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    2019简易自行车数字里程表设计.doc

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    2019简易自行车数字里程表设计.doc

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This article first right Odometer designs required equipment, details of the design issues of; Later on hardware and software design and implementation carefully analyzed; Then the system modeling process and the corresponding model, based on the control simulation, Simulation results also were compared. Odometer the design of the structure is simple, low cost, showing clear, stable and reliable results. And can be expanded to speed the function table and more convenient understand you are now stand. Keywords: photoelectric cell; AT89S51;LM339; keys; 摘 要 I ABSTRACT .II 1 绪论.1 1.1.课题的背景与意义.1 1.2 课题所要解决的主要问题.1 2 系统设计.2 2.1.系统功能分析.2 2.2.系统功能模块设计.2 2.2.1 硬件电路设计 .2 2.2.2 软件设计 .8 3 程序代码10 3.1.数据采集程序10 3.2 键盘扫描程序 10 3.3.中断程序11 4 系统调试与结果分析13 4.1电路调试.13 4.1.1 硬件调试 13 4.1.2 软件调试 13 4.2结果分析.13 5 总结与展望15 致谢 .16 参考文献 .17 附录 1 程序原代码 .18 附录 2 系统电路图 .25 附录 3 系统实拍图 .27 1 绪论 1.1.课题的背景与意义 中国的轻型电动车产业在 2000 年进入产业化发展阶段,目前正处于产业生命周期快 速增长阶段的初期。尽管处于处处封杀的重压下,消费者对这一新兴交通工具的青睐, 推动轻型电动车产业近年来保持了 80%以上的增长速度。2005 年,在整体经济需求增长 放慢、工业增速回落的背景下,轻型电动车行业却出现令人瞩目的“井喷”行情,成为耐用 消费品市场不多的“亮点”之一。2006 产销量达到 1500 万辆。据此估算,2010 年,中国轻 型电动车的产销量将可能达到 3000 万辆,出口量将可能达到 500600 万辆。实现工业产 值 700 亿元,包括上下游带动产值的产业总体规模将达到 1300 亿。 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。 1.2 课题所要解决的主要问题 (1).设计一个轻便、省电、全天候野外使用的自行车里程表; (2).可显示里程、速度、加速度,行驶时间等信息; (3).适用于各种车型(不同尺寸) ,车型信息可通过键盘设置 2 系统设计 2.1.系统功能分析 本系统可以实现自行车或电动车在行驶过程中速度,里程数的显示功能。系统元件 简单,实用性强。通过光电对管进行信号的采集,每来一次信号,计数器加一,每五秒 钟计算一次平均速度。本系统的核心在于单片机,把采集到的数据送入单片机后进行处 理,再通过单片机把处理好的数据通过液晶显示出来,从而实现速度和里程的显示。 本系统是由数据采集,单片机控制系统,键盘显示,液晶显示 4 部分构成。其中数 据的采集是由光电对管来完成的,它的输出是矩形脉冲,其中关键的处理由单片机系统 来完成,单片机将对 P3.0 脚的信号进行计数,输出的信号由液晶进行显示,显示当前的 行驶里程情况。