0726080107黄俊欣基于AT89C2O51的电动车车速显示电路设计(硬件)说明书

基于单片机的自行车速度里程实时显示系统设计随着时代的发展，机动车的数量越来越多，由于机动车的动力是汽油，而汽油的燃烧会直接向空气中排放二氧化碳等有害气体，导致空气污染越来越严重，是我们吸入的空气中有毒。

为了减少有毒气体的排放，是我们的空气稍微清新点，在不是特别需要情况下，人们在尽量减少机动车辆的使用。

此时自行车成为人们旅游代步必不可少的工具工具。

一方面自行车的使用无有毒气体的排放，不会对空气造成污染，另一方面骑自行车还可以起到锻炼身体的作用。

因此对自行车速度里程实时显示系统的设计的研究显得尤为重要。

自行车速度里程实时显示系统设计完成后可以对当时你骑车速度与里程进行准确的反映。

自行车速度里程实时显示系统是以单片机为核心，采用霍尔传感器非接触式侧电机转速，其中传感器接受到的的信息在LCD1602液晶上进行显示。

LCD1602液晶上行显示速度，下行对里程进行显示。

其中的电机的速度是可调的，因为电机的电路中连接滑动变阻器，通过移动滑动变阻器的阻片改变电路中的电阻大小，可以改变电路中的电流，从而改变电机两端的电压。

电机的速度随着电压的改变，速度随之进行改变。

本设计的C语言程序在keil软件中进行编译的，keil软件对C语言提供了编译与调试的环境。

对我们编译C语言非常有帮助。

对keil软件很好地把握对我们编写C语言大有裨益。

其中设计的硬件部分是由单片机、电路板、LCD显示、霍尔传感器等组成。

对这些元件的焊接需要有良好的焊接功底，通过这次的焊接对我们焊接的技术有一个很好地锻炼。

是我们对于元件的焊接有了一定的了解。

对我们日后的学习以及工作都很有帮助。

关键词：电阻；单片机；传感器；LCD显示。

目录1绪论 (1)1.1研究背景及目的 (1)1.2研究方法 (1)2系统总体方案设计 (2)2.1系统分析 (2)2.1.1 电机转速的测量 (2)2.1.2 电机转速的处理 (3)2.1.3 电机转速的显示 (3)2.2设计思路和方案 (3)2.3系统的构成 (4)2.3.1 原理框图 (5)3硬件电路设计 (6)3.1电源电路 (6)3.2单片机最小系统 (6)3.2.1 复位电路 (7)3.2.2 晶振电路 (7)3.2.3 P0口的上位电阻 (8)3.2.4 31脚EA/Vpp接电源 (8)3.3LCD显示模块 (8)3.4系统硬件设计 (9)4系统软件设计 (11)4.1程序设计流程图 (11)4.2应用程序设计 (12)5联调与测试 (13)5.1 仿真 (13)5.2 硬件调试与焊接 (15)5.2.1 调试 (15)5.2.2 焊接注意事项 (18)结论 .......................................................................... (19)附录A (21)附录B (22)附录C (23)附录D (24)1 绪论1.1 研究背景及目的随着社会的进步,科技的发展,机动车的数量越来越多,但机动车排放的也逐渐污染着我们的生活的环境.这一点令我们十分不满意.此时由于自行车队空气无污染,在一定程度上骑自行车还可以锻炼身体。

霍尔传感器测量车速系统设计摘要本文介绍了霍尔传感器测速的原理，设计了基于单片机AT89C51的测量车速系统。

完成了车速测量系统的硬件电路设计、霍尔传感器测量电路的设计、显示电路的设计。

测量转速的霍尔传感器和车轴同轴连接，车轴每转一周，产生一定量的脉冲个数，由霍尔器件电路局部输出幅度为12V的脉冲。

经光电隔离器后成为输出幅度为5V转数计数器的计数脉冲。

控制定时器计数时间，即可实现对车速的测量。

在显示电路设计中，通过1602实现在LCD上直观地显示车轮的转速值。

与软件配合，实现了显示、报警功能。

关键词：车速测量；霍尔传感器；单片机；89C51；LCDAbstractThis paper introduces the principle of the hall sensors, speed, the design based on single chip microputer AT89C51 measurement speed system. pleted the speed of the measurement system hardware circuit design, hall sensor measurement circuit design, display circuit design. Measurement speed hall-effect sensor and axle coaxial connected, every turn a week axle, produce a certain amount of the number of the pulse, the hall device circuit of the output amplitude for 12 V of the pulse. By photoelectric isolated after the output amplitude for 5 V bee number of turn counter pulse count. Control the timer counting time, to speed measurement can be realized. The display circuit design, through the 1602 to realize in LCD display directly on the wheel speed value. And with the software to display and alarm function.Key Words: Speed Measurement; Hall Sensor; Microputer; 89C51；LCD目录一、内容与要求错误!未定义书签。

