自行车测速系统设计毕业设计论文Word文件下载.docx
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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
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
3.1.1AT89c52单片机简介
AT89C52是一个低电压,高性能CMOS8位单片机,片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes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。
P0—P3
RXD
TXD
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
(2)单片机引脚功能
表2-1P1和P0的引脚功能
引脚号
功能特性
P1.0
T2:
时钟输出
P1.1
T2EX(定时/计数器2)
表2-2P3口引脚与第二功能
引脚
第二功能
信号名称
P3.0
串行数据输入口
P3.1
串行数据输出口
P3.2
INTO
外部中断0请求
P3.3
INT1
外部中断1请求
P3.4
T0
定时/计数0的外部输入
P3.5
T1
定时/计数1的外部输入
P3.6
WR
外部数据存储器写选口
P3.7
RD
外部数据存储器读选口
(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。
C/T:
定时/计数模式选择位。
C/T=0时模式;
C/T=1时为计数模式。
M1M2:
工作方式设置位。
定时/计数器有4种工作方式,由M1M2进行设置。
本次设计TMOD为90H,即选通定时/计数器为1、定时功能、工作方式1.工作方式为16位定时/计数器。
2.控制寄存器TCONTF1(TCON.7)定时/计数器T1溢出中断请求标志位。
定时/计数器T1计数溢出时由硬件自动置TF1为1。
CPU响应中断后TF1由硬件自动清零。
T1工作时,CPU可随时查询TF的状态。
所以,TF1可用作查询测试的标志。
TF1也可
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