表格类模板电子测速仪 毕业设计.docx
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表格类模板电子测速仪毕业设计
[表格类模板]电子测速仪毕业设计
[表格类模板]电子测速仪毕业设计摘要摘要随着居民生活水平的不断提高,自行车不再仅仅是普通的运输、代步的工具,而是成为人们娱乐、休闲、锻炼的首选。
自行车测速仪能够满足人们最基本的需求,让人们能清楚地知道当前的速度、里程、时间、温度等物理量。
本论文主要阐述一种基于霍尔元件的自行车测速仪的设计。
以AT89C52单片机为核心,A44E霍尔传感器测转数,实现对自行车里程、速度、时间、温度的测量统计,采用24C02实现在系统掉电的时候保存里程信息,并能将自行车的里程数及速度用LED实时显示。
文章详细介绍了自行车测速仪的硬件电路和软件设计。
硬件部分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显示。
软件部分用汇编语言进行编程,采用模块化设计思想。
该系统硬件电路简单,子程序具有通用性,完全符合设计要求。
关键词:
里程/速度;时间;温度;霍尔元件;单片机;LED显示IABSTRACTWiththedevelopingofpeople’slife,thebicycleisnotonlytheuniversaltooloftransportationandsubstituteforwalking,butbecomesthefirstchoiceofentertainmentandexercising.Thebicyclespeedometercanfulfillthebasicneedofpeople’slife,sothattheycanlearnthespeed、themileage、Time、temperatureofthebicycle.Inthispaper,thebicyclespeedometerdesignbasedontheHallelementiselaborated.ByAT89C52askernel,usingA44EHallelementtomeasurerevolution,themeasureandstatisticareachieved.Therangeinformationissavedby24C02whenthepowerisoff,thebicyclespeedcanbedisplayedonLED.Inthisarticle,thehardwarecircuitandsoftwaredesignofbicyclespeedometerinstrumentareintroducedindetail.Aboutthehardware,thepulsenumberistransmittedofonecycleofthebicycleintoSingleChipMicrocomputersystem.ThenthesignalprocessedbySingleChipMicrocomputersystemissenttodisplayscream.Aboutthesoftware,inassemblelanguage;theprogramisdesignedinthemodeofmodules.Thesystemhassimplehardware,commonsub-program,andmeetsthedemandofdesign.KEYWORDS:
Mileage/speed;Time;temperature;Hallelement;Singlechipmicrocomputer;LED目录一、产品设计背景2二、产品功能简介2三、系统硬件设计33.1系统框图33.2单片机AT89C5243.3时钟芯片DS1288753.4温度传感器DS182063.5EE-SX671型光电传感器73.6液晶显示83.7电源93.8与微机通信9四、MCU软件设计10五、上位机软件bikeV1.0设计105.1开机画面105.2车型选择115.3采样频率设定115.4主测量界面115.5数据传输菜单115.6时间设定画面125.7结束画面12六、结语12七、附录13附录1电路13附录2源程序14多功能自行车测速仪一、产品设计背景随着人们生活水平的逐渐提高,人们对于生活质量的要求也日益增加,尤其是对健身的要求。
自行车在中国普遍作为代步工具。
