摩托車測速計的設(shè)計與制作畢業(yè)設(shè)計

常州工學院學士學位論文PAGE目錄第一部分設(shè)計任務(wù)與調(diào)研…………………3第二部分設(shè)計說明……………4第三部分設(shè)計成果……………9第四部分結(jié)束語………………13第五部分致謝……………………14第六部分參考文獻……………15

第一部分設(shè)計任務(wù)與調(diào)研設(shè)計任務(wù)摩托車等交通工具成為了當代人出行不可少的代步工具，像這種以車輪轉(zhuǎn)動前進的交通工具在行駛中不免要有時速表。以便于司機掌握車子的速度。本課題主要研究轉(zhuǎn)速的測量。通用于各類需要測轉(zhuǎn)速的環(huán)境中。轉(zhuǎn)速是各類車輪運行過程中的一個重要監(jiān)測量，目前國內(nèi)外常用的轉(zhuǎn)速測量方法有離心式轉(zhuǎn)速表測速法、閃光測速法、光電碼盤測速法和霍爾元件測速法等。本設(shè)計是基于單片機控制的摩托車速度測速，采用霍爾傳感器來檢測信號，使用AT89S51單片機采樣脈沖信號并計算每分鐘內(nèi)脈沖信號的數(shù)目，即摩托車車輪對應(yīng)的轉(zhuǎn)速值，最終系統(tǒng)通過數(shù)碼管實時顯示電機的轉(zhuǎn)速值，并且具有超速報警功能。該系統(tǒng)硬件電路簡單，子程序具有通用性，完全符合設(shè)計要求。2.設(shè)計調(diào)研摩托車等交通工具成為了當代人出行不可少的代步工具，像這種以車輪轉(zhuǎn)動前進的交通工具在行駛中不免要有時速表。以便于司機掌握車子的速度。本課題主要研究轉(zhuǎn)速的測量。通用于各類需要測轉(zhuǎn)速的環(huán)境中。

轉(zhuǎn)速是各類車輪運行過程中的一個重要監(jiān)測量，目前國內(nèi)外常用的轉(zhuǎn)速測量方法有離心式轉(zhuǎn)速表測速法、閃光測速法、光電碼盤測速法和霍爾元件測速法等。本設(shè)計介紹了一種基于AT89C51單片機的光電開關(guān)轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的設(shè)計。系統(tǒng)采用對射式光電開關(guān)產(chǎn)生與齒輪相對應(yīng)的脈沖信號，使用AT89C51單片機采樣脈沖信號并計算每分鐘內(nèi)脈沖信號的數(shù)目，即電機對應(yīng)的轉(zhuǎn)速值，最終系統(tǒng)通過數(shù)碼管實時顯示電機的轉(zhuǎn)速值。經(jīng)過仿真測試和軟硬件系統(tǒng)的搭建，本系統(tǒng)滿足設(shè)計要求，且結(jié)構(gòu)簡單、實用。系統(tǒng)在降低測速器成本，提高測速穩(wěn)定性及可靠性等方面有一定價值，具有廣泛的應(yīng)用前景

第二部分設(shè)計說明任務(wù)分析本設(shè)計的任務(wù)是：以51單片機為處理核心，用傳感器將車輪的轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換為電脈沖，進行處理后送入單片機。里程及速度的測量，是經(jīng)過MCS-51的定時/計數(shù)器測出總的脈沖數(shù)和每轉(zhuǎn)一圈的時間，再經(jīng)過單片機的計算得出，其結(jié)果通過LED顯示器顯示出來。本設(shè)計總體思路如下：假定輪圈的周長為L，在輪圈上安裝m個永久磁鐵，則測得的里程值最大誤差為L/m。經(jīng)綜合分析，本設(shè)計中取m=2.15。當輪子每轉(zhuǎn)一圈，通過開關(guān)型霍爾元件傳感器采集到一個脈沖信號，并從引腳P3.2中斷0端輸入，傳感器每獲取一個脈沖信號即對系統(tǒng)提供一次計數(shù)中斷。每次中斷代表車輪轉(zhuǎn)動一圈，中斷數(shù)n輪圈的周長為L的乘積為里程值。計數(shù)器T1計算每轉(zhuǎn)一圈所用的時間t，就可以計算出即時速度v。當里程鍵按下時，里程指示燈亮，LED切換顯示當前里程，與當速度鍵按下時，速度指示燈亮，LED切換顯示當前速度。

