自行车速度里程实时显示系统设计.doc
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1、2015届本科毕业论文(设计)学号: 本科毕业论文(设计) (2015届) 自行车速度里程实时显示系统设计 院 系 电子信息工程学院 专 业 电气工程及其自动化 姓 名 指导教师 职 称 副教授 2015年5月摘 要随着时代的发展,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
2、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
3、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。AbstractWith the development of the times,more andmorethe numberof moter vehicles,driving force isdue tothe combus
4、tion of gasolineandgasoline, directemissions of carbon dioxide and otherharmful gases into the air,causing airpollution is becoming more and more serious, the air we breathein the poisonous. In order to reducethe emission of toxic gases and made our aira littlefresh, especiallyincase ofneednot, peop
5、le useto reducemotor vehicle.The bicycle has become an essentialtoolfor people to travelthe riding instead of walking tool. The use of a bicycleno toxicgases, will not causepollution to the air,on the other hand, riding a bikecan alsoplay the role of physical exercise.The bicycle speedometer real-ti
6、me displayofsystem designis particularly important.The speed of the bicyclemileagedisplaysystem designedcanaccurately reflect the timeyou rideonthe speed and mileage.The speed of the bicyclemileage displaysystem based on single-chip microcomputeras the core,adopts the non-contact speed non-contact s
7、ensorsideHolz, where in the sensorto receive the information displayed on theLCD1602 LCD1602 liquid crystaldisplay speedofup link,down linkmileagedisplay.Themotor speed is adjustable,because the connection of sliding rheostatmotorcircuit, through thebarrierof mobilesliding rheostatresistance to chan
8、gethe size ofthe circuit,can changethe current in the circuit, the voltageto change the motorat both ends.The speed of the moter with voltage changes,the speedwillchange.The design of theC language programis compiledin keil software,keil software provides the environmentcompile and debugon the C lan
9、guage.Compile C language is very helpful to us.On thekeil software,a good grasp ofC language be of great advantageto us. Thedesign of the hardwarepart is composed of a single chip,circuit board,LCD display Holzer sensoretc.Of theseelements need to have a goodknowledge of welding,welding to usthrough
10、 this weldingtechnology has agood exercise.We arethecomponents of the welding of a certain understanding.Are very helpfulto our futurestudy and work.Key word:single chip microcomputer;sensor;resistance;LCD display.目 录1 绪论11.1 研究背景及目的11.2 研究方法.12 系统总体方案设计22.1 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