而在国外,自行车却是一项十分受欢迎的健身运动。
因为它无污染,价位低廉,老少皆宜。
而且在运动过程中可以充分享受到大自然,对于忙碌的现代人来说,无疑是一种较好的放松方法。
在中国这种情况也在慢慢发生变化。
因此爱好自行车运动的人十分学要一款能测速的装置,以知道自己的运动情况。
并根据外界条件,如温度,风速等进行适当的调节,已达到最佳运动的效果。
而对于自行车运动员来说,最为关心的莫过于一段时间内的训练效果。
因为教练要根据一段时间内运动员的训练效果进行评估,从而进行适当的调整已使运动员达到最佳的状态。
因此需要一种装置进行对训练中各种参数的测定记录。
本作品就是针对此而设计的。
二、产品功能简介⒈对自行车进行实时速度的测量。
显示出速度值。
⒉能针对不同的车型进行选择。
从而采用不同的模块进行测量。
⒊能测量出当前环境的温度,以供使用者决定是否适宜进行运动。
⒋显示当前日期时间,可以任意设定当前工作时间。
⒌显示行车里程,运动时间。
⒍可以自行设定采样频率⒎记录一段时间内的定时采样速度,存入制定单元。
通过与PC机进行通讯,将数据传送到PC机中用如见进行处理,分析。
得出运动或训练的情况。
⒏配套软件bikev1.0可以将本次运动的速度绘制成速度曲线,以供参考。
并可以将数据转存入数据库保存以备日后查询使用⒐配套软件bikev1.0充分考虑到广大自行车爱好者对于自行车运动的热衷,因此加入了对自行车运动的介绍,当今流行车型的简介以及进行自行车运动的注意事项和自行车旅行的相关知识。
并会逐渐对该软件加以升级,使其功能更加完善,以满足广大使用者的需求。
⒑可以进入系统休眠方式以节省电能,并随时激活唤醒系统重新进行工作。
可以调节液晶对比度,可以打开背景灯显示。
三、系统硬件设计3.1系统框图通过传感器对外部物理量进行测量,再将物理信号转换为电信号,输入单片机,单片机对所输入的电信号进行处理,最后输出显示,并可以通过与上位机通讯将数据采集到电脑中。
本设计中用到的主要部件包括单片机AT89C52、DS12887时钟芯片、DS18B20温度传感器、欧姆龙公司的EE-SX671型光电传感器、MAX232通信芯片以及液晶显示器。
3.2单片机AT89C52AT89C52是美国Atmel公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机,片内含8KB的可反复檫写的程序存储器和12B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,片内配置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元,功能强大的AT89C52单片机可灵活应用于各种控制领域。
AT89C52单片机属于AT89C51单片机的增强型,与Intel公司的80C52在引脚排列、硬件组成、工作特点和指令系统等方面兼容。
其主要工作特性是:
*片内程序存储器内含8KB的Flash程序存储器,可擦写寿命为1000次;*片内数据存储器内含256字节的RAM;*具有32根可编程I/O口线;*具有3个可编程定时器;*中断系统是具有8个中断源、6个中断矢量、2个级优先权的中断结构;*串行口是具有一个全双工的可编程串行通信口;*具有一个数据指针DPTR;*低功耗工作模式有空闲模式和掉电模式;*具有可编程的3级程序锁定位;*AT89C52工作电源电压为5(1+0.2)V,且典型值为5V;*AT89C52最高工作频率为24MHzAT89C52为40脚双列直插封装的8位通用微处理器,采用工业标准的C51内核,在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52相同,其主要用于会聚调整时的功能控制。
功能包括对会聚主IC内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化,会聚调整控制,会聚测试图控制,红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。
主要管脚有:
XTAL1(19脚)和XTAL2(18脚)为振荡器输入输出端口,外接12MHz晶振。
RST/Vpd(9脚)为复位输入端口,外接电阻电容组成的复位电路。
VCC(40脚)和VSS(20脚)为供电端口,分别接+5V电源的正负端。
