基于单机片自行车历程表系统设计

　　摘要：

自行车作为一种重要的旅游工具,即使在当今科学技术的快速发展下,在各种新型运输设备的激烈竞争中,也没有逐渐淡出人们的视野。相反,随着过去一段时间自行车共享的普及,自行车在人们日常生活中的重要性再次展现在我们面前。自行车系统的升级和自行车驾驶方式的改进已成为我们研究的主要问题。本文对智能自行车数字里程表的系统设计进行了研究和总结,指出了系统设计的总体方案和系统软件电路的测试与分析。基于单片机技术,对多功能自行车里程表进行了研究和设计。如果速度超过限制,仪表还可以及时提示报警信息。基于STC89S51单片机、NJK双线霍尔传感器和LCD1602液晶显示屏,设计了一个简单的自行车代码表,能够准确、快速、实时地显示自行车速度、总里程等信息。原理简单,安装方便,灵敏度高,能满足自行车爱好者的需求。

　　关键词：单片机；智能自行车；里程表设计；系统升级

　　第一章绪论

　　1.1引言

我们的国家是一个自行车大国。随着人们生活水平的不断提高,自行车不仅成为交通工具和交通工具,也成为人们放松、娱乐和锻炼的工具[1]。因此,人们希望越来越多的自行车功能,如娱乐、休闲和运动,能给每个人带来更多的健康和幸福。在这一背景下,多功能自行车里程表作为自行车的主要辅助工具得到了迅速发展。科学、美观、合理地设计自行车里程表具有重要的意义和实用价值。目前,里程表广泛应用于汽车和摩托车。它是一种精度相对较低的机械测量装置。它很少用于自行车。针对这种情况,有必要开发一种新型的自行车数字多功能里程表。

　　1.2研究背景

随着我国经济的快速发展,居民人均收入和消费水平显著提高,使人们的出行质量和出行环境要求越来越高。然而,车辆的迅速普及和机动车保有量的迅速增加,给大城市带来了越来越严重的交通拥堵和环境污染问题,严重影响了居民的出行环境”和质量。随着城市化和机动化的加快,机动车数量的不断增加,有限的城市交通能力难以维持。许多大城市越来越无法承受日益增加的交通压力,这最终使交通拥堵问题越来越严重。交通拥堵对人们的健康有害。交通拥堵使汽车长期闲置。此时,不完全燃烧产生的一氧化碳等有毒气体会对人体健康造成极大危害。同时,由于拥堵时间的不确定性,人们会产生焦虑和烦躁,进而产生焦虑、易怒等一系列负面情绪。特别是在长期拥堵的情况下,人们会变得容易冲动,一些轻微的摩擦可能会导致矛盾的升级和扩大,使原来的拥堵更加严重。传统上,解决交通拥堵的主要途径是增加交通供应。然而,根据著名的”丹斯丁格定律”,我们知道,新的和扩大的道路将导致新的交通量,导致交通需求趋于超过交通供应W。因此,缓解交通拥堵的政策和研究越来越倾向于交通需求管理。交通需求管理政策是指以政策为导向,通过成本、服务等因素影响旅客对出行方式、出行时间等的选择,促进交通需求与交通供给在时空上的平衡。

　　1.3研究意义

自行车作为一种重要的旅游工具,即使在当今科学技术的快速发展下,在各种新型运输设备的激烈竞争中,也没有逐渐淡出人们的视野。相反,随着过去一段时间自行车共享的普及,自行车在人们日常生活中的重要性再次展现在我们面前。进油计广泛应用于汽车和摩托车。它是一种精度相对较低的机械测量装置。在自行车中很少使用计肌量计。针对这种情况,有必要开发一种新型的自行车数字多功能里程表。本文对自行车里程表的数字显示进行了研究。基于单片机技术,设计了一种简单的自行车里程表,以STC89S51为处理器,采用NJK双线霍尔传感器和LCD1602液晶屏。该仪表可以准确、快速、实时地显示自行车速度和总里程的信息。