11、3 电机转速的显示.32.2 设计思路和方案32.3 系统的构成4 2.3.1 原理框图.53硬件电路设计63.1 电源电路63.2 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 3.3 LCD显示模块8 3.4 系统硬件设计94 系统软件设计114.1 程序设计流程图114.2 应用程序设计125 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 .19参考文献 20附录A21附录B.22附录C.23附录D.24 V
12、I 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。因此自行车不但是代步的工具,而且是成为人们休闲、锻炼和娱乐的首选。对自行车的速度里程实时显示系统的研究显得尤为重要,自行车的速度里程可以让人们骑车的时候了解到最基本的信息。从而对自己汽车的速度与体力的控制有很好的把握。自行车速度里程实时显示系统的核心是AT89C51,其中霍尔传感器测电机转数,实现对自行车速度与里程的测量统计,将自行车的速度里用LCD实时显示出来。电路中连接滑动变
13、阻器可以改变电路中电阻值的大小,则电机两端电压得到改变从而改变电机速度。1.2 研究方法测量电机转子速度的方法很多,但多数比较复杂。现在本设计利用元件如:万用板、AT89C51单片机、40脚IC座、液晶显示屏、电阻、3144霍尔传感器、12M晶振和电容等。通过用导线和焊锡将这些元件连接在一起构成一个自行车速度里程实时显示系统的模拟电路。其中AT89C51的主控电路为单片机目的是进行测速,可以使用简单的脉冲计数法。只要电机转轴每旋转一周,就会产生固定的多个或一个脉冲,将所得的脉冲送入单片机内即可进行计算,即可获得电机转速的信息,霍尔传感器非接触式测电机转速,测量数据通过液晶显示屏显示出来。LCD
14、1602液晶上行显示当前的速度,下行显示里程。因为电路中连接了滑动变阻器,通过移动滑动变阻器可以改变电机的速度。当我们给电机供电后,此时液晶显示屏将有数据显示出来,数据为0。当我们按下开关电机便开始转动,液晶显示器便开始显示速度与里程。2 系统总体方案设计2.1 系统分析给电机直接供电,此时电机不会转动,LCD显示屏上的上行和下行显示的数据都为零。按下开始按钮,如果电机获得的电压足够让它启动电机便开始转动。值得注意的是有时按下开始按钮电机并不转动,此时可以降低电路中电阻让其获得足够电压即可。还可以人工给电机一个起始动力,也可以让电机旋转。电机获得的电压的高低可以通过移动滑动变阻器来改变。移动滑
15、动变阻器时要缓慢移动,移动过快易损坏电机,同时移动滑动变阻器不能使电机中电阻过低,电流过大可能会烧坏电机。速度是工程上的一个常用参数。速度通常千米每小时或米每秒来表示,因此单位为km/h或m/s。有时也可用角速度表示,这时的单位相应为rad/s。里程用千米或米表示,单位为km或m。2.1.1 电机转速的测量系统重要处理的是将电机转速的物理量转换成数字信号从而在LCD显示屏上显示出来。这其中需要转换电路,将非电量信号转换为数字信号,要求这样的数字信号单片机可自动处理。同时电路中必不可少的元件还有霍尔传感器,它能将各种各样的物理信号转换成电信号。当今社会,随着科学技术的进步,传感器也获得的了飞速的
16、发展。现在的传感器各种各样各有各的功能及用途。目前的科学主要集中在使传感器小型化、功能强、成本低、使用寿命长。霍尔传感器对磁有着强烈的反应元件,日常生产生活中常用CS3020、CS3060等霍尔传感器作为开关信号的采集,这种传感器有三个端口,其外形与三极管极为类似,只要给传感器一端接上电源另一端接地,此时便可工作,输出信号是由集电极开路(OC)输出,工作电压范围宽,应用场合比较广。如图2.1所示是CS3020的实物图,将上面有字的朝外,从左向右的三个引脚依次是电源,地,输出。图2.1 霍尔传感器实物图 霍尔传感器可用于获取脉冲信号,其机械构造极为单一,只要在电机的旋转轴上由磁体部分,让霍尔传感
17、器靠近此磁体,因为霍尔传感器对磁敏感,此时霍尔传感器就有脉冲信号输出。如果让其不断的接近磁体此时就会有多个脉冲进行输出。因为霍尔传感器对磁较敏感,一定要排除周围磁体的干扰。这种传感器很少受外界环境干扰,如不受温度、湿度等干扰,因此在工业生产应用极为广泛。2.1.2 电机转速的处理使用51系列单片机对获得的数据进行处理。单片机可以处理二进制信号。2.1.3 电机转速的显示其中电机转速与里程的显示采用的是LCD进行显示。显示范围极为宽泛。2.2 设计思路和方案1、传感器在日常生产生活中应用极为广泛,其中的形式以及结构丰富多彩,这里就不进行一一列举,其原理大致相同,便是当发射管发射的光照射到接收管时
18、接收管便可看作电阻极小的导线,可将电路组成通路。反之,就可以看成电阻无限大的导线,连在电路上时电路相当于开路。下面以透射式为例,如下图2.2所示,当进行操作使受光部分无光照时,此时开关管就相当于关闭,即开路,否则就相当于通路。因此,不妨人工制作一个可以遮光元件如图2.3所示,将其安装在转轴上,当有遮光部分转过时,便可得到脉冲信号。其中叶片数越多时,当旋转一周获得的脉冲信号就越多,反之越少。 图2.2光电传感器的实物图 图2.3 遮光叶片的实物图2、对脉冲计数的计数电路进行的计数是有效的,根据设计要求计数器的清零每一次都需要在每一秒钟都要进行,因为电路执行的是秒更新,所以在计数器和译码电路之间
19、存在着锁存电路,锁存器的作用是计数器进行计数的过程中对上一次的数据进行锁存显示,这种处理数据不但解决了数码显示的逻辑混乱,而且有效地解决了数码显示的闪烁问题。3、脉冲记数有测周和测频两种方式。电路系统的脉冲产生电路控制测周电路的测量精度,相对于低频率信号,其测量精度较高。频率测量电路相对于正负信号差其感受能力极强。这点对频率较低的信号所产生的误差很大。但本电路是频率很高的,所以,适用于本电路。可以对本电路进行较准确地测量。4、电路的LCD显示使用的是静态显示,由于静态显示易于制作和调试,同时原理也较简单,元件很容易获得。5、整个系统的至为关键是时钟电路,也是整个电路有效工作的核心,主要作用是对
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