自行車(chē)測(cè)速儀

1、多用途自行車(chē)測(cè)速儀甘肅廣播電視大學(xué)農(nóng)墾河西分校 陳會(huì)香一、設(shè)計(jì)背景隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展， 科學(xué)技術(shù)水平的提高， 人民生活水平的日益提高。 在滿(mǎn)足人們生存的 基本需求之后， 越來(lái)越多的人將目光投向了健康且活力的生活方式，于是健身，休閑的概 念也越來(lái)越深入人心。自行車(chē)， 在中國(guó)是一種普及范圍極廣的代步工具，而在國(guó)外，卻是一 種廣受歡迎的健身方式。它的普及，廉價(jià)，易操作，便捷，無(wú)污染，使它成為一種老少皆宜 的健身，休閑方式。 而在今日的中國(guó)，也出現(xiàn)了越來(lái)越多的自行車(chē)運(yùn)愛(ài)好者。對(duì)于一名自行 車(chē)愛(ài)好者，他 / 她必然十分想知道自己的運(yùn)動(dòng)效果究竟如何，想要知道自己關(guān)于速度，里程 的具體數(shù)字， 并根據(jù)外界的條件來(lái)

2、適當(dāng)調(diào)整自己的運(yùn)動(dòng)健身計(jì)劃。 而在平時(shí)使用自行車(chē)以代 步時(shí)，本多用途測(cè)速儀還可以用來(lái)顯示時(shí)鐘信息， 使兩手扶車(chē)把的騎行者可以輕易看到當(dāng)前 時(shí)間。當(dāng)前的自行車(chē)市場(chǎng)上，僅有高檔的專(zhuān)用于競(jìng)賽的自行車(chē)有類(lèi)似裝置，然而廣大自行車(chē)愛(ài) 好者， 及有意向通過(guò)這一廉價(jià)便捷方式進(jìn)行， 專(zhuān)門(mén)購(gòu)買(mǎi)昂貴自行車(chē)設(shè)備是不現(xiàn)實(shí)的， 為了滿(mǎn) 足群眾的愿望以及巨大的市場(chǎng)，此類(lèi)多用途自行車(chē)測(cè)速儀必然以其的平民身份而廣受青睞。二、設(shè)計(jì)功能簡(jiǎn)介1. 對(duì)自行車(chē)進(jìn)行實(shí)時(shí)速度的測(cè)量，顯示出速度值。2. 能針對(duì)不同的車(chē)型進(jìn)行選擇，從而采用不同的模塊進(jìn)行測(cè)量。3. 能測(cè)量出當(dāng)前環(huán)境的溫度，以供使用者決定是否適宜進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。4. 顯示當(dāng)前日期時(shí)間，

3、為 24 小時(shí)制時(shí)鐘，可以任意設(shè)定當(dāng)前工作時(shí)間。5. 顯示行車(chē)?yán)锍?，記錄范圍?999.9Km6. 根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)，速度計(jì)算卡路里消耗值。7. 所有數(shù)據(jù)都可在一塊 LCD屏上顯示三、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)：系統(tǒng)框架圖： （如圖 1 所示）工作流程如下：首先，通過(guò)傳感器對(duì)外部物理量進(jìn)行測(cè)量，再將物理信號(hào)通過(guò)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)濾波及 放大電路輸入單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)所輸入的電信號(hào)進(jìn)行處理、分析，最終輸出顯示。系統(tǒng)分多個(gè)模式，可以顯示車(chē)速，距離，環(huán)境溫度，也可顯示當(dāng)前時(shí)間。整個(gè)系統(tǒng)采用自發(fā)電方式， 通過(guò)收集自行車(chē)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的動(dòng)能， 轉(zhuǎn)化為電能， 再經(jīng)整流， 濾波，放大等方式最終輸出為5V 直流電，供給整個(gè)系統(tǒng)。本設(shè)

4、計(jì)中用到的主要部件包括單片機(jī)（MSC51-89S52 DS12887）時(shí)鐘芯片、DS18B20溫度傳感器、開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器A04E,液晶顯示模塊 XXX四、系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)（一）MSC51-89S52 單片機(jī)本系統(tǒng)將采用一片經(jīng)典的 51 系列單片機(jī)中的 MSC51-89S52。1. STC89C52單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)STC89C52單片機(jī)是把那些作為控制應(yīng)用所必需的基本內(nèi)容都集成在一個(gè)尺寸有限的集 成電路芯片上。如果按功能劃分，它由如下功能部件組成，即微處理器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序 存儲(chǔ)器、并行I/O 口、串行口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器。它們都是通 過(guò)片內(nèi)單一總線(xiàn)連接而成，其基本結(jié)構(gòu)依舊