　　1.4国内外研究现状

英国著名经济学家皮古(1920年)在他的福利经济学中首次提出了道路通行费的概念。Walters_(1961年)和Vicrey_(1969年)分别在20世纪60年代发展了这一理论。他们也是自行车里程表的两个最具代表性的模型。沃尔特斯提出了边际成本固定价格模型(静态模型),认为拥堵定价应该是边际社会成本和边际个人成本之间的差异,为改造传统的拥堵奠定了基础将定价理论模型转化为一个实用的模型W.Vickrey,提出了瓶颈收费理论。他认为,拥堵定价应该以用户不收费时排队等候的时间成本为基础。W收费代替排队和等待时间成本,可以使均衡条件满足旅客的需求。旅行者还可以通过选择旅行时间和路线来最大限度地降低旅行成本。某种中国经济学家对拥堵定价研究较晚,但在拥堵定价理论方面取得了一些成就。分析了我国拥堵定价的可行性和必要性。黄海军和杨海将最优控制理论应用于拥堵定价研究。考虑到拥堵定价模型中的路段交通能量,扩大了边际收费原则的适用范围。他们还研究了不同路段属性和通行费与相同出行方式的结合。王健、胡云泉、安石在非总量模型的基础上得出结论,拥堵费的征收会导致公用事业功能的变化,最终影响交通结构的变化。刘廷婷等人提出了将拥堵费征收与公共交通发展结合起来的策略。研究了弹性需求下收费公路的双层规划模型。收费公路的高层模型不超过交通量。目标是最大限度地提高网络的净收入,目的是最大限度地降低较低模式的旅行成本。设计了一种遗传性模拟退火(GA-SA)混合优化算法来计算tw。钟少平和邓伟提出了动态拥堵定价策略,建立了包括多种交通方式在内的拥堵收费模式,分析了拥堵培训定价下不同旅客出行方式的选择。罗庆宇分析了影响居民出行的因素。根据2004年上海居民出行调查的数据,建立了多日志模型,预测拥堵收费对交通结构的影响。结果表明,收取拥堵培训费可以降低汽车在交通结构PW中的出行比例。徐旺等人利用多航海模型,结合北京中关村附近地区的交通法规数据,预测和分析拥堵收费对居民出行选择的影响。该结构表明,随着拥堵费的增加,汽车出行选择的比例越小,公共交通、步行和自行车出行选择PU的比例就越大。

　　1.5研究内容

第一部分阐述了本文的研究背景和意义,介绍了国内外里程表的研究现状、国外城市的实际情况和国内城市的探索,提出了基于本文的研究方案。并对本文的主要研究内容进行了总结。第二部分,研究总结了基于单片机的智能自行车数字里程表的系统设计。指出了系统设计的总体方案和系统软件电路的测试与分析。

　　第二章里程表的设计

近年来,随着经济的发展,电动车行业逐渐取代自行车成为车辆。自行车的使用不再那么流行,但人们对生活质量的要求越来越高,越来越重视健身和运动,自行车作为一种简单、低碳的生活代用工具是非常合适的。而自行车不仅是一种行走的工具,而且它的娱乐、休闲和锻炼功能也逐渐被人们挖掘出来。同时,使用自行车减少了汽车尾气的排放,并且可以更加环保。对于我们这样的大国来说,环境变得越来越重要。合理设计自行车代码表,不仅可以让自行车爱好者看到自己的速度,还可以记录下自己的旅程。本文为这些自行车爱好者设计了一个简单的代码表,可以显示每小时的速度和里程数。

　　2.1霍尔传感器的工作原理

霍尔传感器是一种能够实现磁电转换的传感器。它是一种基于霍尔效应的磁场传感器。它主要用于探测磁场及其变化。根据霍尔器件的功能,霍尔传感器可分为两种类型:霍尔线性器件传感器和霍尔开关传感器。前者输出模拟信号,后者输出数字信号。霍尔传感器电路包括信号放大电路和波形整形电路。放大测量信号的目的是为了减少它。