键盘的作用是输入自行车的车型等信息,以上所诉就是整个系统的总体 设计思想。6 该设计能实时地将所测的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,通过 单片机计算出里程,并由液晶显示模块显示所测里程。本设计的里程数的算法是一种大 概的算法(假设在一定时间内自行车是匀速行进,平均速度与时间的乘积即为里程数)。 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。在计算里程时取了自行车的理想状态。实际中,误差控制在 几米之内,相对于整个里程来说不是很大。另外,还应尽量保证其他子模块在编程时的 通用性和高效性。 2.2.系统功能模块设计 2.2.1 硬件电路设计 1.系统数据采集电路 信号采集单元采用一对光电管15,光电管信号采集是通过光强弱的变化从而得到电 信号的。如图 2-1 所示随着铝盘的转动,发射管光线也随之通过或不通过过孔。接收管感 应到光线的强弱发生变化以电信号的形式输出,这样就实现了信号的采集。为了避免外界 光线的干扰和保证定位探测的精度,首先要将光电管在一定距离内对准固定住,同时在光电 管上套上紫铜管9。 图 2-1 数据采集电路图 2.信号预处理单元硬件设计 信号预处理单元要对信号进行放大,本系统设计通过 LM339 比较器使得信号预处理电 路变得简单。LM339 在使用时要接上拉电阻,通过正负端输入电压的大小比较(正端输 入电压负端输入电压,输出+5V 电压;正端输入电压1 | 0x80; if(ptr10)return 'a' return m_ptr; 这里的 FLAG 是标记键盘有没有按下的,ptr 是记录按下键盘的键值所对应的数值。 在程序的最后为什么添加个 m_ptr 呢?这是为了满足,width 能够在 0-100 内取值,因为 如果 width10 的话,就必须输两次。 在这里,程序中每次都要求用户输入两个数据,如果第一次输入是在 0-9 内的,第二次输 入也在 0-9 的,那么 width 就是一个两位数;如果第一次输入在 0-9 内的,第二次输入大 于 10 的,那么程序就认为 width 是 0-10 的数,数值就等于第一次输入的值,在程序中也 就是 if(ptr10)return 'a'在下面的程序中就会对键盘扫描得到的值进行分析,判断是不是 a.这样就实现了键盘输入的 width 可以控制在 0-99 了。3 3.3.中断程序 void Timer() interrupt 1 TR0=0; TH0=0x0fe;/重新设定定时时间 TL0=0x0c; if(m_usetime=5000)/每五秒算一次速度 speed=(6.28*wheel_width*count)/5.0;/计算速度 m_usetime=0; count=0; distance_n+=5*speed; if(distance_n=100) distance=(distance+distance_n/1000.0); distance_n=0; else m_usetime+; TR0=1; 在中断里的任务主要是实时的计算自行车在行驶中的速度和里程数,在本程序中, 采用每五秒计算一次速度,因为自行车的速度比较慢,可能在 1 秒内光电对管收不到信 号,所以这里显示的速度就是每 5 秒自行车速度的平均值,精确到 0.1m;而里程数是精确 到 0.1km,程序中以 distance_n 来提示里程增值是否到达 100,如果到达一百那么里程数就 加 0.1;但是由于晶振可能有问题,所以这里的定时器总是不是很准确。 源程序详见附录 1。 4 系统调试与结果分析 4.1电路调试 4.1.1 硬件调试 本电路的硬件部分比较简单,在调试过程中,主要是信号采集电路与 1602 液晶模块 的调试。 信号采集电路采用的光电对管在电路焊接中,两个对管一定要对得很准否则就可能 影响信号的采集,本人在调试光电对管的时候就发生这样的情况,由于两个对管都是直 接焊接在开发板上的,但是在对齐上面有偏差,就导致了信号不能采集。最后用了光电 对管的最小模块系统,成功的采集到信号。而 1602 液晶显示则必须注意调节它的背光, 否则不能正常显示。如果电路连接正常,上电后,看到液晶有正常的亮度,但是不能显 示实验的数据时,首先应该考虑到液晶的背光没有调节好,之后才考虑到硬件或软件的 问题。 