要求達到的各項指標及實現(xiàn)方法如下：

(1)利用霍爾傳感器產(chǎn)生里程數(shù)的脈沖信號。

(2)對脈沖信號進行計數(shù)。

實現(xiàn)：利用單片機自帶的計數(shù)器T1對霍爾傳感器脈沖信號進行計數(shù)。

(3)對數(shù)據(jù)進行處理，要求用LED顯示里程總數(shù)和即時速度。

實現(xiàn)：利用軟件編程，對數(shù)據(jù)進行處理得到需要的數(shù)值。

最終實現(xiàn)目標：摩托車的速度里程表具有里程、速度測試與顯示功能，采用單片機作控制，顯示電路可顯示里程及速度。

2.設(shè)計理論測速，首先要解決是采樣的問題。使用單片機進行測速，可以使用簡單的脈沖計數(shù)法。只要轉(zhuǎn)軸每旋轉(zhuǎn)一周，產(chǎn)生一個或固定的多個脈沖，將脈沖送入單片機中進行計算，即可獲得轉(zhuǎn)速的信息。常用的測速元件有霍爾傳感器、光電傳感器和光電編碼器。里程測量傳感器的選擇也有以下幾種方案：使用光敏電阻對里程進行測量、利用編碼器對車輪的圈數(shù)進行測量、利用霍爾傳感器對里程進行測量、利用干簧管型傳感器測量里程。

光敏電阻對光特別敏感，當白天行駛時，外界光源將導致光敏電阻發(fā)出錯誤信號；光敏電阻對環(huán)境的要求相當高，如果光敏或發(fā)光二極管被泥沙或灰塵所覆蓋，光敏電阻就不能再進行準確測量；而編碼器必須安裝在車軸上，安裝較為復(fù)雜；霍爾元件或干簧管不但不受天氣的影響，即使被泥沙或灰塵覆蓋也不會有影響，而且安裝方便。所以本設(shè)計采用霍爾元件對里程與速度進行測量，既簡單易行，又經(jīng)濟適用。

使用霍爾傳感器獲得脈沖信號，其機械結(jié)構(gòu)也可以做得較為簡單，只要在轉(zhuǎn)軸的齒輪盤上粘上一粒磁鋼，霍爾元件固定在前叉上，當車子轉(zhuǎn)動時霍爾元件靠近磁鋼，就有信號輸出，轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，就會不斷地產(chǎn)生脈沖信號輸出。如果在齒輪盤上粘上多粒磁鋼，可以實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)一周，獲得多個脈沖輸出。在粘磁鋼時要注意，霍爾傳感器對磁場方向敏感，粘之前可以先手動接近一下傳感器，如果沒有信號輸出，可以換一個方向再試。這種傳感器不怕灰塵、油污，在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用廣泛。