针对测量信号的振幅要求,采用波形转换和波形整形电路将放大信号转换为TTL信号,可与单片机连接,然后将检测到的脉冲信号输入到单片机,通过计算进行处理,以输出显示结果。霍尔元件由于具有静态、结构简单、体积小、频带宽、动态特性好等特点,在检测技术、自动控制技术和信息处理等领域得到了广泛的应用。动态范围宽、寿命长、非接触式测量。霍尔传感器的未来发展趋势将是高灵敏度、高精度和高稳定性。在微电子技术发展的基础上,将有更快的发展。。

　　2.2里程表系统设计方案

过去一段时间发布的摩托车禁令确实冲击了摩托车的发展,目前的环保方案促进了公交车的使用,但也在一定意义上促进了自行车的发展。自行车因其方便和环保,在人们的生活中占有绝对的地位。目前,通过对智能自行车的改进更加灵活,逐渐成为人们的短距离步行工具,传统自行车正逐渐减少了人们对当今生活的帮助,因此智能自行车的作用是无法发挥的忽视。特别是这种里程表系统的设计,对人们的日常生活和交通都有很大的帮助。这种里程表设计可灵活安装在自行车上,在使用过程中非常方便和方便。通过该技术的应用,用户可以很容易地了解运动的速度,使练习的距离得到全面掌握,并实现对骑行时间的合理控制和管理[1]。在操作过程中,有超速提示,这对骑自行车的人来说是非常安全的。作为一种新型的电子设备,自行车系统升级的好处是非常大的,为人们提供了更方便、更快捷的生活方式,保证了人们的出行安全。由于这种电子设备可以灵活地安装在自行车上,为用户带来了方便,为用户的安装和拆卸提供了方便。在设计成本方面,该技术还具有设计成本低的特点。它非常适用于企业的生产和自行车的应用。其未来的发展前景非常明确。该里程表系统的设计方案将在下面详细说明。本系统设计由两部分组成,一是硬件部分,另一部分是软件部分。并采用模块化设计方案,合理地将硬件和软件结合起来,形成系统,在系统中发挥重要作用。该系统的电路设计也很简单。下面将详细说明此设计的电路。硬件部分由单片机的各种较小的系统组成。每个功能电路在系统中都发挥着自己的作用,在系统的正常运行中发挥着重要作用。此外,软件部分使用的主要编程语言是C语言,它在实现软件的稳定性和效率方面发挥着重要作用。每个部分一起进行合理的调节和控制,以保持系统的稳定性。

本文选择STC89S51作为控制芯片。外围设备包括霍尔传感器、复位键LCD1602和报警。STC89S51使用8051片上可编程芯片,包括8KROM。是新一代的51台单片机,具有高速、低功耗的要求。霍尔传感器采用NPN型恒开接触。系统设计框图如图1所示。霍尔传感器收集车轮每个转弯所产生的脉冲,这些脉冲被处理并发送到单片机的外部柜台。复位按钮将程序中的寄存器清零,并保存数据,以便为下一次骑行做准备。Lc1602负责显示里程和速度。当车速超过一定限制或里程达到一定限制时,报警器会通知骑车人注意自身安全或适度锻炼。。

图1系统设计框图

　　2.3里程表系统硬件与软件设计方案

软件部分由主程序和定时器中断程序组成。计时器的时间为三秒。每三秒钟,程序自动进入中断程序来计算速度和里程数。中断程序根据三秒内收到的脉冲数计算自行车前轮滚动的次数,并根据周长计算公式计算3秒内的里程数。速度是通过将三十秒内的里程除以3(以年为单位)来获得的。转换后,得到kmh。保存第一个三秒里程,并在清除脉冲后,下一个三秒里程和上一个累积总和发送到LCD屏幕。。