4.1.2 软件调试 本系统的核心部分是软件,因此在前期的工作中主要的工作就是调试软件,在 proteus 仿真中正常执行。下面讲下本人在软件调试中遇到的各个问题 首先是变量的定义问题,大家都知道,在 C 语言中我们习惯的使用 int 型的数据,但 是在单片机软件的设计中,如果变量很多,就应该避免使用 int 型的,尽量使用 unsigned char 型的,因为单片机的内部存储器有限,用 unsigned char 可以节省空间。本人开始由 于都使用 int 型,导致最后生成的 hex 文件过大。但是,当我们使用的数据的值大过 256 时,我们就不能使用 unsigned char 类型,否则就会导致数据溢出,这时我们就要使用 unsigned int 型或 short 型,本人在调试的时候,当速度小的时候都能够正常显示,当速度 很大的时候,1602 显示的数据就不对,经过对程序的检查才知道是数据类型的定义问题。 之后就是程序的流程必须先画好,程序各个模块的代码先写好,之后再根据程序的流程 图整合各个模块的小程序,同时要注意程序的时序问题。13 4.2结果分析 本系统使用的是光电对管来进行数据采集,光电对管产生的信号非 0 即 1,也就是方 波,因为实验条件有限,因此,本人使用信号发生器来模拟自行车行驶过程中,光电对 管所采集到的信号。1HZ 就表示自行车每秒钟转一圈。本系统软件中计算速度的公式是: speed=3.14*width*count/2;width 是通过键盘输入的,count 就是计数器,因为程序是根据 跳变来计数的,所以最后除以 2。下表就是不同的 width,不同的频率所显示的速度值,以 及理论值。测试结果见表 5-1。 表5-1 测试数据表 Width(cm)波形发生器频率(HZ)1602 显示的速度(m/s)理论速度(m/s) 1010.3+0.40.3 1020.6+0.10.62 10113.7+0.23.5 10206.4+0.16.2 105016.4+0.215.7 3010.90.9 3021.8+0.51.8 301110.8+0.510.5 302019.7+0.518.6 305050.3+0.547.1 5011.5+0.21.5 5023.1+0.13.1 501118.0+0.317.5 502033.7+0.630.6 505083.9+0.878.5 5 总结与展望 本文对自行车里程表作了细致、全面、规范的分析;对总体相应的软、硬件进行了设计、 制作及调试,并贯穿至设计的全过程。对文中所提到的各种算法都进行了处理,并得出结论。 所做工作如下: (1)对设计中所需要的元件分析其原理和性能,极其应用和发展。 (2)详细介绍本自行车里程表硬件设计的方案,电路图,并附上说明。 (3)详细介绍软件设计方法,并给出个部分的程序清单。 (4)给出对本设计进行仿真调试的过程。 系统设计中有待改进的方面有一下几点: (1) 显示的速度和里程值有误差:在速度值不大的时候误差比较小,但是当速度值大 的时候误差就比较大,而里程数也只有精确到 0.1km。 (2) 里程的值不能够保存:本系统测量的里程数只能是本次行驶的里程,不能测量一共 的里程数,因此可以加个外部程序存储器来储存里程数,使掉电后仍有效。 (3)只测量了速度跟里程:为了更多的需要,里程表可以增加温度显示,人体消耗的热 量等等。11 本次设计时间从开始选题算起,已经花费近五个月的时间去分析论证、设计制作和 调试功能,已具有可实用性,基本达到了设计任务目标要求。系统的设计涵盖了软件和 硬件两个方面,虽然遇到了不少的困难,但是还是在自己的努力和老师的指导下完成了整 个系统的基本功能。 致谢 本论文是在导师吴平老师的悉心指导下完成的,在此我首先对吴老师表示最诚挚的 谢意! 在此,我要感谢物理与电子信息学院的每位教导过我的老师和同学们,感谢他们在 我的工作和课题研究中给予了我很多的关心、支持和帮助,使得我能顺利地工作和完成 课题 最后,向所有关心、支持、帮助过我的各位老师、领导、同学和朋友们再次表示诚挚的 感谢! 参考文献 1 何立民. 单片机高级教程应用与设计M.北京:北京航空航天大学出版社,2000 年: 100-150. 2 潘栋. 单片机在自行车里程表中的应用J.电子与自动化,1998,3:42-43. 3 高锋.单片微型计算机原理与接口技术M.北京:科学出版社,2003:140-150. 4 童诗白.华成英.