P0~P3为可编程通用I/O脚,其功能用途由软件定义,在本设计中,P0端口(32~39脚)被定义为N1功能控制端口,分别与N1的相应功能管脚相连接,13脚定义为IR输入端,10脚和11脚定义为I2C总线控制端口,分别连接N1的SDAS(18脚)和SCLS(19脚)端口,12脚、27脚及28脚定义为握手信号功能端口,连接主板CPU的相应功能端,用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。
AT89C52管脚图3.3时钟芯片DS12887DS12887是美国达拉斯半导体公司最新推出的时钟芯片,采用CMOS技术制成,把时钟芯片所需的晶振和外部锂电池相关电路集于芯片内部。
同时它与目前IBMAT计算机常用的时钟芯片MC146818B和DS1287管脚兼容,可直接替换。
采用DS12887芯片设计的时钟电路勿需任何外围电路并具有良好的微机接口。
DS12887芯片具有微功耗、外围接口简单、精度高、工作稳定可靠等优点,可广泛用于各种需要较高精度的实时时钟场合中。
DS12887内部由振荡电路,分频电路,周期中断/方波选择电路,14字节时钟和控制单元,114字节用户非易失RAM,十进制/二进制累加器,总线接口电路,电源开关写保护单元和内部锂电池等部分组成。
这里我们将DS12887的数据线与单片机的P0口相连,将其片选线与P2.0相连,这样便可通过R0或R1寄存器实现时钟芯片与单片机的数据传输。
注意在DS12887的RESET端应连接上电复位电路,因为只有当该脚保持低电平时间大于200ms,DS12887才能有效工作。
DS12887的IRQ端脚为其中断信号输出口,低电平有效,可作微处理的中断输入。
没有中断条件满足时,IRQ处于高阻态。
IRQ线是漏极开路输入,要求外接上接电阻。
时钟芯片的有多种中断处理方式,例如周期中断,闹钟中断,更新中断等,这里我们利用它的更新中断,即时间每过1秒中,DS12887的更新中断便会从IRQ端输出,而IRQ引脚则与单片机的INT1中断相连,这样每当DS12887发出时间上的中断请求单片机便可从它的INT1中断得知,随之立刻进入中断子程序,在这个中断程序中对光电传感器所发出的脉冲信号进行计数处理,这样就可以得到速度以及里程等所要测量的量。
由于在测速系统中时间的测定非常重要,因此DS12887可以说是本设计的核心部件,它的使用好坏直接影响着最终测量的精确度,所以在调试时务必细心,尽量在熟悉DS12887的各种功能后在开始编程。
3.4温度传感器DS1820DSl820数字温度计提供9位(二进制)温度读数指示器件的,温度信息经过单线接口送入DSl820或从DSl820送出。
因此从主机CPU到DSl820仅需一条线(和地线)。
DSl820的电源可以由数据线本身提供,而不需要外部电源,因为每一个DSl820在出厂时已经给定了唯一的序号,因此任意多个DSl820可以存放在同一条单线总线上。
这允许在许多不同的地方放置温度敏感器件。
51单片机AT89C52与温度传感器芯片DS18B20构成测温系统,测量范围从-55到+125增量值为0.5可在ls(典型值)内把温度变换成数字。
由于DS1820采用单总线结构因此外围电路非常简单,通过一上拉电阻R5即可与单片机相连。
这里我们将DS1820的数据引脚DQ与单片机的T0口(即P3.4)相连,通过这条数据线接收温度测量值。
硬件电路原理图DS18B20详细引脚功能描述1GND地信号;2DQ数据输入/输出引脚。
开漏单总线接口引脚。
当被用着在寄生电源下,也可以向器件提供电源;3VDD可选择的VDD引脚。
当工作于寄生电源时,此引脚必须接地。
虽然DS1820的外围电路十分简单,但是凡事哪能完美,可以说这是以繁杂的编程换来的。
DS1820以其严格而繁难的时序要求著称。
因为它只有一根数据线,即数据与命令字都要在同一条线上传输,所以DS1820制定了严格的时序,大家在使用时务必严格按照说明书上的要求对其进行操作,否则时序要是不正确,DS1820就罢工。
在调试的时候大部分时间都花在了调试DS1820上。
通过切身的体会,我觉的最好变一到两个通用的延时子程序,在DS1820的编程中就可以直接调用延时程序,以保证时序的准确。
3.5EE-SX671型光电传感器EE-SX671型光电传感器是欧姆龙公司所生产的光电开关型传感器。
其四个引脚中我们只需用其中的三个:
电源端,接地端以及信号输出端。
在车子行驶过程中,车轮带动码盘旋转,由于码盘上刻有等分的孔,在连续的透光与挡光过程中,该传感器便连续输出标准的脉冲信号。
