基于单片机的自行车速度及里程表的设计

唐志将+彭森

摘 要：随着自行车行业和电子技术的发展，自行车里程速度计技术也在不断进步和提高，用户对自行车里程速度计的要求也越来越高，因此设计了自行车里程速度计。本文主要研究了以单片机为基础的自行车里程速度器的设计。采用STC89C52单片机为主要控制芯片，运用自行车车轮上的传感器进行计数，通过一定时间间隔对信号的采集，结合自行车本身车轮参数，经过单片机对采集信号进行分析计算，最终在液晶显示器LCD上显示车辆行驶的里程和速度，同时运用其他按键分别自行车单里程计数，瞬时速度、最大速度和平均速度显示以及超速报警。该设计重点阐述了系统的工作原理、硬件构成、各部分的主要功能以及软件的结构和实现。

1 引言

我国是自行车大国，随着人们生活水平的不断提高，自行车已经不仅仅是运输、代步的工具，其辅助功能也变得越来越重要。因此，人们希望自行车的娱乐、休闲、锻炼的功能越来越多，能带来大家更多的健康与快乐。在这个背景下，自行车里程表作为自行车的一大辅助工具迅速发展起来.科学、美观、合理设计自行车里程表有一定的实用价值.它能合理计算出速度及公里数，使运动者运动适量，达到健康运动与代步的最佳效果。

随着自行车里程表的发展，其功能也逐渐从单一的里程显示发展到速度、时间显示，甚至有的还具有测量骑车人的心跳、显示骑车人热量消耗等功能，让人能清楚地知道当前的速度、时间、里程等物理量。如佛山高明华劲电子公司的自行车里程表MS-601，能动态显示行驶里程、骑车时间、实时车速等。

2 工作原理

此设计的优点在于我们能够随时随地的读出速度与里程数，主要是将输到单片机中的传感器信号的频率实时的测出来，但是因为信号的衰减性、干扰等的影响，在单片机接受信号以前要对信号放大并矫形，然后再经过单片机可以得到速度和里程，最好把这些数据存储到相应的存储器，并由液晶1602显示出所测的速度与里程。

设计时，应综合的思考测量的准确度与系统的反应时间。在本设计中速度是通过测脉冲的频率而算出来的，所以有比较高的准确度。在计算里程的时候我们往往要假设自行车是处于理想状态当中的。而实际中，误差往往不会超过数米，而整个里程往往都有几千米，所以误差很小。但是为了能随时的读出数据，系统的所有模块都运用了快捷的算法。另外，还要力所能及的让其他的子模块在编程时具有通用性以及高效性。本设计的所有数据都用液晶1602显示。

3 电源电路

如图1所示。外部由12V经7805降压芯片提供电源，给霍尔传感器和单片机系统供电。

由于电流可达数值较高，且允许时间较长，所以三极管选用功率高的。二极管用于控制电流大小，避免电流过大烧坏元件。

当然，实验设计工程中为了简便，我们直接由一个12V的电源经78M05稳压后得到+5V电压给单片机系统和霍尔传感器稳定供电。

4 液晶1602显示电路

图2为液晶1692显示原理图，液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA移动通信工具等众多领域。

5 系统结构

图3为系统结构图，改系统由霍尔传感器、液晶1602显示部分、电源电路部分和单片机构成。单片机可以实时采集、处理显示。

具体硬件电路及工作原理：

里程、速度等都是由霍尔传感器测量。已知自行车轮胎的直径D，轮子每转动一圈，咱装到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n加1.两个相邻的下降沿脉冲信号的时间由单片机定时器1计算（设为t），那么计算单程累计里程S和当前速度V的公式为：

S=D*Π*n V=D*Π/t

处理各项数据时同时计算刷新并显示数据。

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。

6 结论

该课题的主要任务是开发一个以MCS-52单片机为核心的自行车的速度里程表。本设计主要分为硬件部分和软件部分，硬件部分着重考虑硬件电路的简单使用性，所以尽可能简化硬件电路，节省线路板的空间，达到硬件电路最优化设计。软件采用C程序语言编写，采用模块化设计思想，程序可读性强。通过仿真、实验验证了系统的可行，达到设计要求的指标，实现对自行车里程/速度的计算功能，并用1602液晶显示，里程与速度分别根据以下公式求得：

里程=脉冲总数×轮子周长

速度=1s内的路程/1ms×1000

此公式将显示出里程值和速度值，。当车轮转的一圈，小磁铁绕过霍尔元件时，霍尔元件输出一个脉冲，根据车轮周长计算出里程数。显示速度时，LED会根据转速显示不同的速度值。当速度超过一定数值时，将启动报警系统。

参考文献

[1] 张怀强，周通. 基于单片机与霍尔传感器的自行车速度与里程表的设计2006， 3（4）： 61-64.

[2] 吴敏.一种基于单片机的速度测量系统[M].北京：北京航空航天大学出版社，2009.

[3] 张友德. 单片微型机原理、应用与实验[M].上海： 复旦大学出版社 ，2005.

[4] 张志良. 《单片机原理及控制技术》（第2版）.北京：机械工业出版社， 2005.

[5] 余永權. MCS-51系列单片机实用接口技术[M].北京：北京航空航天大学出版， 1993.

作者简介

唐志将，邵阳学院信息工程系电子科学与技术专业学生

通讯作者（指导老师）

彭森，邵阳学院信息工程系教师