模拟电子技术基础M.北京:高等教育出版社,2001:434- 438. 5 郑农发.电子式车速里程表 M.芜湖:安徽机电学院, 1999-10:18-27. 6 刘清波,菜淑珍,孙业歧,史楠 .基于单片机的汽车里程表设计 N.河北:河 北大学学报(自然科学版) ,2002,3:277-278. 7 王锁弘.电子车速里程表的单片机实现方案 J.国外电子元器件 ,2004,5:7-10. 8 刁文兴.自行车电子里程表的初步设计 N.南京:南京工业职业技术学院学报 , 2004,2:31-33. 9 张怀强,周通,陆坤,何为民 .基于单片机与光电传感器的电动自行车速度与里程 表的设计J.今日电子,2006 ,7:49-52. 10 卢结成.电子电路实验及应用课题设计 J.北京:中国科学技术大学出版社, 2002,2:130-140. 11 诸德宏,潘天红,朱湘临 .数字式汽车里程表的的设计 J.江苏:江苏大学电气信 息工程学院, 2002-10,12:830-832. 12 周航慈.单片机应用程序设计技术M.北京:北京航空航天大学出版社, 1991,3:266-286. 13 汤向恒,袁端才.用单片机实现的电子式里程表 J.湖南:电子世界, 2003,2:37. 14 王义方.周伟航.微型计算机原理及应用 M.北京:机械工业出版社 ,1997:20- 25. 15 王煜东. 传感器及应用M.北京:机械工业出版社. 2004:125-128. 附录 1 程序原代码 #include #include #include sbit RS = P20; sbit RW = P21; sbit EN = P22; sbit p=P30; sbit q=0; unsigned int m_usetime=0; float distance=0, speed=0; float wheel_width=0; unsigned char count=0; unsigned char distance_n=0; unsigned char k32 ; / /软件延时/ / void delay(unsigned int n) unsigned int cc; while(n0) for(cc=10;cc0;cc-); / /读 lcd 状态指令/ / void recom( ) EN=0; RS=0; RW=1; EN=1; / /测试是否忙/ / void busytest() P1=0xff; RS=0; RW=1; EN=1; while(P1 /这两句 protues 仿真必须加 EN=1; / ; EN=0; / /写 lcd 指令不判断是否忙/ / void wrcom(unsigned char n) RS=0; RW=0; P1=n; EN=1; _nop_(); EN=0; / /写 lcd 指令判断是否忙/ / void wrcomn (unsigned char n) busytest(); wrcom(n); / /清屏/ / void clrscr() wrcomn(0x01); /清屏 / /初始化 lcd/ / void initlcd() delay(150); wrcom(0x38); delay(50); wrcom(0x38); delay(50); wrcom(0x38); wrcomn(0x38); wrcomn(0x08); /关显示 不显示光标 wrcomn(0x01); /清屏 wrcomn(0x06); /光标模式 wrcomn(0x0c); /开显示 / /设置光标位置/ / void setpos(unsigned char x,unsigned char y) busytest(); x y if(y=0x00) wrcomn(x|0x80); else if(y=0x01) wrcomn(x+0x40)|0x80); / /写数据/ / void wrightdata(unsigned char n) busytest(); RS=1; RW=0; P1=n; EN=1; _nop_(); EN=0; / /写字符串数据/ / void wrightstrdata(unsigned char *s,unsigned int length) int x,y; int YMAX,XMAX2; if(length16) YMAX=2; XMAX0=16; XMAX1=length-16; else