目录1、设计背景 (1)2、欲实现功能 (3)3、系统硬件设计 (4)3.1系统框图及测速原理 (4)3.2单片机AT89C52 (5)3.3 OPTC光电断续器 (6)3.4 液晶显示LM016L (7)3.5 三端稳压集成器LM7805 (8)3.6电源 (8)4 、软件设计 (9)4.1 程序流程图 (9)4.2 C语言编程 (9)5 、系统仿真及调试 (10)6 、元器件清单 (11)7 、结语 (11)8 、附录 (13)附录1 实验仿真电路 (13)附录2 源程序 (14)9 、参考文献 (23)10 、致谢 (24)内容摘要随着居民生活水平的不断提高，家用轿车开始普及为人们娱乐、休闲代步的工具。

汽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、时间等物理量。

以便做出判断和采取必要的措施，以防止交通事故的发生。

测速仪作为汽车最基本、最重要的部件之一，在汽车的运行过程中起着至关重要的作用。

一个性能良好、测量精确、稳定的测速系统，从某种意义上说，直接影响着汽车乃至司乘人员的生命安全。

本论文主要阐述一种基于光电传感器的汽车测速仪的设计。

以 AT89C52 单片机为核心，OPTC 光断续器测转数，实现对汽车速度、时间的测量统计，并能将汽车的里程数及速度信息送单片机，并通过单片机输出驱动信号，用LCD实时显示。

文章详细介绍了汽车测速仪的硬件电路和软件设计。

硬件部分利用光电传感器组件将汽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C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：速度；时间；光断续器；单片机；LCD显示The car speedometer design based on the AT89C51ABSTRACTWith the developing of people’s life, the car is becoming the universal tool of transportation and substitute for walking and becoming the first choice of entertainment and exercising. The car speedometer can fulfill the basic need of people’s life, so that they can learn the speed、the mileage 、the time of the car. For that people could take some necessary measures in case of any accident happened by a dangerous speed. As one of the most basic and important part of a ca r, speedometer is taking an important role during the car’s running. To some extent, an accurate and stable speedometer has a effect on the driver’s life directly.In this paper, the car speedometer design based on the photoelectric sensor element is elaborated. By AT89C52 as kernel, using photoelectric sensor element to measure revolution, the measure and statistic are achieved. The car speed can be displayed on LCD. In this article, the hardware circuit and software design of car speedometer instrument are introduced in detail. About the hardware, the pulse number is transmitted of one cycle of the car into Single Chip Microcomputer system. Then the signal processed by Single Chip Microcomputer system is sent to display scream. About the software, in C language; the program is designed in the mode of modules. The system has simple hardware, common sub-program, and meets the demand of design.KEY WORDS:Mileage / speed; Time；temperature；photoelectric sensor element; Single chip microcomputer; LCD基于AT89C51的LCD数字测速仪1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，尤其是对出行的要求。

基于单片机与光电传感器的电动自行车速度/里程表设计作者：发布时间：2009-04-20 00:15:34来源：繁体版访问数：34张怀强周通陆坤何为民从保护环境和经济条件许可等因素综合来看，电动自行车目前乃至今后都有着广阔的发展空间。

目前市面上电动自行车的速度表和里程表都是机械的，看起来不够直观与方便。

如果能用led直接显张怀强周通陆坤何为民从保护环境和经济条件许可等因素综合来看，电动自行车目前乃至今后都有着广阔的发展空间。

目前市面上电动自行车的速度表和里程表都是机械的，看起来不够直观与方便。

如果能用led直接显示出来里程数或速度值，就可节省用户的时间及精力处理自行车行进过程中的突发事件。

本文介绍的速度与里程表设计以单片机和光电传感器为核心。

传感器将不同车速转变成的不同频率的脉冲信号输入到单片机进行控制与计算，再采用led模块进行显示，使得电动自行车的速度与里程数据能直观的显示给使用者。

系统概述本系统由信号预处理电路、单片机at89c2051、系统化led显示模块、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。

