自行车测速仪

多用途自行车测速仪

甘肃广播电视大学农垦河西分校陈会香

一、设计背景

随着经济的发展，科学技术水平的提高，人民生活水平的日益提高。在满足人们生存的基本需求之后，越来越多的人将目光投向了健康且活力的生活方式，于是健身，休闲的概念也越来越深入人心。自行车，在中国是一种普及范围极广的代步工具，而在国外，却是一种广受欢迎的健身方式。它的普及，廉价，易操作，便捷，无污染，使它成为一种老少皆宜的健身，休闲方式。而在今日的中国，也出现了越来越多的自行车运爱好者。对于一名自行车爱好者，他/她必然十分想知道自己的运动效果究竟如何，想要知道自己关于速度，里程的具体数字，并根据外界的条件来适当调整自己的运动健身计划。而在平时使用自行车以代步时，本多用途测速仪还可以用来显示时钟信息，使两手扶车把的骑行者可以轻易看到当前时间。

当前的自行车市场上，仅有高档的专用于竞赛的自行车有类似装置，然而广大自行车爱好者，及有意向通过这一廉价便捷方式进行，专门购买昂贵自行车设备是不现实的，为了满

足群众的愿望以及巨大的市场，此类多用途自行车测速仪必然以其的平民身份而广受青睐。

二、设计功能简介

1.对自行车进行实时速度的测量，显示出速度值。

2.能针对不同的车型进行选择，从而采用不同的模块进行测量。

3.能测量出当前环境的温度，以供使用者决定是否适宜进行运动。

4.显示当前日期时间，为24小时制时钟，可以任意设定当前工作时间。

5.显示行车里程，记录范围为0~999.9Km

6.根据记录的数据，速度计算卡路里消耗值。

7.所有数据都可在一块LCD屏上显示

三、系统硬件设计：

系统框架图：（如图1所示）

工作流程如下：

首先，通过传感器对外部物理量进行测量，再将物理信号通过转换为电信号，经滤波及放大电路输入单片机，单片机对所输入的电信号进行处理、分析，最终输出显示。

系统分多个模式，可以显示车速，距离，环境温度，也可显示当前时间。

整个系统采用自发电方式，通过收集自行车运动所产生的动能，转化为电能，再经整流，滤波，放大等方式最终输出为5V直流电，供给整个系统。

本设计中用到的主要部件包括单片机（MSC51-89S52、DS12887）时钟芯片、DS18B20温度传感器、开关型霍尔传感器A04E，液晶显示模块XXX。

四、系统模块设计

（一）MSC51-89S52单片机

本系统将采用一片经典的51系列单片机中的MSC51-89S52。

1. STC89C52单片机硬件结构

STC89C52单片机是把那些作为控制应用所必需的基本内容都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上。如果按功能划分，它由如下功能部件组成，即微处理器、数据存储器、程序存储器、并行I/O 口、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器。它们都是通过片内单一总线连接而成，其基本结构依旧是CPU 加上外围芯片的传统结构模式。但对各种功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。

（1）微处理器

该单片机中有一个8位的微处理器，与通用的微处理器基本相同，同样包括了运算器和控制器两大部分，只是增加了面向控制的处理功能，不仅可处理数据，还可以进行位变量的处理。

（2）数据存储器

片内为128个字节，片外最多可外扩至64k 字节，用来存储程序在运行期间的工作变量、运算的中间结果、数据暂存和缓冲、标志位等，所以称为数据存储器。

（3）程序存储器

由于受集成度限制，片内只读存储器一般容量较小，如果片内的只读存储器的容量不够，则需用扩展片外的只读存储器，片外最多可外扩至64k 字节。

（4）中断系统

具有5个中断源，2级中断优先权。

（5）定时器/计数器

片内有2个16位的定时器/计数器， 具有四种工作方式。

（6）串行口

1个全双工的串行口，具有四种工作方式。可用来进行串行通讯，扩展并行I/O 口， 甚至与多个单片机相连构成多机系统，从而使单片机的功能更强且应用更广。

（7）P1口、P2口、P3口、P4口

为4个并行8位I/O 口。

（8）特殊功能寄存器

共有21个，用于对片内的各功能的部件进行管理、控制、监视。实际上是一些控制寄存器和状态寄存器，是一个具有特 殊功能的RAM 区。

由上可见，STC89C52单片机的硬件结构具有功能部件种类全，功能强等特点。特别值得一提的是该单片机CPU 中的位处理器，它实际上是一个完整的1位微计算 机，这个一位微计算机有自己的CPU 、位寄存器、I/O 口 和指令集。1位机在开关决策、逻辑电路仿真、过程控制方面非常有效；而8位机在数据采集，运算处理方面有明显的长处。MCS-51单 片机中8位机和1位机的硬件资源复合在一 起，二者相辅相承，它是单片机技术上的一个突破，这也是MCS-51单片机在设计的精美之处。

图1系统框架图

图2 图3 霍尔传感器

2、复位电路

89S52的复位是由外部的复位电路来实现的。复位引脚RST通过一个斯密特触发器用来抑制噪声，在每个机器周期的S5P2,斯密特触发器的输出电平由复位电路采样一次，然后才能得到内部复位操作所需要的信号。

复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。最简单的上电自动复位电路中上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。只要Vcc的上升时间不超过1ms,就可以实现自动上电复位。时钟频率用6MHZ时C取22uF,R取1KΩ。

除了上电复位外，有时还需要按键手动复位。本设计就是用的按键手动复位。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中电平复位是通过RST端经电阻与电源Vcc接通而实现的。按键手动复位电路见图。时钟频率选用6MHZ时，C取22uF,Rs取200Ω，R K取1KΩ。

（二）时钟芯片DS1302

DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，附加31字节静态RAM，采用SPI三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小与31天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。工作电压宽达2.5～5.5V。采用双电源供电（主电源和备用电源），可设置备用电源充电方式，提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。DS1302的外部引脚分配如图1所示及内部结构如图2所示。DS1302用于数据记录，特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录上，能实现数据与出现该数据的时间同时记录，因此广泛应用于测量系统中。

（三）温度传感器DS1820

DSl820数字温度计提供9位(二进制)温度读数指示器件的温度信息经过单线接口送入DSl820或从DSl820送出因此从主机CPU到DSl820仅需一条线(和地线)DSl820的电源可以由数据线本身提供而不需要外部电源因为每一个DSl820在出厂时已经给定了唯一的序号因此任意多个DSl820可以存放在同一条单线总线上这允许在许多不同的地方放置温度敏感器