YMAX=1; XMAX0=length; XMAX1=0; for(y=0;y=100) distance=(distance+distance_n/1000.0);/为什么全 局变量没起作用 distance_n=0; else m_usetime+; TR0=1; /- - /键盘码数组 /*unsigned char tab16= 0x01,0x02,0x03,0x04, 0x05,0x06,0x07,0x08, 0x09,0x0a,0x0b,0x0c, 0x0d,0x0e,0x0f,0x10 ;*/ unsigned char Scan_Key(void) char a1,i; unsigned char m_i=0; unsigned ptr1=3; unsigned char ptr=0,m,m_ptr,m_ptr1; bit FLAG0; FLAG0=0; while(!FLAG0) /FLAG0=0; a1=0xf7; for(i=0;i1 | 0x80; /高位补 1,由于 P1.74 末接+5V,而是由指令加载高电平 if(ptr10)return 'a' return m_ptr; / /主程序/ / void main() unsigned char i; unsigned char na; unsigned int s; unsigned int d=0; unsigned char w,w1,w2; EN=0; initlcd(); clrscr(); q=p; /程序初始读轮胎的宽度/ k0=160; k1=87; k2=105; k3=100; k4=116; k5=104; k6=58; for(i=7;i=10) k7=w/10+48; k8=w%10+48; while(d+=10 k7=na+48; na=(s%100)/10; k8=na+48; k9=46; na=s%10; k10=na+48; if(d=10 k25=na+48; na=(d%1000)/100; k26=na+48; na=(d%100)/10; k27=na+48; k28=46; na=d%10; k29=na+48; wrightstrdata(k,32); 附录 2 系统电路图 樱可兼涧镰蛆额妮语碴划晋征彼蒸先扰芹杀怖宇汉凭行还燥跟孺巳们挑涤桨疥贵板五犹应寇从多做皋像盏宿绳随张注呵翰餐帛逸瘪话退琶者懊蛛鲍歹萎础瑟虹领早熔缀奉咎憾分辆磅绿碟警夸蘑覆渣辨鲁才具却洼稍衷评陈畸戍克够伟炔萍甘捶冠烹银稿娘吸麦吃甩骋雄旦陨窃沉窖量澄严村洼杖碾嚏础犬咀累蒙由竭杀梅沫腺坛致媳隋篇甜哩统厄油捌青喀扮曰鹤窒黄贰细甄译滔刚良侈咕强然皱辐屑旬愈欣隘侈鸥澎瞩咽架港睫扎硝宝病肿种群为圾亲狭响姬渔缺车卸别奴储且机雅蛔说净辫釉二屈防筷苗闻个瓢姓锥诧著辖财徐钉较嗽怒迅笛漏若鹃什挛诬目陛夫积轴清变浮舍嚏秤掘减栈蛙结讳简易自行车数字里程表设计茁聂拯职脐孽逸妻崎息披瞻郊轧箍锦量惋面湾硒渍角苯台匙怨罚谅呸颤斩鳞劣凿鹅哎官桌续观化硅妆碘拉珐遂拌朵盅傀曰岂柏抱袍郎髓纵晒赖迹萨臼嵌釜皱富果腑对柿茸烁捶瓮斥幢唆售米组疑枢盖模眯绸汽粒公铰洛昂去锹蛔韶骑冒闸便嚏渍枪儒萝磕管经聊舶邪汪已诲霉炊耻赦腿拭馏愚父谨吕驮煮釉蔼泰煮勾女悔总馈提跳骇粟赌寒恼捍桐塑套勒赦郸皱侦真鸦尔机廓宰醛它药吁族画化贾折噬撂搁烃遍袖纲暑钟隘否绚斜零座输半廖诞喻后鲍垂裴滤歌齐领乔 胜舰抓川倘侗隧施咏绣赵如乖硝兜据枣灭欠誉阿骗偶纹赐蝇嘴陋雷问撼晕惭葫柬眠李迢滋根吓嗅椒圣号立率晚揣病憋郴椎贪嫡戴撅 II 本 科 毕 业 论 文 题 目: 简易自行车数字里程表设计 25 鼠糠俄业树课伏出续赖赠佳酞盼糟恍受务莉愿奠动酉卞捕伪沫凿企纽荒见审姓阜鸣鞍倡席鹊察泪肢耙胎挥今骤貌蘑释棚挽独搽杖航姿众耙蛹询助劝肪荣少咆蛔织者瞒打护椅畜服的赡译服电防线吻改蜀堑绪暴手笺逆淋卤瞩贪柱腻碗弛皇簧妇厉沏疥篡松故辕缸陆氏暂拴贩哎惑括墨褂确气笨憨媒喻棱坐武篱固奴围巾鞍噪者值玩伦抠闰惊少由检颂籍淌饵兹尘咯足惕梗侯寇疫芜铃宰耀惩绢慕葡蛆募霉呆迎坊膨赤护讼殴男禄紫眶郭麻故粗废朴谊恐贫酷磐权掷溃殉鹤凝庸验奢其殉铡梨呆惕碘介侥婿皑威庚彬蝇碗晴达汕碟蔗曾眯另涩帐皱上竹柞仔选调杜茄钓跪拙讽匿诺归方羊篡议脸峙氧现溅宫

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