由电路图可知,将传感器的输出信号经过光耦接到单片机的T1口,再设定T1为计数器工作方式,这样就可以对所接收到的脉冲进行计数,进而计算出速度里程等。
注意一定要将光电传感器的输出信号调好,使其成为标准的脉冲信号,这样T1计数器才能正常的工作。
再调试的时候可先不接入EE-SX671,可先用信号发生器产生所需要的脉冲信号来进行模拟,待全部调试好后再接入EE-SX671。
在使用EE-SX671之前最好用示波器看一下输出波形是否规整达到要求。
一般情况下,输出的就是标准的脉冲信号,如果发现有点偏差可通过外连调理电路将其整理一番。
而且最好用电压表的交流档打一下,看一下峰值,是否达到T1口的电平识别范围。
EE-SX671最后要安装到车上,所以事先最好准备一个易弯曲的铁片用螺母将其与EE-SX671连接然后在固定于车上,这样可以保证在车子行驶过程中不发生晃动。
3.6液晶显示液晶显示器(LCD)具有工作电压低、微功耗、显示信息量大、接口方便等优点,现在已被广泛应用于计算机、数字式仪表等场合,成为测量结果显示和人机对话的重要工具。
液晶显示器按其功能分为三类:
笔段式液晶显示器、字符点阵式液晶显示器和图形点阵式液晶显示器。
前两种可显示数字、字符和符号等,而图形点阵式液晶显示器还可以显示汉字和任意图形,达到图文并茂的效果,其应用越来越广泛。
由于其使用方法大同小异,所以不准备祥加介绍。
大家可根据自己的熟悉程度自行选择显示器件。
如果对于液晶不熟悉,完全可以使用数码管作为显示媒介。
这里我用液晶显示界面给大家看开机画面3.7电源这里我们采用9V的电池供电,用LM7805进行稳压处理,将9V稳降到5V以供单片机以及各芯片使用。
有条件的可以购买电源模块为系统供电。
经测试9V电池完全可以满足实际需要。
3.8与微机通信在设计该仪器时,想将所测得的数据传送到电脑中,再用高级语言对数据进行处理,比如速度,在绘制出速度曲线,这样对于教练或是广大自行车爱好者来说,就可以很清晰地看到自己在训练过程中的情况。
这里采用大家熟知的串口通讯方式,采用MAX232作为电平转换芯片。
相信大家已经很熟悉了,就不赘述了。
四、MCU软件设计这里采用汇编语言进行编程,软件的任务量比较大,涉及到计速算法,具体会在附录的源程序中详细说明,这里不多述了。
五、上位机软件bikeV1.0设计在用高级语言处理上,笔者采用VB捆绑数据库将采集得数据转存入数据库中,这样就可以保存每一次的训练数据,以备日后查用。
后来索性就编了一个小软件,除了上述功能外,还增加了一些对于自行车运动的常识和知识。
用串口线将测速仪与电脑连接后,即可进行数据的传输。
在PC机上即可进行数据的接收处理,并可以转存入数据库。
本作品采用9V电池供电,使用时务必保证电池电量充足,将电池按要求接到系统电源接口处。
拨动开关,使系统工作,将出现如下开机画面:
5.1开机画面待系统自检4秒后便进入系统主菜单,如前图所示。
共有四大功能模块:
1.测速模式:
系统的主工作界面,进行速度及相关量的检测2.数据传输:
将所记录的数据传入PC机,再由配套软件bikev1.0进行处理,包括绘制曲线及转存入数据库3.其它功能:
可以进行时间设定及查看版本信息4.退出系统:
使系统进入节能休眠模式各功能模块详细测试说明【注】为方便叙述,将产品的功能按键从左自右依次定义为①号键(SET)、②号键(CHOOSE)、③号键(RETURN)、④号键(EXIT)。
在主菜单下按①号键(SET)即进入;有以下几个子菜单:
5.2车型选择在此子菜单下先进行车型的选择,您可以选择26型和275型两钟目前最常见的车型进行测量按③号键可以返回主菜单如按②号键即选择275型,系统会根据您的不同选择为您准确选定参数进行测量。
紧接着会出现如下菜单:
5.3采样频率设定在本菜单中,询问您希望设定的采样频率,这样系统便会按照您的设定时间,每隔固定的时间便向系统内部的RAM中自动写入当前的速度值。
在选定采样时间后系统便会进入主测量界面:
5.4主测量界面【注】此时确保您正确接入传感器,否则速度,里程便显示零在此界面处,随时按下④号键(EXIT),系统便会返回主界面。
在采样时间设定处,当设定好时间后,系统会自动将内部存储单元清零。
5.5数据传输菜单在主菜单下按②号键即进入,出现如下子菜单:
按①号键即进入数据传输模式,在您将测速仪与电脑连接后系统会自动将您刚才运动过程中存储在系统中的速度值传到电脑中以供处理。
按②号键,返回主菜单。
当画面显示【数据传输完毕!