5、是 CPU加上外圍芯片的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式。但對(duì)各種功能部件的控制是米用特殊功能寄存器的集中控制方式。（1 ）微處理器該單片機(jī)中有一個(gè) 8位的微處理器，與通用的微處理器基本相同， 同樣包括了運(yùn)算器和 控制器兩大部分，只是增加了面向控制的處理功能， 不僅可處理數(shù)據(jù)，還可以進(jìn)行位變量的 處理。（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器片內(nèi)為128個(gè)字節(jié)，片外最多可外擴(kuò)至 64k字節(jié)，用來(lái)存儲(chǔ)程序在運(yùn)行期間的工作變量、 運(yùn)算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標(biāo)志位等，所以稱(chēng)為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。（3）程序存儲(chǔ)器由于受集成度限制，片內(nèi)只讀存儲(chǔ)器一般容量較小，如果片內(nèi)的只讀存儲(chǔ)器的容量不夠，則需用擴(kuò)展片外的只讀存儲(chǔ)器，片外最多可外擴(kuò)至64k字節(jié)。（

6、4）中斷系統(tǒng)具有5個(gè)中斷源，2級(jí)中斷優(yōu)先權(quán)。（5）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器片內(nèi)有2個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器， 具有四種工作方式。（6）串行口1個(gè)全雙工的串行口， 具有四種工作方式。 可用來(lái)進(jìn)行串行通訊， 擴(kuò)展并行I/O 口，甚 至與多個(gè)單片機(jī)相連構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)，從而使單片機(jī)的功能更強(qiáng)且應(yīng)用更廣。（7）P1 口、P2 口、P3 口、P4 口為4個(gè)并行8位I/O 口。（8）特殊功能寄存器共有21個(gè)，用于對(duì)片內(nèi)的各功能的部件進(jìn)行管理、控制、監(jiān)視。實(shí)際上是一些控制寄 存器和狀態(tài)寄存器，是一個(gè)具有特殊功能的RAM區(qū)。由上可見(jiàn)，STC89C52單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)具有功能部件種類(lèi)全，功能強(qiáng)等特點(diǎn)。特別值得 一提的是該單片

7、機(jī) CPU中的位處理器，它實(shí)際上是一個(gè)完整的1位微計(jì)算機(jī)，這個(gè)一位微計(jì)算機(jī)有自己的 CPU位寄存器、I/O 口和指令集。1位機(jī)在開(kāi)關(guān)決策、邏輯電路仿真、過(guò) 程控制方面非常有效；而 8位機(jī)在數(shù)據(jù)采集，運(yùn)算處理方面有明顯的長(zhǎng)處。MCS-51單片機(jī)中8位機(jī)和1位機(jī)的硬件資源復(fù)合在一起，二者相輔相承，它是單片機(jī)技術(shù)上的一個(gè)突破，這也是MCS-51單片機(jī)在設(shè)計(jì)的精美之處。車(chē)輪速度傳感單片機(jī)系統(tǒng)溫度傳感器數(shù)據(jù)處理并顯示電源2#圖1系統(tǒng)框架圖#3DALLAS霊爾元件和磁鋼“X I l'<7 W、-TO-92 (DS 18BC2O)- -霍爾元件和磁場(chǎng)關(guān)系圖3霍爾傳感器2、復(fù)位電路89S52的復(fù)

8、位是由外部的復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位引腳RST通過(guò)一個(gè)斯密特觸發(fā)器用來(lái)抑制噪聲，在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2,斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號(hào)。復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。最簡(jiǎn)單的上電自動(dòng)復(fù)位電路中上電自動(dòng)復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)的。只要Vcc的上升時(shí)間不超過(guò) 1ms,就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位。時(shí)鐘頻率用6MHZ寸C取22uF,R取1KQ。除了上電復(fù)位外，有時(shí)還需要按鍵手動(dòng)復(fù)位。本設(shè)計(jì)就是用的按鍵手動(dòng)復(fù)位。按鍵手動(dòng) 復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復(fù)位是通過(guò)RST端經(jīng)電阻與電源 Vcc接 通而實(shí)現(xiàn)的。按鍵手動(dòng)復(fù)位電路

9、見(jiàn)圖。時(shí)鐘頻率選用6MHZ寸，C取22uF,Rs取200Q, FK取1KQ。（二）時(shí)鐘芯片 DS1302DS1302是美國(guó)DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，附加31字節(jié)靜態(tài)RAM采用SPI三線(xiàn)接口與CPUS行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的 時(shí)鐘信號(hào)和RAM數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)時(shí)鐘可提供秒、分、時(shí)、日、星期、月和年，一個(gè)月小與31天時(shí)可以自動(dòng)調(diào)整，且具有閏年補(bǔ)償功能。工作電壓寬達(dá)2.55.5V。采用雙電源供電（主電源和備用電源），可設(shè)置備用電源充電方式，提供了對(duì)后背電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。DS1302的外部引腳分配如圖 1所示及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 2所示。DS1302用于