2.3.1里程表系统硬件设计方案分析

单片机智能自行车的硬件系统比较专业,主要采用控制芯片是STC89C52。硬件处理数据的基础是电脉冲的计数方法。通过对霍尔传感器脉冲信号的采集和分析,对自行车的速度和车轮的速度进行了一定程度的转换,使数据可以应用于脉冲法。目前,这种数据处理方法是有效的,作为自行车数据处理的主要方法,在实际中得到了应用。此外,自行车的一些其他参数,如速度,时间和形成,将显示在时间表,仪表将记录和监测这些数据。

该系统由数据采集、单片机控制、LED数字显示、数据存储等四部分组成。数据采集由霍尔传感器完成,该传感器采集车轮旋转脉冲信号,将其输入MCU进行计算和处理,最后通过数字管显示速度、总里程等信息。霍尔传感器采集的脉冲信号输入MCU的外部中断INT0引脚,并通过中断由MCU计数。当计数脉冲达到1KM时,INT0应用中断一次,输出信号由LED数字管显示,以显示当前行驶里程。此驱动器后获得的数据存储在EEPROM中,因此可以再次计算根据这些数据发送的总里程数,以实现内存的目的。键盘的功能是提供人机界面来控制和切换整个系统的功能。该系统的工作原理如图2.2所示。。

图2.2系统工作原理

2.3.2里程表系统软件设计方案分析与研究

如上所述,里程表系统设计的软件部分主要用C语言编写,对维护软件的正常运行具有重要作用。以C语言为主体的软件编译设计思想是自上而下的,软件是通过模块化设计进行的。

传感器安装在缝隙中。该传感器由磁铁和霍尔传感器组成。磁铁通常安装在自行车的轮轴上,霍尔传感器通常安装在自行车的内部。它们的安装通常是通过最简单的粘贴方法完成的。该方法对节约成本具有重要意义。因此,企业可以达到扩大生产规模的目的,这也有利于这种传感器在自行车上的良好应用,并达到大规模市场应用的目的。在安装过程中,必须遵循以下要求:安装位置和安装方向。安装位置从传感器到轴中心的距离等于从磁铁到前轴中心的距离,使电感能够在最佳位置发挥其作用。此外,对传感器和磁体的安装方向也有一定的要求,即在粘贴之前,磁体需要靠近传感器。如果测试结果为0,则需要更改安装方向。通过合理调整传感器的方向,可以正确地使用传感器。在软件设备中,除了安装传感器外,还需要注意对系统进行检测和分析的需要。当设计和安装的智能自行车从第一棵树开始到第二课树时,就会显示跑步距离。显示的里程数与测量距离之间是否存在错误,或者里程计价器是否可靠,都是根据误差范围来判断的。。

2.3系统框图

图2.4系统工作框图

该系统的软件采用模块化软件设计方法。该软件主要由主程序软件、数据采集软件、数据处理软件和数据显示软件组成。(1)系统工作的一般过程图2.4系统框图系统的工作框图如图2.4所示。里程表可以实时测量传感器测量的脉冲信号的宽度,然后通过MCU计算速度和里程信息。数字管显示了该模块测量的实时速度。如果速度超过限制,蜂鸣器将提供语音报警提示。(2)主程序流程图系统的主程序完成了系统的自检查、初始化和调用系统的每个子程序的功能。主程序可以调用每个子例程,而不需要任何子例程调用。它是系统程序的核心部分。主程序首先实现了初始化功能,然后调用数据采集子程序、里程和速度处理子程序、数字显示子程序、报警子程序等。该系统的主要程序工作流程如图2.5所示。。

图2.5主程序流程

　　2.4程序设计

软件部分由主程序和定时器中断程序组成。计时器的时间为三秒。每三秒钟,程序自动进入中断程序来计算速度和里程数。中断程序根据三秒内收到的脉冲数计算自行车前轮滚动的次数,并根据周长计算公式计算3秒内的里程数。速度是通过将三十秒内的里程除以3(以年为单位)来获得的。转换后,得到kmh。保存第一个三秒里程,并在清除脉冲后,下一个三秒里程和上一个累积总和发送到LCD屏幕。程序流程图如图2所示。

