摩托车测速计的设计与制作毕业设计.doc

目 录第一部分 设计任务与调研3 第二部分 设计说明4 第三部分 设计成果9 第四部分 结束语13 第五部分 致谢14 第六部分 参考文献15第一部分 设计任务与调研1. 设计任务 摩托车等交通工具成为了当代人出行不可少的代步工具，像这种以车轮转动前进的交通工具在行驶中不免要有时速表。以便于司机掌握车子的速度。本课题主要研究转速的测量。通用于各类需要测转速的环境中。 转速是各类车轮运行过程中的一个重要监测量， 目前国内外常用的转速测量方法有离心式转速表测速法、闪光测速法、光电码盘测速法和霍尔元件测速法等。本设计是基于单片机控制的摩托车速度测速，采用霍尔传感器来检测信号，使用AT89S51单片机采样脉冲信号并计算每分钟内脉冲信号的数目，即摩托车车轮对应的转速值，最终系统通过数码管实时显示电机的转速值，并且具有超速报警功能。该系统硬件电路简单，子程序具有通用性，完全符合设计要求。2.设计调研 摩托车等交通工具成为了当代人出行不可少的代步工具，像这种以车轮转动前进的交通工具在行驶中不免要有时速表。以便于司机掌握车子的速度。本课题主要研究转速的测量。通用于各类需要测转速的环境中。 转速是各类车轮运行过程中的一个重要监测量，目前国内外常用的转速测量方法有离心式转速表测速法、闪光测速法、光电码盘测速法和霍尔元件测速法等。本设计介绍了一种基于AT89C51单片机的光电开关转速测量系统的设计。系统采用对射式光电开关产生与齿轮相对应的脉冲信号，使用AT89C51单片机采样脉冲信号并计算每分钟内脉冲信号的数目，即电机对应的转速值，最终系统通过数码管实时显示电机的转速值。经过仿真测试和软硬件系统的搭建，本系统满足设计要求，且结构简单、实用。系统在降低测速器成本，提高测速稳定性及可靠性等方面有一定价值，具有广泛的应用前景 第二部分 设计说明1. 任务分析 本设计的任务是：以51单片机为处理核心，用传感器将车轮的转数转换为电脉冲，进行处理后送入单片机。里程及速度的测量，是经过MCS-51的定时/计数器测出总的脉冲数和每转一圈的时间，再经过单片机的计算得出，其结果通过LED显示器显示出来。 本设计总体思路如下：假定轮圈的周长为L，在轮圈上安装m个永久磁铁，则测得的里程值最大误差为L/m。经综合分析，本设计中取m=2.15。当轮子每转一圈，通过开关型霍尔元件传感器采集到一个脉冲信号，并从引脚P3.2中断0端输入，传感器每获取一个脉冲信号即对系统提供一次计数中断。每次中断代表车轮转动一圈，中断数n轮圈的周长为L的乘积为里程值。计数器T1计算每转一圈所用的时间t，就可以计算出即时速度v。当里程键按下时，里程指示灯亮，LED切换显示当前里程，与当速度键按下时，速度指示灯亮，LED切换显示当前速度。要求达到的各项指标及实现方法如下： (1)利用霍尔传感器产生里程数的脉冲信号。 (2)对脉冲信号进行计数。 实现：利用单片机自带的计数器T1对霍尔传感器脉冲信号进行计数。 (3)对数据进行处理，要求用LED显示里程总数和即时速度。实现：利用软件编程，对数据进行处理得到需要的数值。 最终实现目标：摩托车的速度里程表具有里程、速度测试与显示功能，采用单片机作控制，显示电路可显示里程及速度。 2.设计理论 测速，首先要解决是采样的问题。使用单片机进行测速，可以使用简单的脉冲计数法。只要转轴每旋转一周，产生一个或固定的多个脉冲，将脉冲送入单片机中进行计算，即可获得转速的信息。常用的测速元件有霍尔传感器、光电传感器和光电编码器。里程测量传感器的选择也有以下几种方案：使用光敏电阻对里程进行测量、利用编码器对车轮的圈数进行测量、利用霍尔传感器对里程进行测量、利用干簧管型传感器测量里程。 光敏电阻对光特别敏感，当白天行驶时，外界光源将导致光敏电阻发出错误信号；光敏电阻对环境的要求相当高，如果光敏或发光二极管被泥沙或灰尘所覆盖，光敏电阻就不能再进行准确测量；而编码器必须安装在车轴上，安装较为复杂；霍尔元件或干簧管不但不受天气的影响，即使被泥沙或灰尘覆盖也不会有影响，而且安装方便。所以本设计采用霍尔元件对里程与速度进行测量，既简单易行，又经济适用。 使用霍尔传感器获得脉冲信号，其机械结构也可以做得较为简单，只要在转轴的齿轮盘上粘上一粒磁钢，霍尔元件固定在前叉上，当车子转动时霍尔元件靠近磁钢，就有信号输出，转轴旋转时，就会不断地产生脉冲信号输出。如果在齿轮盘上粘上多粒磁钢，可以实现旋转一周，获得多个脉冲输出。在粘磁钢时要注意，霍尔传感器对磁场方向敏感，粘之前可以先手动接近一下传感器，如果没有信号输出，可以换一个方向再试。这种传感器不怕灰尘、油污，在工业现场应用广泛。测量摩托车的速度的原理有两种： （时间间隔t里摩托车车轮转过的圈数q，假设车轮周长为c，则速度V=1）测量一定c*q/t；（2）测量摩托车车轮转过一圈的时间t，则速度V=c/t。本设计是根据第一个原理计算速度的。 