对待测信号进行放大的目的是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相连的ttl信号；通过单片机的设置可使内部定时器t1对脉冲输入引脚t0进行控制，这样能精确地算出加到t0引脚的单位时间内检测到的脉冲数；设计中速度显示采用led模块，通过速度换算得来的里程数采用i2c总线并通过e2prom来存储，既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。

系统的原理框图如图1所示。

图1 系统的原理框图工作原理该设计能实时地将所测的速度与累计里程数显示出来，主要是将传感器输入到单片机的脉冲信号的频率（传感器将不同车速转变成不同频率的脉冲信号）实时地测量出来，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led显示模块交替显示所测速度与里程。

自行车车速报警系统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。

自行车的速度里程表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、里程等物理量。

本文介绍了一种基于单片机控制的简易自动自行车速度以及里程计算系统，包括自行车里程表的硬件构成，软件逻辑以及程序代码。

该里程测速系统以AT89C51作为系统控制核心，采用光电传感器来检测信号，通过一定时间间隔内对信号的采集，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LCD以及LED上显示车辆行驶里程、平均速度和瞬时速度，并且具有超速报警功能。

文章详细介绍了自行车的速度里程表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。

【关键字】自行车测速；单片机；霍尔传感器，LCD/LED显示AbstractWith the continuous improvement of people's living standard, the bicycle is not only the com mon transport tools, but as people entertainment, leisure, exercise of choice. The speed of the bicycle speedometer can satisfy the basic need of people's life, so that people can clearly kno w the speed and the mileage of the physical quantities. A computing system based on single-c hip microcomputer to control the simple automatic bicycle speed and mileage, including bicyc le odometer hardware composition, software logic and program code are introduced in this pa per. The mileage speed measurement system based on AT89C51 as the system control core, p hotoelectric sensor is used to detect the signal, by a certain time interval of signal acquisition, with a bicycle wheel parameters, through the microcontroller to analyze and compute the sign al acquisition, eventually in the LCD and LED display vehicle mileage, average velocity and i nstantaneous velocity, and is speeding alarm function. This paper introduces the hardware circ uit and software design of the bicycle speed odometer. In the hardware part, the pulse number of the bicycle is transmitted to the single chip microcomputer system by Holzer element, and t hen the signal is processed and sent to the display device. The software part is programmed by assembly language, and the idea of modular design is adopted. The system hardware circuit is simple, the subroutine is universal, fully meet the design requirements.【Key words】bicycle speed measurement; MCU; Holzer sensor, LCD/LED display目录自行车车速报警系统摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (1)1.1课题背景介绍 (1)1.2课题研究意义 (1)1.3课题研究的主要内容 (1)第二章系统设计 (II)2.1设计任务与要求 (II)2.2总体设计方案 (II)第三章系统方案论证 (3)第四章系统硬件设计 (5)4.1硬件设计思路 (5)4.2霍尔传感器 (5)4.2.1霍尔传感器的介绍 (5)4.2.2霍尔效应 (6)4.2.3霍尔器件 (6)4.2.4霍尔传感器的分类 (7)4.2.5霍尔传感器的特性 (8)4.2.6传感器的选择 (9)4.3 主控芯片单片机的选择 (9)4.3.1 AT89C51的性能 (10)4.3.2 AT89C51的引脚结构 (10)4.4显示模块的选择 (11)4.4.1 1602字符型LCD简介 (11)4.4.2 1602LCD的基本参数及引脚功能 (11)4.4.3 1602LCD 显示模型 (14)4.4.4 LED显示模块 (14)4.5按键模块 (15)4.6 LED报警 (16)第五章系统软件设计 (17)5.1系统主程序流程图 (17)5.2数据处理子程序的设计 (17)5.3显示子程序设计 (20)第六章程序调试与分析 (23)总结 (24)致谢 (25)参考文献 (26)程序源代码 (27)第一章绪论1.1课题背景介绍自行车被发明及使用到现在已有两百多年的历史，这两百年间人类在不断的尝试与研发过程中，将玩具式的木马车转换到今日各式新颖休闲运动自行车，自行车发展的目的也从最早的交通代步的工具转换成休闲娱乐运动的用途。

