毕业设计单片机电动车测速系统设计.docx

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毕业设计单片机电动车测速系统设计

摘要

随着科技的迅速发展，单片机的应用也越来越广泛，并带动传统控制检测技术不断更新。

现在的车速表大多是电子式的，用LED数码管或LCD即时显示，显示更加直观。

电子式车速表采用接触车速传感器代替软轴传动,可使车速表的安装位置不受距离限制，进一步有效地克服了机械式车速表中的诸多不足。

本次设计给出了以AT89C2051为核心，利用单片机的运算和控制功能，并采用系统化LED显示模块实时显示所测速度的设计方案，以及串口数据存储电路和系统软件。

该方案由于使用了数码管显示模块和E2PROM，以及高效快速算法，因而可在节约系统资源和简化程序设计的基础上保证测量精度和系统实时性。

其中信号预处理电路包含信号放大、波形变换和波形整形：

信号预处理电路中的放大器用于对待测信号进行放大,以降低对待测信号的幅度要求；波形变换和波形整形电路则用来将放大的信号转换成可与单片机接口的TTL信号。

通过单片机的设置可使INT0引脚能够对内部定时器T0的工作进行控制,这样能精确地测出加到INT0引脚的正脉冲宽度（即测出脉冲信号的期）。

速度显示部分采用数码显示,所得的数据采用I2C总线,并通过E2PROM来存储,因而节省了所需单片机的口线和外围器件,同时也简化了显示部分的软件编程。

本方案实现了电动车速度即时显示，并可通过控制两个按键显示速度或里程，同时加入了超速语音报警功能，使之更加人性化。

关键词：

单片机；霍尔传感器；数码显示；语音报警；DC/DC变换器

Abstract

Withtherapiddevelopmentoftechnology,moreandmorewidespreadapplicationofmicrocomputer,andpromotethetraditionalcontroldetectiontechnologyconstantlyupdated.Mostofthecurrentelectronicspeedometer,andwiththeLEDdigitaltubeorLCDdisplayreal-time,displaymoreintuitive.Electronicspeedometerflexibleshaftusingthecontactspeedsensorinsteadofdriving,speedtablescanbeinstalledwithoutdistancelimitations,andfurthertoeffectivelyovercomethemechanicaldisadvantagesofspeedinthetable.

TheAT89C2051isdesignedtogivethecoreofcomputingandtheuseofmicrocomputercontrol,andadoptingasystematicLEDdisplaymoduleshowsthemeasuredreal-timespeeddesign,andtheserialdatastoragecircuitsandsystemsoftware.

TheprogramduetotheuseofthedigitaldisplaymoduleandE2PROM,andefficientfastalgorithm,thussavingresourcesandsimplifyingprogrammingsystembasedonthesystemtoensureaccuracyandreal-time.Signalpre-processingcircuitwhichincludessignalamplification,waveconversionandwaveformshaping:

signalpre-processingcircuitintheamplifierfortheamplifiedsignalcouldbetoreducetherequirementsonsignalamplitude;wavetransformationandwave-shapingcircuitryisusedtoenlargethesignalconvertedintoTTLsignalswiththemicrocontrollerinterface.SetbyMCUenablesINT0pintotheworkoftheinternaltimerT0control,sotoaccuratelymeasuretheINT0pinisaddedtothepulsewidth（iemeasuredpulsesignalperiod）.Speeddisplaypartofadigitaldisplay,thedatacollectedusingI2Cbus,andthroughE2PROMtostore,thussavingtheneedmicrocontrollerportlinesandperipheraldevices,butalsosimplifiesthedisplaypartofthesoftwareprogramming.

Theprogramachievedthespeedofreal-timeelectricvehiclerevealedtwobuttonscanbedisplayedbycontrollingthespeedormileage,whileaddingaspeedvoicealarmfunction,makeitmorehumane.

Keywords:

