机被广泛的应用于测控系统、工业自动化、智能仪表、集成智能传感器、机电一体化产品、家用电器领域、办公自动化领域、汽车电子与航空航天器电子系统以及单片机的多机系统等领域。

本次设计的系统的原理框图如图2-1所示。

图2-1 系统的原理框图2.1传感器的选择测速，首先要解决是采样的问题。

使用单片机进行测速，可以使用简单的脉单片机中进行计算，即可获得转速的信息。

常用的测速元件有霍尔传感器、光电传感器和光电编码器。

里程测量传感器的选择也有以下几种方案：使用光敏电阻对里程进行测量、利用编码器对车轮的圈数进行测量、利用霍尔传感器对里程进行测量、利用干簧管传感器测量里程。

光敏电阻对光特别敏感，当白天行驶时，外界光源将导致光敏电阻发出错误信号；光敏电阻的要求相当高，如果光敏或发光二极管被泥沙或灰尘所覆盖，光敏电阻就不能再进行准确测量；而编码器必须安装在车轴上，安装较为复杂；霍尔元件或干簧管不但不受天气的影响，即使被泥沙或灰尘覆盖也不会有影响，而且安装方便。

所以本设计采用霍尔元件对里程与速度进行测量，既简单易行，又经济适用。

传感器及其测量系统本次设计信号的捕获采用的是霍尔传感器。

霍尔器件具有许多优点，它们的结构牢固、体积小、重量轻、寿命长、安装方便、功耗小、频率高（可达1MHz）、耐震动、不怕灰尘、油污、水汽及烟雾等的污染或腐蚀。

霍尔线性器件的精度高、线性度好；霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高。

取用各种补偿和保护措施的霍尔器件工作温度范围宽，可达－55℃～150℃。

按照霍尔器件的功能可将它们分为：霍尔线性器件和霍尔开关器件，前者输出模拟量，后者输出数字量。

按被检测对象的性质可将它们的应用分为：直接应用和间接应用。

前者是直接检测出受检测对象本身的磁场或磁特性，后者是检测受检对象上人为设置的磁场，用这个磁场来作被检测的信息的载体。

通过它，将许多非电、非磁的物理量例如力、力矩、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等，转变成电量来进行检测和控制。

使用霍尔传感器获得脉冲信号，其机械结构也可以做得较为简单，只要在转轴的齿轮盘上粘上一粒磁钢，霍尔元件固定在前叉上，当车子转动时霍尔元件靠近磁钢，就有信号输出，转轴旋转时，就会不断地产生脉冲信号输出。

如果在齿轮盘上粘上多粒磁钢，可以实现旋转一周，获得多个脉冲输出。

在粘磁钢时要注意，霍尔传感器对磁场方向敏感，安装之前可以先手动接近一下传感器，如果没有信号输出，可以换一个方向再试。

这种传感器不怕灰尘、油污，在工业现场应用广泛。

霍尔传感器是对磁敏感的传感元件，常用于信号采集的有A44E，该传感器是一个3端器件，外形与三极管相似，只要接上电源、地，即可工作。

使用非常方便。

2.2霍尔传感器的测量原理霍尔传感器是利用霍尔效应制成的一种磁场传感器。

在置于磁场中的导体或半导体通入电I，若电流垂直磁场B，则在与磁场和电流都垂直的方向上会出现一个电势差Uh，这种现象称为霍尔效应。

利用霍尔效应制成的元件称为霍尔元件。

因为它具有结构简单、频率响应宽、灵敏度高、测量线性范围大、抗干扰能力强以及体积小、使用寿命长等一系列特点，因此被广泛应用于测量、自动控制及信息处理等领域。

集成开关型霍尔传感器 A44E集成霍尔开关由稳压器A、霍尔电势发生器(即硅霍尔片)B、差分放大器 C、施密特触发器D和OC门输出E五个基本部分组成。

它的三个引线分别代表集成霍尔开关的三个引出端点。

在电源端加电压Vcc，经稳压器稳压后加在霍尔电势发生器的两端，根据霍尔效应原理。

3.1单片机最小系统设计3.1.1 AT89c52单片机简介AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。

主要功能特性：单片机内部结构示意图如图2-2所示。

图2-2单片机内部结构示意图（1）单片机管脚介绍AT89C52提供以下标准功能：8字节Flash闪烁存256字节内部RAM，32个I/O口线，3个16位定时/计数器，6个中断源，一个全双工串行通信口，片内具有振荡器及时钟电路。

AT89C52管脚图如图2-3所示。

图2-3管脚图所示定时/计数器串行口C P U中断系统串行口存储器TXDRXD P0—P3（2）单片机引脚功能表2-1 P1和P0的引脚功能表2-2 P3口引脚与第二功能（3）单片机中断系统介绍中断是指当计算机执行正常程序时，系统中出现某些急需处理的事件，CPU 暂时中止当前的程序，转去执行服务程序，以对发生的更紧迫的事件进行处理，待处理结束后，CPU自动返回原来的程序执行。

AT89C52系列单片机的系统有6个中断源，2个优先级，可实现二级中断服务嵌套。

由片内特殊功能寄存器中的中断允许寄存器IE控制CPU是否响应中断请求；由中断优先级寄存器IP安排各中断源的优先级；同一优先级内各中断源同时提出中断请求时，由内部的查询逻辑确定其响应次序。

采用的外部中断方式包括外部中断0和外部中断1，它们的中断请求信号分别由单片机引脚0INT/P3.2和1INT/P3.3输入。

外部中断请求有两种信号方式：电平触发方式和脉冲触发方式。

电平触发方式的中断请求是低电平有效。

只要在0INT和1INT引脚上出现有效低电平时，就激活外部中断方式。

脉冲触发方式的中断请求则是脉冲的负跳变有效。

在这种方式下，在两个相邻机器周期内，0INT和1INT引脚电平发生变化，即在第一个机器13期内为高电平，第二个机器周期内为低电平，就激活外部中断。

由此可见，在脉冲方式下，中断请求信号的高电平和低电平状态都应至少维持一个机器周期，以使CPU采样到电平状态的变化，本次设计所采用的触发方式为脉冲触发方式。

（4）单片机定时器/计数器功能介绍AT89C52单片机定时器/计数器的工作由两个特殊功能寄存器控制。

TMOD用于设置其工作方式；TCON用于控制其启动和中断请求。

1.工作方式寄存器TMOD 工作方式寄存器TMOD用于设置定时/计数器的工作方式。

GATE：门控制。

GATE=0时，只要用软件使TCON中的TR0或TR1为1，就可以启动定时/计数器工作；GATE=1时，要用软件TR0或TR1为1，同时外部中断引脚 0INT或1INT也为高电平时，才能启动定时/计数器工作。