多功能自行车码表设计

赵小兰，胡 征，王培坤，林晓欢，庄衍竖，黄维沛

（华南理工大学电子与信息学院，广东广州，510641）

0 引言

在经济高速发展的今天，自行车不再是一种简单的交通工具，而成为一项考验人的耐力的户外运动。随着身边的骑行客的增加，与自行车相关的户外装备市场也被带动的热火起来，码表就是骑行客必备的装备之一。而市场上的码表品牌繁多，价格也从几十到上千不等，品质不一、安装也较复杂。方便、美观、精确的自行车码表具有一定的实用价值。本文设计的码表适合广大自行车业余爱好者，除去了许多华而不实的复杂功能，节省资源，性价比高，能实现娱乐和锻炼的双重效果。

1 码表各功能原理

1.1 速度

用霍尔传感器A44E来实现测速功能，他的工作方式为：只要有磁性物体在传感器，则数据脚会输出高电平。把磁铁固定在车轮外围的钢丝上，把传感器固定在旁边的支撑架上。车轮每转一圈，磁铁就经过一次A44E上方，则A44E输出一个上升沿和一个下降沿。利用单片机的中断口，来检测下降沿，即转过的圈数，每隔一定时间，记下转过的圈数，即可算出那段时间的平均速度。

1.2 温度/湿度

通过单片机对温湿度传感器DHT11写控制字，DHT11可以读周围环境的温湿度，并用串行数据的方式从数据脚传出，用单片机读回来并经过换算就可知道周围环境的温度、湿度。

1.3 时钟

用单片机的中断或者时钟芯片来做。考虑到用时钟芯片写时间比较准确，我们用时钟芯片DS1302来产生时钟数据，通过单片机读回来，经过换算就可以得到现在的时间值。

1.4 里程数

里程数记录着从码表开始使用到现在自行车行驶过的路程，需要掉电保存。STC12LE5A60S2中有自带的EEPROM，可以掉电保存数据，所以把里程数存入芯片自带的EEPROM中。EEPROM可刷新次数在几十万次左右，故考虑到码表的使用时间长度，每行驶1km刷新一次数据，可存储较长的里程数，使用较长时间。

1.5 显示

显示是自行车码表里功耗最大的一个模块。本文选用NOKIA5110来显示各项数据。Nokia5110可以控制背光的开关，并且可以显示数字，字母。我们只要往液晶的主控芯片中写指令，写数据就可以控制液晶显示出我们想要的数据了。

2 系统设计方案

系统设计框图如图1所示，经稳压芯片AMS1117-3.3稳压后的电池电压供给码表中的各个器件。其中，测速用到的A44E脉冲用单片机中断INT0读入并记下，3s算一次速度；温度、湿度由传感器DHT11读入，传给单片机并换算成温湿度；时钟由时钟芯片DS1302来控制；里程数存入单片机自带的EEPROM中。码表上带有4个独立按键，用来设置初始时间，切换显示数据。上述的所有数据都由NOKIA5110来显示。

系统主要实现以下功能：时间设置，显示时间。显示自行车行驶的平均速度。显示当前环境的温度、湿度。显示行驶的总里程数。

3 系统的硬件和软件设计

3.1 系统硬件设计

此自行车码表从设计上可以分成5个模块：时钟模块，霍尔传感器测速模块，温湿度测量模块，单片机最小系统，显示模块。其中，时钟模块、霍尔传感器测速模块和温湿度测量模块的传感器都是接3.3V电源和地，然后数据脚接一个上拉电阻，接到单片机。Nokia5110接好电源和地线，数据脚接到单片机。四个独立按键一端接到地，一端接到单片机的I/O口。6V电源，经过3.3V的稳压芯片得到3.3V的电源。系统硬件原理图如图2所示。

3.2 系统软件设计

软件部分是主控程序模块、液晶显示模块、EEPROM里程数记录模块、DS1302时钟模块、DHT11温湿度传感器读写模块、速度测量模块和延时模块，流程图如图3所示。程序先对液晶初始化，对定时器0初始化（测速用）；然后进入主程序的循环；先执行时钟走动和显示时间函数；后进入显示温湿度模块；接着读取3s钟内时钟转过的圈数，换算成速度并显示；最后计算经过的里程数，如果相对上次刷新又走过1km，则重新写入EEPROM中，否则跳过，一直执行这个循环。独立按键扫描在时钟显示模块中进行。

4 系统调试和分析

经过各个模块的软硬件调试，确定各部分都没有问题，则进行系统调试。调试结果为：温度在正常环境下误差在2～3摄氏度之间。而在速度较小的时候，测速误差较大，速度大的时候，测速误差小。EEPROM记录里程数有一定误差，因为只是本次开机后行驶满1KM才可以刷新重新保存，如果这次开机后刚好行驶0.9KM然后关机了，则这段距离就不会被记录到芯片中，久而久之会有一定误差。

图2 系统硬件原理图

5 结语

本文设计的多功能自行车码表，把多种功能集合到码表上，但是成本低、功耗小，可帮助自行车爱好者随时掌握自己锻炼的各种环境参数。经过实际使用，尽管码表外形设计暂时未做到精美，但是测量的各项指标都很好，误差小、稳定度高、可正常在室外使用。

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