10、數(shù)據(jù)記錄，特別是 對(duì)某些具有特殊意義的數(shù)據(jù)點(diǎn)的記錄上，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與出現(xiàn)該數(shù)據(jù)的時(shí)間同時(shí)記錄，因此廣泛應(yīng)用于測(cè)量系統(tǒng)中。（三）溫度傳感器 DS1820DSI820數(shù)字溫度計(jì)提供9位（二進(jìn)制）溫度讀數(shù)指示器件的溫度信息經(jīng)過(guò)單線(xiàn)接口送入 DSI820或從DSl820送出因此從主機(jī) CPU到DSl820僅需一條線(xiàn)（和地線(xiàn)）DSI820的電源可以 由數(shù)據(jù)線(xiàn)本身提供而不需要外部電源因?yàn)槊恳粋€(gè)DSl820在出廠(chǎng)時(shí)已經(jīng)給定了唯一的序號(hào)因此任意多個(gè)DSl820可以存放在同一條單線(xiàn)總線(xiàn)上這允許在許多不同的地方放置溫度敏感器件DSI820的測(cè)量范圍從-55到+ 125增量值為0.5可在I s（典型值）內(nèi)把溫度變換成

11、數(shù)字。 由于DS1820采用單總線(xiàn)結(jié)構(gòu)因此外圍電路非常簡(jiǎn)單，通過(guò)一上拉電阻R5即可與單片機(jī)相連。這里我們將 DS1820的數(shù)據(jù)引腳DQ與單片機(jī)的T0 口（即P3.4 ）相連，通過(guò)這條數(shù) 據(jù)線(xiàn)接收溫度測(cè)量值。（四）開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器 A04E霍爾傳感器的外形圖和與磁場(chǎng)的關(guān)心如圖3所示，磁場(chǎng)有磁鋼提供，所以霍爾傳感器和磁鋼需要配對(duì)使用。開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器可以用于轉(zhuǎn)速檢測(cè)與控制將A04E要安裝到車(chē)上，所以事先最好準(zhǔn)備一個(gè)易彎曲的鐵片用螺母將其與連接然后在固 定于車(chē)上，這樣可以保證 A04E在車(chē)子行駛過(guò)程中不發(fā)生晃動(dòng)。（五）、液晶顯示由于現(xiàn)在的液晶模塊應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，也可以用數(shù)碼管作為使用媒介。（六）、

12、卡路里計(jì)算公式依據(jù)國(guó)際慣例計(jì)算式，運(yùn)動(dòng)的功率約為消耗卡路里的25%（七）、速度計(jì)算方式及里程計(jì)算方式1 、自行車(chē)的結(jié)構(gòu)ihiaaHdia thAr起E審沖把脅housingg r 口 加唄塚紅1 ft|r 6 top *135*mb*機(jī)I霆丄苔圖4自行車(chē)的結(jié)構(gòu)如圖4所示，我們所設(shè)計(jì)的測(cè)速儀，將在前軸處安裝一開(kāi)關(guān)式霍爾傳感器（建議用螺釘 以固定），在和霍爾傳感器同一水平線(xiàn)上的某個(gè)輻條處安裝磁鋼。這樣，在自行車(chē)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)， 就會(huì)不斷產(chǎn)生脈沖，從而進(jìn)行下一步。國(guó)產(chǎn)自行車(chē)的型號(hào)主要是用來(lái)區(qū)別它的不同種類(lèi)和規(guī)格。種類(lèi)是指各式車(chē)的類(lèi)型，規(guī) 格是指自行車(chē)車(chē)架的高度。 自行車(chē)型號(hào)用漢語(yǔ)拼音字母來(lái)表示，后面是一組阿

13、拉伯?dāng)?shù)字。如 PA-17 型， QF-65 型， ZA-41 型。 其含義是： 第一個(gè)字母表示自行車(chē)的種類(lèi)。如： P 代 表普通型，Q代表輕便型，Z代表載重型，S代表賽車(chē)型，X代表小輪型，T代表特種型。 第 二個(gè)字母代表自行車(chē)的式樣和規(guī)格。式樣是指男式車(chē)或女式車(chē)。如字母A（ 28英寸）、C（ 20英 寸）、 E（ 26 英寸） 這些單數(shù)字母又都代表男式車(chē)。而字母 B（ 28 英寸）、 D（ 27英寸）、 F（ 26 英寸），這些雙數(shù)字母都代表女式車(chē)。 字母后面跟的阿拉伯?dāng)?shù)字是工廠(chǎng)設(shè)計(jì) 的順序號(hào)。我們將根據(jù)跳線(xiàn)以完成對(duì)不同型號(hào)車(chē)輪直徑的設(shè)定，計(jì)算出不同的速度值，里程值。2、速度的計(jì)算（簡(jiǎn)述） ：V（ m/s） =1s 內(nèi)的脈沖數(shù) *車(chē)輪周長(zhǎng)3、里程的計(jì)算（簡(jiǎn)述） ：里程S=是霍爾傳感器產(chǎn)生信號(hào)數(shù)X車(chē)輪周長(zhǎng)五、結(jié)語(yǔ)： 以上是對(duì)本產(chǎn)品的功能及使用說(shuō)明。