測量摩托車的速度的原理有兩種：（時間間隔t里摩托車車輪轉(zhuǎn)過的圈數(shù)q，假設(shè)車輪周長為c，則速度V=1）測量一定c*q/t；（2）測量摩托車車輪轉(zhuǎn)過一圈的時間t，則速度V=c/t。本設(shè)計是根據(jù)第一個原理計算速度的。速度等都是由霍爾元器件測量。通過頻率計或者按鈕輸出脈沖，代表車輪轉(zhuǎn)動圈數(shù)，已知摩托車輪胎的周長為2.15m，輪子每轉(zhuǎn)動一圈，安裝在車輪輻條上的磁鋼接近霍爾傳感器一次，傳感器送一個脈沖信號給單片機的外部中斷計數(shù)器T1，產(chǎn)生一次中斷，圈數(shù)加一。圈數(shù)*2.15即為車前進距離，而通過單片機T0定時器記錄時間，間隔5秒，5秒內(nèi)的前進距離除以時間5秒，得到5秒內(nèi)的當前速度。而總里程L除以總時間t得到平均速度。若速度大于25.2km/h（7m/s），LED警示燈亮，提示速度過大。3.設(shè)計思路本系統(tǒng)實現(xiàn)摩托車運行過程中對行駛里程、當前瞬時速度、平均速度進行測量和顯示?？傮w設(shè)計思路如圖所示。系統(tǒng)包括控制器模塊、信號檢測采集信號檢測采集模塊、顯示模塊、電源模塊四部分。如圖1電源模塊信號輸入模塊電源模塊信號輸入模塊控制器模塊顯示模塊系統(tǒng)工作時，采用12V的電池供電，進行穩(wěn)壓處理，將12V穩(wěn)降到5V以供單片機以及各芯片使用，傳感器采集到信號傳輸給單片機，單片機計數(shù)器統(tǒng)計脈沖個數(shù)，定時器記錄相應(yīng)時間長度，經(jīng)過運算，將速度送給送給7段數(shù)碼管顯示，根據(jù)設(shè)定的報警值決定報警燈的點亮情況。4.結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)總體設(shè)計的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。89C5189C51單片機電池供電LED顯示電池供電LED顯示霍爾傳感器霍爾傳感器報警輸出報警輸出時鐘時鐘圖2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)由霍爾元件傳感器、顯示模塊、LED報警模塊、供電模塊和單片機小系統(tǒng)構(gòu)成。5.速度測量原理測量摩托車的速度的原理有兩種：測量一定時間間隔t里摩托車車輪轉(zhuǎn)過的圈數(shù)q，假設(shè)車輪周長為c，則速度V=c*q/t；測量摩托車車輪轉(zhuǎn)過一圈的時間t，則速度V=c/t。本里程表是根據(jù)第一個原理計算速度的。6.顯示模塊的選擇ed數(shù)碼管（LEDSegmentDisplays）是由多個發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個筆劃，公共電極。led數(shù)碼管常用段數(shù)一般為7段有的另加一個小數(shù)點，還有一種是類似于3位“+1”型。位數(shù)有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等，led數(shù)碼管根據(jù)LED的接法不同分為共陰和共陽兩類，了解LED的這些特性，對編程是很重要的，因為不同類型的數(shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。圖2是共陰和共陽極數(shù)碼管的內(nèi)部電路，它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。顏色有紅，綠，藍，黃等幾種。led數(shù)碼管廣泛用于儀表，時鐘，車站，家電等場合。選用時要注意產(chǎn)品尺寸顏色，功耗，亮度，波長等。下面將介紹常用LED數(shù)碼管內(nèi)部引腳圖圖3LED數(shù)碼管內(nèi)部引腳圖第三部分設(shè)計成果1仿真運行圖2源碼#include<reg51.h>#defineuintunsignedint#defineucharunsignedchar#definemax_val250sbitspk1=P1^7;ucharcodetable[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f, 0x66,0x6d,0x7d,0x07, 0x7f,0x6f,0x00}; ucharcodechose[]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20};//ucharcodesel[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7};uintshu[6]={1,2,3,4,5,6};ucharq=0;uintcount,miaoshu,sv; //定義計數(shù)值，實際速度值，設(shè)定的額定速度值ucharsec,tcnt,flag,flag1;uchardisp_count;//延時1ms子程序voiddelay(ucharz){ ucharx,y; for(x=z;x>0;x--) for(y=110;y>0;y--);}//顯示子程序voiddisplay(uintb){ shu[0]=10; shu[1]=b/100; shu[2]=b%100/10; shu[3]=b%10; switch(disp_count) { case0: P2=chose[0]; P0=table[shu[0]]; break; case1: P2=chose[1]; P0=table[shu[1]]; break; case2: P2=chose[2]; P0=table[shu[2]]; break; case3: P2=chose[3]; P0=table[shu[3]]; break; default: break; } }//定時器中斷0子程序voidt0(void)interrupt1using0//定時T0中斷服務(wù)函數(shù){TH0=0x3C;TL0=0x0B0; tcnt++;//每過50MS加一 if(tcnt==40)//計滿40次（1/100秒）時 { tcnt=0;//重新再計 miaoshu=count; count=0; }}voidsdf(void)interrupt2using0//計數(shù)T1中斷服務(wù)函數(shù){ count=count+1; }voidInitTimer1(void){TH1=0x0EC;TL1=0x78;EA=1;ET1=1;TR1=1;}voidTimer1Interrupt(void)interrupt3{TH1=0x0EC;TL1=0x78;disp_count++; display(miaoshu);if(disp_count>4)disp_count=0;}/******************************************************/voidAlarm1(uchart) //報警子程序{ uchari,j; for(i=0;i<200;i++) { spk1=~spk1; for(j=0;j<t;j++); }}main(){IT1=1;TMOD=0x11;//計數(shù)器T1工作在方式TH0=0x3C;TL0=0x0B0; TR0=1;//開始定時 ET0=1;//允許T0產(chǎn)生中斷 EA=1; EX1=1;EA=1; InitTimer1(); sec=0; miaoshu=0;tcnt=0;count=0;sv=0; flag=0;while(1){if(miaoshu>max_val)Alarm1(120);else spk1=1; }}