图2程序设计流程图

程序是根据过程编写的。首先,它初始化相应的寄存器,然后等待相应的定时中断发生。最后,在3秒内计算出相应的瞬时速度和里程数。在计算了相应的瞬时速度后,存储的脉冲数为零,节省了相应的里程数和以前的累积量。本文的主要程序编写如下:

　　2.5硬件测试

焊接电路板并制作简单的代码表后,发现代码表的里程数和速度更新缓慢,这是由计时器计时器计时3秒引起的。稍后,代码表的计算周期可以更改为1.5秒,这使得更新速度更快。在错误方面,由于代码表制作起来相对简单,适合大学生自己学习,并满足了学习体育的两个要求。在测试距离的100米范围内,误差为(+6米)。瞬时速度误差为7%。由于外部计数器的采样频率有限,自行车前轮的直径约为60厘米,假设自行车以每秒40公里的速度运行,即11毫米,微控制器的外部计数器运行约6次,这在微控制器计数器的采集范围内。对于普通自行车爱好者来说,51台单片机已经足以满足相应的技术要求。如果要进一步提高性能,可以参考高端DSP或AVRMCU。。

　　第三章总结

目前,许多里程表设计都是通过机械或模拟数字电路实现的。这些里程表具有体积大、精度低、不直观、功耗高、功能少等缺点。单片机设计的里程表具有体积小、控制功能强等优点,具有多功能、低功耗、便携等特点。此外,里程表还能准确、实时地显示当前时间、总里程数、里程数、瞬时速度、平均速度等对于单片机自行车,我们应用了许多现代智能技术。通过这些技术的应用,自行车在现代生活中实现了智能化,自行车更适应现代科技的发展,在自行车的未来也有很大的优势。这种采用单片机的智能自行车在里程表设计上有了很大的改进和系统升级。它是自行车发展的一个重要里程碑。通过对系统的调试和仿真结果,可以更接近预期的测试结果。它在误差控制中发挥着重要作用,有效地提高了智能自行车的速度。设计了一个基于51单片机的简单自行车代码表,制作简单方便。对于喜欢骑行的大学生来说,用很少的钱就能自己做这样的标尺。特别是对于机电、电气、电子信息专业的学生来说,自己制作代码表,不仅可以帮助他们提高专业知识,还可以体验骑行的乐趣。它在运动和学习中也发挥着非常好的作用。在一定程度上,它具有很大的实践价值。。

　　致谢

时光飞逝，终于到了论文定稿的这一刻。虽然文章显得有些粗糙，但毕竟凝聚了自己的心血，在此谨向曾经关心、帮助、支持和鼓励我的老师、同事、同学、亲人和朋友们致以最诚挚的谢意和最衷心的祝福衷心感谢我的导师谢铁兔。老师对我两年来的学习、生活给予了悉心的关怀，在本论文的开题、写作、修改、定稿方面更是给予了悉心指导和匠心点拨，论文凝结着导师的汗水和心血。在这两年多的学习和生活过程中，我要向老师们表示衷心的感谢是他们给了我热情的关怀、支持和帮助，使我得以顺利完成学业。同时，衷心感谢我的父母、家人以及和我一起学习的各位同学，是他们在我学习和论文写作过程中，给予我了莫大的支持和鼓励。

最后，再一次感谢所有关心和支持我的人们，我一定会用所学知识更好地做好本职工作来报答你们。

　　参考文献

[1]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)．

[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)．

[3]刘清波，蔡淑珍，孙业歧，等．基于单片机的汽车里程表设计［J］．河北大学学报:自然科学版，2002(3)．

[5]刘勇.基于89C52单片机的多功能自行车码表[J].数字技术与应用,2012.