基于单片机的电动自行车速度里程计设计摘要随着居民生活水平的不断提高，电动自行车不再仅仅是运输、代步的工具，而是成为人们娱乐、休息、锻炼的首选。

电动自行车的速度里程表能够让人们清楚的知道当前的速度、里程等物理量，方便了人们的生活。

本系统使用了七段LED 显示器的设计，能自动显示车辆行驶的总里程数及行车速度。

本文首先概述速度里程计的基本原理和特性，并且阐述选择霍尔旋转传感器的原因。

然后，本文讲述本系统中AT89C51的的基本工作原理和特性。

其次，本文详细阐述EEPROM存储器24C01的结构和原理。

在最后，详细的描述了系统主要程序的设计。

关键词：单片机AT89C51；霍尔传感器；EEPROM型存储器24C01；七段LED灯..目录1 引言 (1)2 系统总体概述 (2)2.1 工作原理 (2)2.11 原理框图 (2)2.12 原理介绍 (3)2.13 原理框图 (3)3 硬件介绍 (5)3.1 霍尔元件 (5)3.11霍尔器件 (5)3.12霍尔效应 (5)3.13 霍尔开关电路 (5)3.14旋转传感器 (6)3.2 LED数码管 (6)3.3 T89C51简介 (7)3.4 24C01简介 (10)4 软件设计 (14)4.1 系统内存的规划 (14)4.2程序介绍 (14)4.3主程序流程图 (15)4.4主程序 (15)结论 (29)1 引言自行车被发明及使用到现在已经有两百多年的历史了，这两百多年间人类在不断的尝试和研发过程中，就在最近十年的时间里，人们发明了电动自行车，因而，在世界引发了一场电动车的推广的热潮。

本课题所设计的电动车速度里程表的目的是为了让驾驶者能看到当前的行车速度和车辆累计行使的路程，并且能提醒驾驶者行车速度的限制和能达到在超出行驶速度时鸣叫报警以保证行车安全的目的。

