基于單片機的自行車碼表設計3

1、國家職業(yè)資格全國統(tǒng)一鑒定維修電工技師論文（國家職業(yè)資格二級）論文題目:基于單片機的自行車碼表設計姓 名：陳常東 身份證號：準考證號：所在省市： 山東省日照市所在單位：日照市工業(yè)學?；趩纹瑱C的自行車碼表設計陳常東日照市工業(yè)學校摘要：隨著人們生活水平的提高，健身又環(huán)保的戶外運動成為一種時尚，自行車騎行就是其中老少咸宜的運動。在騎行中，騎行者都希望知道當前的時間、天氣，和自己的騎行速度、里程、騎行時間等信息，本設計采用干簧管檢測、單片機進行數(shù)據(jù)處理、系統(tǒng)擴展DS1302時鐘芯片提供時間數(shù)據(jù)、DS18B20芯片提供溫度數(shù)據(jù)，采用1602液晶屏作為顯示器，可以綜合顯示上述信息，并設有按鍵進行設置，以適

2、應不同的車輛，同時留出來部分I/O接口可升級系統(tǒng)或后續(xù)開發(fā)。關鍵字：單片機 干簧管 液晶 程序當前，人們的生活水平普遍提高，休閑時間越來越充裕，城市建設也越來越注意環(huán)境的保護，這就為休息日人們出行消遣提供了條件。在路途不是很遠，交通比較順暢，而又風和日麗的日子里，相當一部分人會選擇既能健身又倡導環(huán)保主題的自行車騎行作為娛樂方式。在騎行中，騎行者都希望知道當前的時間、溫度、自己的騎行速度、騎行時間、騎行里程以及能量消耗等信息，當然市場上有各種碼表出售，功能有簡單也有很復雜的，使用上也很方便。但如果能自己制作一塊碼表，無疑更能增加騎行的樂趣。本文介紹了一款采用STC單片機、擴展DS1302時鐘芯片

3、、DS18B20溫度檢測和轉(zhuǎn)換芯片，采用干簧管做速度檢測，16*2字符型液晶顯示屏LCD1602顯示的碼表。一、系統(tǒng)總體設計方案1、設計要求總里程9999，單位km，占4個顯示位，可以輪流顯示或選擇顯示（用十進制數(shù)）：本次騎行里程9999，單位km，占4個顯示位，可以輪流顯示或選擇顯示（用十進制數(shù)）；測量間隔60分鐘以上視為新的騎行里程；當前騎行速度99，單位km/h，2個顯示位，選擇顯示或一直顯示；最大速度99，單位km/h，2個顯示位，選擇顯示或一直顯示；騎行時間當前行駛累計時間，XX時XX分XX秒方式；時間溫度當前的時間和環(huán)境溫度，時間XXhXXm只顯示時分，24小時制，溫度為XX；電源

4、使用一節(jié)手機鋰電池，體積小、結(jié)構(gòu)可靠，便于安裝及使用。2、方案分析1）速度測量原理假設車輪周長為c，測量自行車車輪轉(zhuǎn)過一圈的時間t，則速度V=c/t。也可以測量轉(zhuǎn)過多圈（如5圈）所用的時間取平均值。2）傳感器的選擇速度傳感器有三種選擇：一是紅外對管，其優(yōu)點是測量精度高，缺點是安裝比較復雜和容易受外來光線、灰塵等的影響；二是開關型霍爾傳感器，霍爾傳感器的優(yōu)點是穩(wěn)定和安裝簡易，缺點是成本較高；三是干簧管，干簧管的優(yōu)點是成本低廉和安裝簡易，缺點是比較脆弱和不夠穩(wěn)定。本里程表選用干簧管作為傳感器。給干簧管套上熱縮管，可克服其脆弱的缺點；軟件設計采用防抖可克服其不夠穩(wěn)定的缺點。3）顯示模塊的選擇里程表的