microcomputer；Hallsensor；digitaldisplay；voicealarm；DC/DCconverter

1引言

1.1选题背景

在全球倡导绿色环保的大趋势下，我国加大了对车辆排放和噪声的管理，由于电动自行车具有无污染、低噪声和轻便快捷等优点，是一种绿色环保的交通工具。

随着我国城市规模的迅速扩大及农村道路的日益改善，长期依靠脚踏自行车的人们将会把目标转向电动自行车，对电动自行车需求也会越来越大。

人们对环境的关注以及相关技术的更新，有力地促进了电动自行车的发展。

我国电动车的研究相比欧美国家起步较晚。

直到上个世纪90年代中期，我国才掀起开发研究的高潮，但主要集中在上海、北京、广东等地，到90年代后期基本覆盖全国主要经济发达地区如江苏、浙江、山东等省。

虽然我国电动车研究起步晚，但从技术角度来看，我们并不落后于世界。

我国电动自行车产业基本保持与世界同步发展水平。

1.2研究意义

传统的机械式车速表是由旋转磁场作用于转动盘，使转动盘连同车速表指针发生同向的偏转。

当电磁转矩与弹簧产生的阻力矩平衡时，指针偏转停留在某一角度上。

指针偏转角与车速成正比，因而可用其表示车速。

机械式车速表的缺陷是明显的。

由于表盘指针偏转程度正比于软轴的转动时产生的磁力，当转速较低的时候，磁力较小，随转速变化波动较大。

因此，低速时车速表指针摆动剧烈、测量及显示精度不高。

对于发动机后置的车辆，要将车速表指针的偏转动力由变速箱经软轴等传至驾驶室，软轴必然布置的较长，如何将这种长长的转动软轴从结构上布置妥当，肯定是一件十分困难的事情。

现在的车速表大多是电子式的，用LED数码管或LCD显示，使速度显示更加直观。

采用接触车速传感器代替软轴传动,可使车速表的安装位置不受距离限制,有效地克服了机械式车速表中的诸多不足。

电子式车速表更加智能，车速表的功能也更加人性化，如加上了里程累计、超速提醒等功能。

1.3研究内容

 本设计以AT89C2051为核心，通过霍尔传感器来检测自行车的运转情况进而实现电动自行车的速度，最后用2位的LED能直观的将速度与里程显示给用户，并且在速度高于一定的值时可自动向用户报警，从而达到智能化。

主要研究内容:

1.传感器电路模块设计

2.电源电路设计

3.存储器电路模块设计

4.报警电路设计

5.显示电路设计

6.掉电保护电路设计

2总体设计方案

本速度里程表由信号预处理电路、AT89C2051单片机、数码管显示电路、串口数据存储电路和系统软件组成。

其中信号预处理电路包含信号放大、波形变换和波形整形。

信号预处理电路中的放大器用于对待测信号进行放大,以降低对待测信号的幅度要求；波形变换和波形整形电路则用来将放大的信号转换成可与单片机接口的TTL信号；通过单片机的设置可使INT0引脚能够对内部定时器T0的工作进行控制,这样能精确地测出加到INT0引脚的正脉冲宽度（即测出脉冲信号的周期）；速度显示部分采用数码显示模块,所得的数据采用I2C总线,并通过E2PROM来存储,因而节省了所需单片机的口线和外围器件,同时也简化了显示部分的软件编程。

系统软件包括单片机和液晶模块的初始化模块、液晶模块的写数据/命令子模块、周期测量模块、速度里程计算模块、数据存储模块、速度和里程显示数据转BCD码模块、显示数据消多余零模块、数据显示模块以及实时中断服务模块等。

该设计能实时地将所测的速度显示出来,同时也能够累计显示总里程数。

该速度表能将传感器输入到单片机的脉冲信号的宽度（传感器将车速转变成相应宽度的脉冲信号）实时地测量出来,然后通过单片机计算出速度和里程,再将所得的数据存储到串口数据存储器,并由动态数码显示模块实时显示出所测速度。

本设计用两个按键来控制显示速度或里程。

考虑到信号的衰减、干扰等影响,在信号送入单片机前应对其进行放大整形,然后再输入到单片机进行测速。

单片机利用定时器T0的控制功能测出输入信号的周期后,再利用单片机的算术运算功能将周期转换成速度,同时每秒钟进行一次里程累计,从而计算出总里程。

最后将得出的速度、里程值存储在E2PROM中,并根据两个按键的选择情况来显示速度或里程。

为了方便计算要显示数据值的段码,可再将其转换成压缩的BCD码,然后通过查表将要显示的数据值中每一位的压缩BCD码转换成8段码送到显示缓冲区,最后经串口送至液晶显示模块以显示所测的速度或里程。

设计时,应综合考虑测速精度和系统反应时间。

本设计用测量脉冲频率来计算速度,因而具有较高的测速精度。

为了保证系统的实时性,系统的速度转换模块和显示数据转BCD码模块都采用快速算法。

另外,还应尽量保证其它子模块在编程时的通用性和高效性。

本设计的速度和里程值采用2位显示。

系统方框图如图2-1所示。

图2-1系统方框图

3系统单元模块概述

方案一、光电传感器。

光电传感器是应用非常广泛的一种器件，各种各样的形式，如透射式、反射式等，基本原理就是当发射管光照射到接收管时，接收管导通，反之关断。

以透射式为例，如图3-1所示，当不透光的物体挡住发射与接收之间的间隙时，开关管关断，否则打开。

为此可以制作一个遮光叶片如图3-2所示，安装在转轴上，当扇叶经过时，产生脉冲信号。

当叶片数较多时，旋转一周可以获得多个脉冲信号。

图3-1光电传感器的原理图

图3-2遮光叶片

将光敏电阻安装在自行车前又的一侧，在同等高度的另一侧安上一个高亮度的发光二极管。

在同等高度的辐条上贴上一圈黑色材料，并