第四部分結(jié)束語采用51單片機技術(shù)來實現(xiàn)摩托車轉(zhuǎn)速的測量，可以提高轉(zhuǎn)速的測量，可以提高轉(zhuǎn)速測量的精確度，并且加快了采樣的速率，具有較好的實時性。該設(shè)計的主要任務(wù)是開發(fā)一個以51單片機為核心摩托車車的速度測速計。本設(shè)計達到設(shè)計的指標，實現(xiàn)對摩托車里程/速度的計算功能，并用LED顯示，

當摩托車車輪轉(zhuǎn)動，小磁片滑過霍爾元件時，霍爾元件輸出一脈沖，可根據(jù)車輪周長計算里程，選擇不同的車輪周長，里程數(shù)的變化有所不同；當按下開關(guān)，顯示速度時，LED會根據(jù)轉(zhuǎn)速的不同顯示不同的數(shù)字。

在本次畢業(yè)設(shè)計中，介紹了一種基于51單片機的摩托車測速系統(tǒng)，該測速系統(tǒng)采用霍爾傳感器敏感速率信號，具有頻率響應(yīng)快、抗干擾能力強等特點?；魻杺鞲衅鞯妮敵鲂盘柦?jīng)信號處理后，通過單片機對連續(xù)脈沖記數(shù)來實現(xiàn)轉(zhuǎn)速測控，并且充分利用了單片機的內(nèi)部資源，有很高的性價比。經(jīng)過測試并對誤差進行分析發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)的測量誤差幾乎為0，并且在測量范圍內(nèi)轉(zhuǎn)速越高測量精度越高。所以該系統(tǒng)在一般的轉(zhuǎn)速檢測和控制中均可應(yīng)用。雖然本次畢業(yè)設(shè)計對硬件要求不高，主要是對于脈沖信號的處理、計算及顯示。但為了讓霍爾傳感部分測量的更加精確。也讓我們查找了很多資料，通過反相器可以讓輸出脈沖更加規(guī)范。通過軟件的調(diào)試，我發(fā)現(xiàn)程序中利用子程序的編程會讓程序不僅易讀，而且易于調(diào)試。通過本次畢業(yè)設(shè)計,我對單片機的工作原理和應(yīng)用有了深入的理解,掌握了單片機系統(tǒng)軟硬件設(shè)計的基本方法，對編寫程序等有了一定的認識。使我深刻體會到單片機技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛，也讓我了解到單片機技術(shù)對當今人們生活的重要性。

致謝非常感謝校領(lǐng)導和老師，給我們創(chuàng)造了一個學習機會，讓我在畢業(yè)的最后一段時間里學到了很多知識。本次通過摩托車測速計的制作是三年來學習過程中最涵蓋面最廣的一次設(shè)計，他不僅體現(xiàn)了我們對設(shè)計思考，更重要的是對我們?nèi)陙硭鶎W知識的實踐，經(jīng)過這一個月的緊張的畢業(yè)設(shè)計，使我在理論和動手能力上都有了進一步的提高。此次畢業(yè)設(shè)計的順利完成離不開指導老師的大力支持，在這里我特別感謝我的指導老師，是他將最新的畢業(yè)設(shè)計信息通知我們，并且在自己緊張的工作中，還盡量抽出時間關(guān)心我們畢業(yè)設(shè)計進度情況，監(jiān)督我們抓緊學習。在整個設(shè)計中，用我們以前學習的知識，最開始黃老師就教給了我們遇到問題，如何分析問題，解決問題的方法，