5、顯示內(nèi)容以數(shù)字為主，但同時顯示時間、溫度、總里程、速度和騎行時間，顯示信息量較大。利用LED數(shù)碼管可基本滿足使用要求，且成本較低。但數(shù)碼管的動態(tài)掃描的方式驅(qū)動數(shù)碼管，亮度太低，在陽光下幾乎看不見顯示內(nèi)容，失去使用價值，數(shù)碼管的靜態(tài)顯示，又需要龐大的單片機I/O口開銷，或者需要擴展芯片，增加的系統(tǒng)的復雜程度。且采用數(shù)碼管顯示的功耗高不適合以電池作為電源的設備。本設計采用LCD液晶顯示模塊。1602液晶顯示器在單片機設計中使用率較高，其具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等特點，可以同時顯示2行各10個字符，基本可以滿足碼表的顯示需要。3、功能和操作描述以AT89S52型單片機為核心，實時測量并顯示自

6、行車行駛過程中的各項參數(shù)，包括當前時間、環(huán)境溫度，當前騎行累計時間、當前騎行累計里程、總騎行里程、當前速度、最大速度、平均速度等，各參數(shù)同時或分屏顯示?？稍O置選擇自行車輪胎直徑，適應不同的自行車，通用性好。同時設計了時鐘和溫度計功能，不安裝在自行車上時也可作為時鐘使用，升級設計可以增加鬧鐘或其他定時提醒功能，系統(tǒng)實用性高。1）操作說明碼表板面如上圖所示，包括電源2pin排針、干簧管3pin排針、液晶顯示器、液晶背光開關、電源開關、電源LED指示燈、功能按鈕SW1-SW5、Reset按鈕。接通電源或按Reset后，顯示歡迎界面：2秒后進入設置界面，或者長按sw1進入設置界面：從時間設置的小時設置

7、開始，小時數(shù)字閃爍（可短按sw1切換下一設置）：按SW2-SW3分別加減當前設置項后，短按SW1確認并進入下一項。接著進入自行車輪胎半徑設置畫面：默認設置為61cm，對應24英寸自行車輪胎半徑。附：輪胎直徑大小英寸與厘米對照表英寸1618202224262828.5厘米4045505561667172按SW2、SW3從小到大從上表中選擇調(diào)整輪胎直徑后，短按SW1確認并進入下一項即重新開始時間設置，長按sw1退出設置，里程表開始工作。在正常工作中顯示主屏幕界面如下：按sw1-sw3任意按鍵循環(huán)顯示界面如下：在顯示上述界面時按下sw4退出當前顯示回到主界面。sw5按鍵備用以便系統(tǒng)初始化或升級。二、

8、芯片選擇1、STC89C52RC芯片STC89C52RC是一款低功耗、高性能8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器,512字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器，4K字節(jié)的EEPROM，掉電不丟失數(shù)據(jù)；有32條輸入輸出接口，一組全雙工串行口；內(nèi)部集成看門狗電路、三個16位內(nèi)部定時器/計數(shù)器、一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，可以提供4個外部中斷源；指令系統(tǒng)與INTEL的MCS51系列完全兼容，引腳排列(如右圖)也完全一致。另外STC89C52RC的工作電壓在3.3-5V之間，可以用單節(jié)手機鋰電池供電，同時支持低功耗模式，這一特點在移動設備中可以延長電源的使用時間。該芯片的驅(qū)動能力也較強，其I/O口的灌電流可達8m

9、A，足以驅(qū)動數(shù)碼管、液晶屏、蜂鳴器、小功率繼電器等設備而不需要額外的驅(qū)動模塊，極大的簡化的電路，提高了制作成功率和設備的可靠性。綜上所述，采用STC89C52RC的主要原因是：1）、程序空間足夠大，系統(tǒng)功能可以更豐富2）、有內(nèi)部EEPROM，掉電不丟失數(shù)據(jù)，可以存儲更多的騎行信息3）、驅(qū)動能力強，不需要增加驅(qū)動電路4）、有ISP功能，可以實現(xiàn)在系統(tǒng)編程，調(diào)試升級方便5）、價格便宜，單價在5元左右，而且市場極易買到。2、DS1302芯片DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、星期、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為2.