本设计是基于单片机的车速里程表，采用霍尔型非接触式转速传感器。

控制器采用AT89C51单片机，传感器采用霍尔元件，显示器用AT89C51的P0口和P2口扩展。

基于AT89C2O51的电动车车速显示电路设计硬件说明书江苏广播电视大学五年制高职毕业设计说明书设计课题基于AT89C2051的电动车车速显示电路设计学校江苏城市职业学院年级城五07电子专业应用电子技术姓名黄俊欣学号 0726080107 指导教师蒋芳菲职称副教授二○一二年三月目录摘要 31 引言 411 选题背景 412 研究意义 413 研究内容 42 总体设计方案 63 系统单元模块概述831 传感器选择 832 单片机选型 1033 显示模块选型1034 报警电路选择1135 速度算法概述114 系统硬件设计1541单片机主控电路 1542 变换电路设计1843 传感器电路设计1944 信号处理电路设计2145 存储器电路设计2246 报警电路设计2447 显示电路设计2848 掉电保护电路设计2949 数据处理过程315 系统仿真与分析 3251仿真结果3252仿真分析336 小结34致谢35参考文献36附录B 电路图37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DCDC变换器1 引言11 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12 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13 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31 传感器选择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在黑色材料上打上等间距的小孔这样当小孔经过光敏电阻时光敏电阻根据光电流的变化发出脉冲从而测量里程方案二光电编码器光电编码器的工作原理与光电传感器一样不过它已将光电传感器电子电路码盘等做成一个整体只要用连轴器将光电传感器的轴与转轴相连就能获得多种输出信号它广泛应用于数控机床回转台伺服传动机器人雷达军事目标测定等需要检测角度的装置和设备中如图3-3所示是某光电编码器的外形图3-3 成品光电编码器将旋转编码器安装在车轴上这样每当车轮转过一定的距离编码器就会发出一个脉冲利用脉冲数对里程进行测量方案三霍尔传感器霍尔传感器是对磁敏感的传感元件常用于开关信号采集的有CS3020CS3040A04E等这种传感器是一个3端器件外形与三极管相似只要接上电源地即可工作输出通常是集电极开路OC门输出工作电压范围宽使用非常方便图3-4 霍尔元件和磁钢实际图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圆周上粘上一粒磁钢让霍尔开关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圆周上粘上多粒磁钢可以实现旋转一周获得多个脉冲输出单片机根据脉冲数来计算里程霍尔元件和磁钢如图3-4所示在粘磁钢时要注意霍尔传感器对磁场方向敏感粘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光敏电阻对光特别敏感当白天行驶时外界光敏电阻对光特别敏感当白天行驶时外界光源导致光敏电阻发出错误信号光敏电阻对环境的要求相当高如果光敏电阻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测量在雾天和雨天光敏电阻的测量的效果也不好而编码器必须安装在车轴上这样安装就会给用户带来很多不便霍尔元件不受天气的影响即便被泥沙或灰尘覆盖对测量也不会有任何影响由霍尔元件加整形电路构成的霍尔开关系统具有输出响应快数字脉冲性能好安装方便性能可靠不受光线泥水等因素影响价格便宜的优点所以本设计采用方案三霍尔传感器32 单片机选型速度里程测量电路选用AT89C2051 作为频率计的信号处理核心AT89C2051 包含2kB 闪存128B 的RAM15 根I O 口线2 个16 位定时计数器5 个向量二级中断结构和 1 个全双工串行口同时还具有加密阵列的二级程序存储器加锁功能设计中用到了AT89C2051 的T0T1 定时器和INT0 引脚以及P1 端口的6 个口线由于该单片机与89C51 相兼容因此在硬件电路设计和软件编程方面更加方便考虑到AT89C2051 本身固有的特点设计时需注意以下几点首先它的程序存储器空间为2kB 因此所有的跳转和分支转移指令都要限制在这个范围内其次它没有MOVX指令也就是说它不支持外部存储器操作这一点设计时定要考虑到此外AT89C2051 自身还有一些其它特点譬如可以使用命令使其工作在低功耗模式等单片机利用T0 定时器和INT0 