】时,表示数据已传输完毕,系统会自动返回主菜单。
【注】在进行数据传输时,为保证正确传输,请务必用串口线将测速仪与电脑连接牢靠。
在主菜单下按③号键即进入,出现如下子菜单:
按①号键即进入,出现如下设定画面:
5.6时间设定画面此时按①号键可以选择修改单元,按②号键(UP),加值;按③号键(DOWN),减值。
修改完毕后,按④号键确定,OK处光标闪烁反显,后返回上一级菜单。
5.7结束画面在主菜单下按④号键即进入,系统即进入节能休眠模式,系统出现如下画面在休眠模式下,按⑤号键(WAKE)即可激活唤醒系统。
六、结语以上是对本产品的功能及使用说明。
诚然,本次开发的这款产品还有许多亟待改进的地方。
包括功能上及软件的设计上。
这是一个基于51单片机的作品,现在看来可以改进的地方很多,比如在体积上,可一选用更小封装的单片机,而且对于手持设备应该低功耗,比如可采用TI的430系列的单片机,这样就可以用钮扣电池供电,使用时间可以更长。
七、附录附录1电路附录2源程序;*******总程序*******************;Controller:
ST7920;MCU:
AT89C52,晶体频率:
11.0592MHz;LCM:
128*64;LCM型号:
带中文字库的128X64-5ZK;LCM接口:
1:
GND2:
VCC3:
V04.RS5:
RW6:
E7--14:
DB0-DB715:
PSB16:
NC17:
RST18:
Vout;******************************************************;***********功能引脚命名********************************D_PORTEQUP1;数据口RSEQUP2.1;液晶指令与数据寄存器设置位RWEQUP2.2;液晶读写控制位EEQUP2.3;液晶使能端COMEQU20H;指令寄存器DATEQU21H;数据寄存器TDEQUP3.4;DS1820数据引脚WAKEEQUPSW.5;液晶复位标志FX_KEYEQUPSW.1;液晶光标反显开关,FX_KEY=1一直反显;FX_KEY=0反显一次后关闭;******************相关使用单元说明*****;25H光标移动计数器;2EH用来保护读时钟芯片的R0;22h用来存放时钟的BCD码;2DH用来存放修改时间时的汉字查询标志位;2FH存放温度十位;30H存放温度各位;85H用做判断使用内部RAM还是时钟RAM的标志位,0为内部,1为时钟;37H用做保存时钟芯片的RAM地址;84H用做保存内部RAM的地址;******************************************************;****************里程和速度的基本命名******TAB2EQU08H;30H用来查汉字时钟表时使用LUNZ_ZEQU09H;31H中存轮周长整数部分LUNZ_XEQU0AH;32H中存小数部分SPD_ZEQU0BH;33H中存速度的整数部分SPD_XEQU0CH;34H中存小数部分LC_ZEQU0DH;35h中存里程的整数部分LC_XEQU0EH;36h中存小数部分LC_JWEQU0FH;37H中存里程计算时的一个小数向整数部分进位的标志位SPD_SUMEQU10H;38H中存速度的和(三妙内的)SPD_PDWEQU11H;39H中存速度平均值的判断位(三次)LC_XZBEQU12H;41H中存里程显示部分的整数的百位LC_XZSEQU13H;42H中存里程显示部分的整数的十位LC_XZGEQU14H;43H中存里程显示部分的整数的个位LC_XSFEQU15H;44H中存里程显示部分的小数的十分位SPD_XZSEQU16H;45H中存速度显示部分的整数的十位SPD_XZGEQ17H;46H中存速度显示部分的整数的个位SPD_XSFEQU18H;47H中存速度显示部分的小数的十分位KM_JWEQU19H;48H中存里程向千米进位时的标志位KMEQU1AH;49H中存里程的公里数CAIEQU1BH;50H中是存采样频率的数值QIAN_ZEQU1CH;51H中存前一秒时的里程整数。
(用于计算速度)HOU_ZEQU1DH;52H中存现在时刻的里程的整数(用于计算速度)QIAN_XEQU1EH;53H中存前一秒时的里程小数;54H中存现在时刻的里程的小数。
HOU_XEQU1FH;54H中存现在时刻的里程的小数。
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