[6]赵小兰等.多功能自行车码表设计设计与研发,2013

[7]杨凯周岳斌基于STC51单片机的自行车码表设计[J].机械管理与开发,2015.

[8]王立文.车速里程表的工作原理及速比的计算方法[J].黑龙江科技信息,2010.

[9]张雄星,王超,陈超多功能自行车里程表系统设计[J].信息技术.

[10]李娟一种廉价的基于霍尔元件的电机测速装置的实现[J].仪表技术与传感器,2002.

[11]王艳基于AT89C52自行车里程/速度的设计和制作[J].技术信息,2010.

[12]吴健,侯文基于STC89C52单片机的温度控制系统[J].电脑知识与技术,2011.

[13]李广第等单片机基础[M].北京:北京航空航天出版社,2001.

[14]李平等单片机入门与开发[M].北京：机械工业出版社,2008.

[15]杨继生,刘芬.霍尔传感器A44E在车轮测速中的应用研究[J].电子测量技术，2009,32(10):100-102.

[16]路国庆,赵晓博,胡立强等.脉冲检测方法在霍尔传感器在里程表中的应用[J].机械设计与制造,2009(1):87-89.

[17]赵树磊,谢吉华,刘永峰.基于霍尔传感器的电机测速装置[J].江苏电器,2008,28(10):53-56.

[18]庞雨晴．我国实行交通拥墙费政策的可行性分析［Ｊ］．安徽行政学院学报，２０１４（４）：１０７－１１１．巧鲍丹，魏薇．人民日报谈交通拥堵费：让有车族承担社会成本［Ｎ］．人民日报，２０１２－０９－１６．

[19]欧国立．关于构建城市交通政策综合体系的理性思考阴．上海城市管理职业技术宁院学报》２００７（３）：２４＞２７．

[20]罗铭．交通需求管理及其在北京奥运交通中的应用研巧Ｐ］．北京工业大学三００４．

[21]句王健，胡运权．城市道路拥挤定价中的交通需求分析［Ｊ］．数量经济技术经济严究方）０３（７）：４４-４９．

[22]王健度实．基于财政补贴的拥挤定价下公交收费策略研究内．管理工程学报ｊ００６（２）：８４－８７．

[23]刘婷婷，邓克涛．收费道路均衡配流的双层规划模型分析［Ｊ］．交通科技与经济，２００８（６）：６８－７０．

[24]钟绍鹏，邓卫．动态多用户类型和多模式拥挤收费模型［Ｊ］．东南大学学报（自然科学版）．２００８，３８（５）：８６７－８７２．

[25]罗清玉．城市道路拥挤收费关键理论问题研究［Ｄ］．吉林大学，２００８．

[26]许旺王，何世伟，朱瑞．考虑拥挤收费的非集计交通方式分担模型研究心．交通运输系统工程与信息，２００８（３）：９６－１０２，

[27]张毅彬．通过型城市主干道分时段拥挤收费费率研究［Ｄ］．同济大学，２００８．

[28]王堇玉．交通拥挤收费措施效益分析及借鉴与建议机．政策论坛，２０１２（７）：３３－３６．

[29]张智勇．道路拥挤收费实施的可行性研究［民］．北京工业大学交通研究中心、，２０１１．

[30]欧国立．合作博弈集体理性与城市交通效率机．中国地质人学学报（社会科版学版）２０〇Ｗ）：３１．口別陆化普交通规划理论与方法［Ｍ］．北京褲华大学出版化１９９８，。：７－１別．

[31]关宏志．非集计模型［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００４．

[32]李志方，钟洪声．圧ＥＥ８０２．１５．４的ＣＣ２５３０无线数据收发设计机．单片机与嵌入式系统应用，２０１１（０７）：４３－４５．

[33]糞文超，吴猛猛，刘双双．基于ＣＣ２５３０的无线监控系统设计与实现ｔｎ．电子测量技术，２０１２（０６）：３３－３６＋４９．