引脚来测量输入方波信号周期而使用外部中断来控制定时器T0 是否开始定时当定时器T0 的运行控制位复位时不管P3 2 引脚是何值定时器都不工作只有当定时器T0 的运行控制位置位后才能根据P3 2 引脚状态来决定定时器是否工作当P3 2 引脚出现高电平时定时器T0 开始定时而在其出现低电平时定时器T0 停止工作并将测量信号的周期保存在定时器的16 位寄存器中系统初始化时可通过设置使T0 和T1 定时器工作在模式1 方式T1 定时器主要用于形成1 秒钟定时信号用以为测量里程提供时间条件33 显示模块选型单片机系统中常用的显示器有发光二极管LED显示器液晶LCD显示器等在这里由于单片机测速系统比较简单所以只考虑LED静态动态显示器和LCD显示器LED显示器工作方式有两种静态显示方式和动态显示方式方案一 LED静态显示器静态显示的特点是每个数码管的段选必须接一个8位数据线来保持显示字形码当送入一次字形码后显示字形可一直保持直到送入新字形码为止这种方法的优点是占用CPU时间少显示便于监测和控制缺点是硬件电路比较复杂成本较高方案二LED动态显示器动态显示的特点是将所有位数码管的段选线并联在一起由位选线控制是哪一位数码管有效这样一来就没有必要每一位数码管配一个锁存器从而大大地简化了硬件电路选亮数码管采用动态扫描显示所谓动态扫描显示即轮流向各位数码管送出字形码和相应的位选利用发光管的余辉和人眼视觉暂留作用使人的感觉好像各位数码管同时都在显示动态显示的亮度比静态显示要差一些所以在选择限流电阻时应略小于静态显示电路中的方案三用液晶显示器LCD显示信息LCD显示器工作原理就是利用液晶的物理特性通电时排列变得有序使光线容易通过不通电时排列混乱阻止光线通过说简单点就是让液晶如闸门般地阻隔或让光线穿透 LCD的好处有与CRT显示器相比LCD的优点主要包括零辐射低功耗散热小体积小图像还原精确字符显示锐利等LED背光源技术能够大幅度提升电视画面的对比度和色彩表现力同时具有节能环保等诸多优点势必成为未来电子显示技术的发展趋势LED技术具有非常明显的三大优势第一它显示的色彩更加丰富色彩数量可超过目前传统CCFL冷阴极荧光管背光灯的1倍以上第二LED背光源亮度可以随着画面亮度进行主动调节可节能30以上第三LED背光源不含铅和汞等有毒有害物质是真正的绿色环保光源LED技术的优势还在于LED比LCD更高的刷新速率使得LED在视频方面有更好的性能表现静态LED硬件电路比较复杂成本较高另外电动车速度是不断变化的明显用静态LED不合适所以我们在这个系统中采用动态LED34 报警电路选择为了让电动车的超速报警系统更加人性化该报警系统使用语音报警报警电路的核心是WTV040语音芯片之所以选择WTV040语音芯片作为电动车超速报警器电路的核心是因为WTV040语音芯片不仅仅能满足电动车超速报警器性能的各种要求而且芯片价格便宜外围电路简单容易制作最重要的是语音内容可以由自己决定选用35 速度算法概述速度测量是工控系统中最基本的需求之一最常用的是用数字脉冲测量某根轴的转速再根据机械比直径换算成线速度脉冲测速最典型的方法有测频率M 法和测周期T法M法是测量单位时间内的脉数换算成频率因存在测量时间内首尾的半个脉冲问题可能会有2个脉的误差速度较低时因测量时间内的脉冲数变少误差所占的比例会变大所以M法宜测量高速如要降低测量的速度下限可以提高编码器线数或加大测量的单位时间使用一次采集的脉冲数尽可能多T法是测量两个脉冲之间的时间换算成周期从而得到频率因存在半个时间单位的问题可能会有1个时间单位的误差速度较高时测得的周期较小误差所占的比例变大所以T法宜测量低速如要增加速度测量的上限可以减小编码器的脉冲数或使用更小更精确的计时单位使一次测量的时间值尽可能大本系统采用多倍周期法M法T法各且优劣和适应范围编码器线数不能无限增加测量时间也不能太长得考虑实时性计时单位也不能无限小所以往往候M法T 法都无法胜任全速度范围内的测量因此产生了M法T法结合的多倍周期法低速时测周期高速时测频率当车轮转动时霍尔元件输出连续脉冲信号此时的车速计算就是将脉冲频率转换为车轮的转速目前常用的转速计算方法有以下几种频率法周期法和多倍周期法在总结多倍周期法的计算原理分析计算误差的基础上提出了一种新的转速计算方法---转速计算的精度自适应方法这种方法在保证各频带转速计算精度的同时也能满足本系统检测的实时性的要求较好地克服了传统转速计算方法的局限性轮速V计算公式见式3-1 V2z f 3-1式中r滚筒半径z磁片数量f转速脉冲频率对于确定的系统2z为常数所以车速计算的误差分析转换成转速输出脉冲频率的误差分析对于转速低频测量周期法有较高的精度而对于转速高频测量频率法有较高精度因此如果把周期法与频率法结合起来采用转速脉冲周期倍乘的措施可以展宽转速测量范围提高测量精度这就是多倍周期法转速脉冲信号按固定分频数进行分频使得被测周期得到倍乘计算转速脉冲频率f 