速度等都是由霍尔元器件测量。通过频率计或者按钮输出脉冲，代表车轮转动圈数，已知摩托车轮胎的周长为2.15m，轮子每转动一圈，安装在车轮辐条上的磁钢接近霍尔传感器一次，传感器送一个脉冲信号给单片机的外部中断计数器T1，产生一次中断，圈数加一。圈数*2.15即为车前进距离，而通过单片机T0定时器记录时间，间隔5秒，5秒内的前进距离除以时间5秒，得到5秒内的当前速度。而总里程L除以总时间t得到平均速度。 若速度大于25.2km/h（7m/s），LED警示灯亮，提示速度过大。3.设计思路 本系统实现摩托车运行过程中对行驶里程、当前瞬时速度、平均速度进行测量和显示。总体设计思路如图所示。系统包括控制器模块、信号检测采集信号检测采集模块、显示模块、电源模块四部分。如图1电源模块信号输入模块控制器模块显示模块 图1 系统工作时，采用12V的电池供电，进行稳压处理，将12V稳降到5V以供单片机以及各芯片使用，传感器采集到信号传输给单片机，单片机计数器统计脉冲个数，定时器记录相应时间长度，经过运算，将速度送给送给7段数码管显示，根据设定的报警值决定报警灯的点亮情况。4.结构框图系统总体设计的结构框图如图2所示。89C51单片机电池供电LED显示霍尔传感器报警输出时钟 图2系统结构框图 系统由霍尔元件传感器、显示模块、LED报警模块、供电模块和单片机小系统构成。5.速度测量原理测量摩托车的速度的原理有两种：测量一定时间间隔t里摩托车车轮转过的圈数q，假设车轮周长为c，则速度V=c*q/t；测量摩托车车轮转过一圈的时间t，则速度V=c/t。本里程表是根据第一个原理计算速度的。6.显示模块的选择 ed数码管（LED Segment Displays）是由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。led数码管常用段数一般为7段有的另加一个小数点，还有一种是类似于3位“+1”型。位数有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等，led数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类，了解LED的这些特性，对编程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。图2是共阴和共阳极数码管的内部电路，它们的发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已。颜色有红，绿，蓝，黄等几种。led数码管广泛用于仪表，时钟，车站，家电等场合。选用时要注意产品尺寸颜色，功耗，亮度，波长等。下面将介绍常用LED数码管内部引脚图 图3 LED数码管内部引脚图 第三部分 设计成果1 仿真运行图 2 源码#include #define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define max_val 250sbit spk1=P17;uchar code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f, 0x66,0x6d,0x7d,0x07, 0x7f,0x6f,0x00; uchar code chose=0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20;/uchar code sel=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7;uint shu6=1,2,3,4,5,6;uchar q=0;uint count,miaoshu,sv; /定义计数值，实际速度值，设定的额定速度值uchar sec,tcnt,flag,flag1;uchar disp_count;/延时1ms子程序void delay(uchar z)uchar x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-);/显示子程序void display(uint b)shu0=10;shu1=b/100;shu2=b%100/10;shu3=b%10;switch (disp_count)case 0:P2=chose0; P0=tableshu0;break;case 1:P2=chose1; P0=tableshu1;break;case 2:P2=chose2; P0=tableshu2;break;case 3:P2=chose3; P0=tableshu3;break;default:break; / 定时器中断0子程序void t0(void) interrupt 1 using 0 /定时T0中断服务函数 TH0 = 0x3C; TL0 = 0x0B0;tcnt+; /每过50MS加一if(tcnt=40) /计满40 次（1/100 秒）时tcnt=0; /重新再计miaoshu=count;count=0;void sdf(void) interrupt 2 using 0 /计数T1中断服务函数 count=count+1; void InitTimer1(void) TH1 = 0x0EC; TL1 = 0x78; EA = 1; ET1 = 1; TR1 = 1;void Timer1Interrupt(void) interrupt 3 TH1 = 0x0EC; TL1 = 0x78; disp_count+;display(miaoshu); if(disp_count4)disp_count=0;/*/void Alarm1(uchar t) /报警子程序 uchar i,j;for(i=0;i200;i+) spk1 = spk1;for(j=0;jmax_val) Alarm1(120); else spk1=1; 第四部分 结束语采用51单片机技术来实现摩托车转速的测量，可以提高转速的测量，可以提高转速测量的精确度，并且加快了采样的速率，具有较好的实时性。该设计的主要任务是开发一个以51单片机为核心摩托车车的速度测速计。本设计达到设计的指标，实现对摩托车里程/速度的计算功能，并用LED显示，当摩托车车轮转动，小磁片滑过霍尔元件时，霍尔元件输出一脉冲，可根据车轮周长计算里程，选择不同的车轮周长，里程数的变化有所不同；当按下开关，显示速度时，LED会根据转速的不同显示不同的数字。 在本次毕业设计中，介绍了一种基于51单片机的摩托车测速系统，该测速系统采用霍尔传感器敏感速率信号，具有频率响应快、抗干扰能力强等特点。霍尔传感器的输出信号经信号处理后，通过单片机对连续脉冲记数来实现转速测控，并且充分利用了单片机的内部资源，有很高的性价比。经过测试并对误差进行分析发现，该系统的测量误差几乎为0，并且在测量范围内转速越高测量精度越高。所以该系统在一般的转速检测和控制中均可应用。虽然本次毕业设计对硬件要求不高，主要是对于脉冲信号的处理、计算及显示。但为了让霍尔传感部分测量的更加精确。也让我们查找了很多资料，通过反相器可以让输出脉冲更加规范。通过软件的调试，我发现程序中利用子程序的编程会让程序不仅易读，而且易于调试。通过本次毕业设计,我对单片机的工作原理和应用有了深入的理解,掌握了单片机系统软硬件设计的基本方法，对编写程序等有了一定的认识。使我深刻体会到单片机技术应用领域的广泛，也让我了解到单片机技术对当今人们生活的重要性。第五部分 致谢 非常感谢校领导和老师，给我们创造了一个学习机会，让我在毕业的最后一段时间里学到了很多知识。本次通过摩托车测速计的制作是三年来学习过程中最涵盖面最广的一次设计，他不仅体现了我们对设计思考，更重要的是对我们三年来所学知识的实践，经过这一个月的紧张的毕业设计，使我在理论和动手能力上都有了进一步的提高。此次毕业设计的顺利完成离不开指导老师的大力支持，在这里我特别感谢我的指导老师，是他将最新的毕业设计信息通知我们，并且在自己紧张的工作中，还尽量抽出时间关心我们毕业设计进度情况，监督我们抓紧学习。在整个设计中，用我们以前学习的知识，最开始黄老师就教给了我们遇到问题，如何分析问题，解决问题的方法，使我们受益匪浅，从确定设计题目到现在完成毕业设计的过程中，尤其是在毕业设计的前期准备工作和设计过程中，黄老师提出了许多宝贵的设计和意见，在短暂的相处时间，老师渊博的知识，敏锐的思路和实事求是工作作风给我们留下了深刻的印象，此次毕业设计不仅让我对自己所学知识进行了巩固，更重要的是在基础上学习到了很多知识,在此我感谢机电对我的培养,愿母校越办越好。第六部分 参考文献【1】单片机轻松入门.周坚编.北京航空航天大学出版社。【2】MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术.何立民编.北京航空航天大学出版社【3】现代传感器原理及应用.吕泉编.北京清华大学出版社【4】智能模拟信号采集卡的设计与实现.季雪峰编.复旦大学【5】单片机多机通信网络改进及数据通信容错技术.陈寿元编.山东师范大学学报(自然科学版)【6】单片机程序远程升级的设计.栗欣.周东辉.孙晓苗.李立编.微计算机信息 2006【7】FPGA的单片机多机串行通信网络.张志利.张晓峰.朱力编.单片机与嵌入式系统应用.2009【8】智能模拟信号采集卡的设计与实现.季雪峰编.复旦大学.2010【9】加速器高频自动频率调谐系统的设计与实现.任红文.兰州大学.2010【10】SOC的存储器IP嵌入技术研究.杨秀栋.电子科技大学.2008【11】冶金除尘风机状态监测与故障诊断系统研究.曾永龙. 武汉科技大学.2008