10、5V5.5V。采用三線接口與CPU通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。 DS1302 與微處理器進行數(shù)據(jù)交換時，首先由微處理器向電路發(fā)送命令字節(jié)，命令字節(jié)包含讀寫、地址、數(shù)據(jù)等信息，在下一個周期就可以發(fā)送或接受相應數(shù)據(jù)。選用DS1302的原因是： 1）、價格便宜，國產(chǎn)芯片的價格甚至不到1元 2）、電路簡單，與單片機可以直接接口 3）、編程簡單，可以讀取年月日時分秒等足夠的信息，單片機程序開銷小 4）、可加后備電池，便于保持時間。3、DS18B20芯片DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的單總線式數(shù)字溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強、接口簡單等優(yōu)點

11、，特別適用于構(gòu)成多點溫度測控系統(tǒng)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號（提供9位二進制數(shù)字）給單片機處理，且在同一總線上可以掛接多個傳感器芯片。選擇DS18B20是因為：1）、只需一條總線，接口簡單2）、直接接收溫度的數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)處理簡單。4、1602LCD液晶顯示模塊字符型液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等特點，是單片機應用設計中最常用的信息顯示器件。本碼表使用常見的1602字符型LCD模塊，可以顯示2行各16個字符，通過8條數(shù)據(jù)線和3個控制端來操作，同時有對比度調(diào)節(jié)和背光控制，也可以用開關獨立控制背光。本設計選用1602液晶屏幕而不是數(shù)碼管的原因如下： 1）、程序設計簡單，只需發(fā)送

12、數(shù)據(jù)即可保持顯示，不需反復掃描 2）、可同時顯示的信息量大 3）、LCD耗電少，適合以電池做為負載的設備。本設計使用1602也有幾點不足，1是成本比數(shù)碼管高，2是一般1602的工作電壓為5V，使用一塊手機鋰電池在低于4V時顯示效果不好，需要升級加升壓電路。5、干簧管干簧管是利用磁場信號來控制的一種線路開關元件。干式舌簧管以其結(jié)構(gòu)固有的特點，目前已被廣泛應用到各種自動化和微型化的自動控制零件及通訊檢測設備中，作為開關量檢測元件。在碼表中，干簧管安裝在自行車前叉貼近輻條的支架上，磁鋼安裝在輻條上。當磁鋼遠離干簧管時，干簧管斷開，單片機外部中斷0（P3.2）保持高電平。當磁鋼靠近干簧管時，干簧管閉合

13、，送一個下降沿信號給單片機的外部中斷0，產(chǎn)生一次中斷，程序計數(shù)車輪轉(zhuǎn)過一圈。三、硬件電路電路圖見附錄1電路簡介如下：1、速度檢測部分采用三線干簧管，分別接電源正負極和輸出的轉(zhuǎn)速信號。在磁鐵遠離干簧管時開關斷開，干簧管輸出高電平信號；當車輪轉(zhuǎn)動，磁鐵轉(zhuǎn)過干簧管時開關閉合，輸出低電平信號。檢測到的車輪轉(zhuǎn)數(shù)數(shù)據(jù)直接送入單片機外部中斷0（P3.2），由軟件進行計數(shù)和計算。2、單片機和顯示部分由單片機最小系統(tǒng)、標準LCD1602顯示模塊組成，單片機通過P0口送出8位地址信息和顯示數(shù)據(jù)，通過P2的部分端口選通和控制1602的顯示。顯示模塊設置對比度調(diào)整電位器、背光燈開關可單獨調(diào)整和控制，后續(xù)升級可全部通過

14、單片機進行控制。本設計中1602部分和單片機公用電源，但STC單片機可以工作于3.5V電源，但LCD的工作電壓為5V，低于4V時顯示對比度就很低了，所以后續(xù)升級應考慮增加升壓電路，以便于使用手機鋰電池供電。3、時間溫度部分 這一部分是DS1302和DS18B20的標準接法，各種資料很多，此處從略。四、程序參考1、程序功能框圖2、程序流程圖見附錄23、部分參考程序見附錄3附錄1：碼表電路圖附錄2：程序流程圖附錄3：部分參考程序/*=主程序=*/void main()/com=0; /將按鍵接地，模擬外部中斷/wr=0;addr=0x0000; /設置讀取第一扇區(qū)首地址time=0;TMOD=0x01;TH0=(65535-50000)/256; /*1s定時用定時器0*/TL0=(65535-50000)%256;EA=1; /*開總中斷*/ET0=1; /*開定時器0中斷*/TR0=1; /*起訂定時器0*/IT0=1; /*設置外部中斷1為下降沿觸發(fā)*/EX0=1; /*開外部中斷1*/Xdata=12000000;for(j=4;j>0;j-) /*每次上電讀取上次斷電前