3-2式中周期倍乘数实际转速输出脉冲信号的周期T分频脉冲周期在实际的软件实现过程中分频脉冲周期T总是换算成N 个时标信号周期进行计算这时可认为代入式2-2有 3-3由于采用转速周期倍乘措施这样所测得的为个转速脉冲周期的平均值由于每个转速脉冲周期都存在着的误差如磁片在滚筒端面的圆周边缘分布不均匀等有正有负所以取个转速周期的平均值的误差必然小于单个周期的误差从而提高了转速测量的精度转速计算多倍周期法对于不同转速频率范围都能达到很高的测量精度但是由于这种方法对低频转速脉冲信号进行了倍乘所以多倍周期法在提高高额转速计算精度的同时拉大了低频转速计算的时间间隔从而降低了低速检测时的实时性具体测量原理如图3-5所示图3-5 多倍周期法测量原理图此方法是以多倍周期法为基础并结合转速的计算精度和检测的实时性的要求设计完成的这种方法和多倍周期法的区别在于多倍周期法的转速脉冲倍乘数为固定值造成了低速计算实时性差的歃点而精度自适应方法则克服了这一缺点在保证高速低速计算精度的同时很好地保证了低速检测的实时性此方法关键是式3-2中值的选取须根据精度的要求和时间限制等条件来确定首先为保证检测的实时性设定最大的测试周期为由时问限制条件可以确定的上限值为3-4 然后根据精度要求的限制条件可求出的下限值由式3-3可得3-5 由式3-5可知测量误差来自两部分一部分是时标信号脉冲计数误差N这种误差即±1字误差此时dN士1另一部分为时标精度误差这是一种常值误差通常单片机用晶体振荡器定时精度相当高保证在以下所以此项误差一般可以忽略根据以上分析误差主要来自时标信号脉冲计数误差即 3-6若精度要求为a即 3-7 3-8综合式3-4和式3-8即可确定值 3-9在实际计算过程中以每个测试周期中的第一个转速周期作为求解值的试算脉冲得到的下限值再由测试周期计算出的上限值从中取一个合适的整数值作为当前测试周期内的转速脉冲分颓值由于固定转速计算精度所以转速越高值越大转速越低值越小这样既保证了转速计算精度又提高了低速检测的实时性精度自适应方法的软件设计关键在于计算出每个测试周期内的的值由于在具体的检测系统中是已知的由式3-4可知求的上限值只须求出此测试周期内的值利用AT89C2051单片机中的定时器计数器T的门控位GATE测量INTOP32引脚上出现的转速脉冲宽度的值即为转速脉冲宽度的2倍同理利用的值可求出的下限值然后再用插值法从下限值和上限值得到一个整数值即为当前测试周期内的分频值求出值后再按多倍周期法的转速计算公式利用89C2051单片机的定时器计数器在时间内对时标脉冲进行计数其值为N这样即可求出车速4 系统硬件设计41单片机主控电路411 单片机概述AT89C2051是美国ATMEL公司生产的低电压高性能CMOS 8位单片机片内含2k bytes的可反复擦写的只读程序存储器PEROM和128bytes的随机数据存储器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存储单元功能强大at89c2051单片机可为您提供许多高性价比的应用场合它具有如下主要特性和MCS-51产品的兼容2K字节可重编程闪速存储器耐久性1000写擦除周期27V6V的操作范围全静态操作0Hz24MHz两级加密程序存储器128×8位内部RAM15根可编程IO引线两个16位定时器计数器六个中断源可编程串行UART通道直接LED驱动输出片内模拟比较器低功耗空载和掉电方式AT89C2051是一个有20个引脚的芯片引脚如图101所示与8051内部结构进行对比可发现AT89C2051减少了两个对外端口即P0P2口使它最大可能地减少了对外引脚因而芯片尺寸有所减少AT89C2051引脚图4-1所示图4-1 AT89C2051引脚图AT89C2051芯片的20个引脚功能为1 Vcc电源电压2 P1口P1口是一8位双向IO口P10和P11要求外部上拉电阻P10和P11还分别作为片内精密模拟比较器的同相输入AIN0和反相输入AIN1P1口输出缓冲器可吸收20mA电流并能直接驱动LED显示当P1口引脚写入1时其可用作输入端当引脚P12P17用作输入并被外部拉低时它们将因内部的上拉电阻而流出电流IIL P1口还在闪速编程和程序校验期间接收代码数据3 P3口P3口的P30P35P37是带有内部上拉电阻的七个双向I0引脚P36用于固定输入片内比较器的输出信号并且它作为一通用IO引脚而不可访问P3口缓冲器可吸收20mA电流用作输入时被外部拉低P3口引脚将用上拉电阻而流出电流IIL P3口还用于实现AT89C2051的各种功能如下表4-1所示P3口还接收一些用于闪速存储器编程和程序校验的控制信号4 RST复位输入RST一旦变成高电平所有的IO引脚就复位到1当振荡器正在运行时持续给出RST引脚两个机器周期的高电平便可完成复位每一个机器周期需12个振荡器或时钟周期5 XTAL1作为振荡器反相放大器的输入和内部时钟发生器的输入6 XTAL2作为振荡器反相放大器的输出。

