基于单片机的自行车数字里程表设计

巢国强

摘要：随着居民生活水平的不断提高，自行车又一次在人们的身边不断出现。人们不仅仅把它当作交通工具使用，更多的是作为一种锻炼身体和娱乐休闲的载体。通过自行车上的数字里程表，可以使人们在车辆行驶时，清楚地掌握当前车辆速度、车辆累计行驶里程、当前时间等信息。本论文主要阐述一种基于51单片机的自行车简单里程表的设计方案。文中以 STC89S52单片机为核心，通过A44E 霍尔传感器测量车辆转数，通过编写程序实现对自行车车速、里程的测量，并采用LCD1602显示测得的车速、里程数和当前时间;通过按键设置车速上限，当测得的车速高于设定值时，蜂鸣器报警提示超速。本文详细介绍了自行车速度里程表的硬件电路组成和软件设计方案。其中硬件部分包括了：时钟电路、霍尔传感器电路、电源电路、蜂鸣报警电路、按键电路和LCD显示电路。电路中利用霍尔元件将自行车每转一圈的脉冲数传入单片机系统，然后单片机系统将信号经过处理送入LCD进行显示。论文中软件部分采用C语言模块化编程设计思路进行编程，将程序分成了主程序模块、按键设定模块、时钟模块、速度测量和里程计算模块、LCD显示模块等。

关键词：单片机;霍尔;LCD;速度

一、硬件系统的设计

电动车的速度里程表应当具有里程、速度测量、显示功能。采用单片机作核心控制器件，显示电路可显示里程及速度，并且可以改变里程预设值达到报警效果。用霍尔传感器将所测转速转变为数字量信号，然后再将数字信号数据传输于到单片机处理，单片机将根据设计程序计算在一定时间内数字脉冲的频率，再由计数值最终得到里程数并通过LCD设备显示出来。本系统还包括报警功能，在速度超过某一个固定值后，蜂鸣器响，提示需要减速。

1、电路总体原理框图

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。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，要求用LCD显示里程总数和即时速度。

2、液晶显示电路

本次设计液晶显示电路选用的是LCD1602模块。LCD1602是显示的内容为16X2，即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。

3、霍尔传感器

霍尔传感器是利用霍尔效应制成的一种磁敏传感器。在置于磁场中的导体或半导体通入电流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。电动车速度测量时，在转盘边缘的某个位置放置一个小磁铁，固定在转盘附近的霍尔传感器便可在小磁铁通过时产生一个相应的脉冲，检测出单位时间的脉冲数，便可知被测转速。根据磁性转盘上小磁铁数目多少，就可以确定传感器测量转速的分辨率。

4、DS1302时钟芯片

本设计电路工作时能显示当前时间，包括年月日、时分秒。采用DS1302定时芯片来实现以上计时功能。DS1302是一种低功耗实时时钟电路，具有可对年月周日、时分秒进行计时的功能，工作电压为2.5V～5.5V。该芯片采用串行数据传输，主要特点是在其内部有一个用于临时性存放数据的RAM寄存器，即使掉其电内部数据亦不丢失。DS1302与STC89C52单片机的连接线有三条线：RST引脚、SCLK串行时钟引脚、I/O串行数据引脚，Vcc2作为备用电源，芯片外接晶振X2，为芯片提供计时脉冲。

5、按键控制模块

本文采用查询式按键技术，按键之间相互独立，每一个按键接一根I/O口线，互不干扰，以下是各建作用：K1为选择键：连续按下该按键可以在时间、速度之间进行切换选择。K2为加1键：按下该按键，目标值加1。K3为减1键：按下该按键，目标值减1。

6、报警电路

采用PNP三极管驱动蜂鸣器构成报警电路。当测得的当前车速超过所设定的速度上限时，单片机控制三极管导通，使蜂鸣器鸣叫实现报警。

二、系统软件设计

1、主程序设计

单片机存储单元和个功能模块初始化;转换读取霍尔传感器数值，计算出相应的电动车车速和累计行驶里程数;将车速、里程数和当前时间进行显示;判断当前车速是否超速，如果超速则蜂鸣器鸣叫报警，提醒车主超速。

2、速度处理流程

该子程序测速原理是在一段时间以内检测磁铁经过传感器的圈数来测算出实时速度，然后根据提前预设值来判断是否超速。如果超速就会进行报警发出蜂鸣声;如果速度在预设值以内，便不会报警并且将实时速度通过LCD显示屏显示出来。

3、显示工作流程

该子程序用LCD动态扫描显示方式。先将单片机的P2.2口连接使能端口E。接着将单片机的P2.0口连接数据/命令选择端RS，P0口连接数据端D0～D7，然后将要显示的数字的值发送给P0口。然后调用延时，接着将P2.2口置0，P2.0口置1，写指令，将P2.2口置1，P2.0口置1，写数据，直到要显示的数字全部显示在液晶上。

參考文献

[1]蔡菲娜，《单片微型计算机原理和应用[M]》，浙江大学出版社，2003

[2]周坚，《单片机轻松入门[M]》，北京航空航天出版社，2002

[3]孙育才，《MCS-51系列单片微型计算机及其应用[M]》，东南大学出版社，2004

[4]公孙茂，马宝匍等，《单片机入口接口实例集[M]》，北京航空航天出版社，2002

[5]顾立志，《PIC单片机典型模块设计和实例导航[M]》，人民邮电出版社，2005