电动自行车超速报警电路的硬件设计电动车已成为城市和乡村居民出行的重要交通工具，违规超速是行车过程中的一大隐患，极易造成交通事故。

在学习霍尔传感器原理的基础上，设计了超速报警电路的硬件部分，主要包括测速电路、超速报警语音电路和LED速度显示电路。

提高了电动车驾驶中的安全性，而且电路简单，适合于安装在电动车内。

标签：电动自行车；速度；霍尔传感器；报警；LED显示1 引言城市交通堵塞是近年来全国大部分城市普遍存在的难题，虽然道路狀况一直在改善，但远远赶不上车辆数目的增加。

上下班驾车或乘坐公交车被堵在车流中几乎是每个人每天都要面对的，尽管骑行电动车存在着舒适度的差异，特别是在炎热的夏季和寒冷的冬季，但为了赶时间，越来越多的人选择电动车出行，电动车还有着价格低廉、便于放置、灵活机动的优点，据报道目前中国电动自行车的保有量已超过两亿辆[1]。

虽然国家明文规定，电动车的行车速度最高不得超过20公里/小时，而且生产厂商设置了限速装置，但部分车主为了追求快捷，驾驶电动车的速度普遍远超这个数字，极易引发交通事故[2]。

据济南市槐荫区交警大队统计，今年1至7月份槐荫共发生致死车祸18起，21人在事故中不幸遇难，其中涉及电动车的死亡事故有10起，大部分是因为超速所造成的。

因此设计一个电动车速度检测与超速报警装置，并加装在电动车上，对于行车安全是非常重要的。

本文使用在物理课本中学到的A44E霍尔传感器测量电动车转速，并可以将电动车的速度以及里程数用LED实时显示，当出现超速时产生报警信号，提醒驾驶人降低速度。

2 测速报警原理霍尔传感器是利用霍尔效应制成的一种磁场传感器。

其工作原理：一个金属或半导体薄片置于磁场中，当薄片通以电流I时，在薄片的两个侧面上就会产生一个微量的霍尔电压U，如果改变磁场的强度，霍尔电压的大小也会随之改变[3]。

当磁场消失后，霍尔电压变为零。

霍尔传感器输出的信号是矩形脉冲信号，很适合于数字控制系统，用公式表示为U=K·I·B式中：K为霍尔器件的灵敏度系数；I为控制电流；B为磁感应强度。

× × × × ×大学大学生科技创新活动报告项目名称：电动车测速报警及限速系统项目成员：所在院系：专业班级：指导教师:目录一、摘要 (3)二、引言 (3)三、电路总体设计组成原理 (5)四、电路硬件分块设计 (5)（1）主控模块（2）信号采集模块（3）时钟模块（4）L ED显示模块（5）按键模块（6）报警模块（7）限速反馈模块（8）电源模块五、电路软件设计 (10)六、报告总结与展望 (11)七、参考文献 (12)摘要本次设计一种基于80C51单片机的测速报警系统，实现电动车的速度实时显示以及超速后的自行报警，并能通过反馈限制行驶速度。

帮助交通管理人员及时提醒过往车辆预防超速而出现危险，减少交通事故的发生。

也可以通过限速装置减少因为刹车失灵而出现的部分事故。

以保障驾驶人员的生命财产安全，减少损失。

ABSTRACTThe design of a speed alarm system based on 80 c51 single chip microcomputer, electric vehicle speed of real-time display and overspeed alarm itself, and can through the feedback limit speed. Help traffic managers timely remind vehicles to prevent overspeed and appear dangerous, to reduce the number of traffic accidents. Can also through the speed limiter to reduce part of accident because its brakes were broken. In order to ensure the life property safety of the drivers, reduce the loss.二、引言无论是城市还是乡村在经济的快速发展带动下，电动车数量越来越多，车速越来越快，这样对人的安全就会存在很多安全隐患还会造成威胁。

目录1 绪言 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 课题的主要任务及容 (1)2 电动电动自行车的速度里程表总体方案设计 (2)2.1 任务分析与实现 (2)2.2 电动自行车的速度里程表硬件方案设计 (2)2.3 电动自行车的速度里程表软件方案设计 (4)3 电动电动自行车的速度里程表硬件电路设计 (5)3.1 概述 (5)3.2 传感器及其测量系统 (5)3.2.1 霍尔传感器的测量原理 (5)3.3 单片机的原理及应用 (7)3.3.1 单片机原理简介 (7)3.3.2 单片机的引脚功能介绍 (8)3.3.3 单片机中断系统介绍 (10)3.3.4 单片机定时/计数功能介绍 (11)3.4 其他器件的介绍 (12)3.4.1 存储器的介绍 (12)3.4.2 74LS74芯片的介绍 (13)3.4.3 74LS244芯片的介绍 (14)3.5 单片机外围电路的设计 (14)3.5.1 时钟电路的设计 (14)3.5.2 复位电路的设计 (15)3.5.3 显示电路的设计 (16)3.5.4 报警电路的设计 (17)4 电动电动自行车的速度里程表软件程序设计 (18)4.1 概述 (18)4.2 电动自行车的速度里程表总体程序设计 (18)4.3 中断子程序的设计 (20)4.4 数据处理子程序的设计 (20)4.5 显示子程序的设计 (22)5 系统调试与分析 (24)6结论与展望 (26)6.1结论 (26)6.2 展望 (26)致 (27)参考文献 (28)附录 (29)1 绪言1.1 课题背景电动自行车被发明及使用到现在已有两百多年的历史，这两百年间人类在不断的尝试与研发过程中，将玩具式的木马车转换到今日各式新颖休闲运动电动自行车，电动自行车发展的目的也从最早的交通代步的工具转换成休闲娱乐运动的用途。

随着居民生活水平的不断提高，电动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。