测控系统设计

课程设计说明书学生姓名:学号：学院:自动化工程学院班级:测控081题目:基于单片机的里程表设计指导教师：2011年5月1日基于单片机的里程表设计摘要：本文介绍里程表设计以单片机和霍尔传感器为核心。霍尔传感器将到来的低电平脉冲信号输入到单片机进行控制与计算，再采用LED模块进行显示，使得电动自行车的里程数据能直观的显示给使用者。自行车里程表是用于远距离连续测量自行车行驶距离的仪表。它分为电源、霍尔传感器和显示器3部分。目前，里程表普遍使用在汽车和摩扦车上，是一种机械测量装置，测试精度相对低，自行车上使用里程表的还很少见。针对这种情况，研制新型的数字化里程表用于自行车上是非常必要的。本文介绍的自行车里程表是由电源稳压系统供电，AT89C52单片机为中央处理器，结合高精度的控制电路，方便地实现了智能化、高精度、高可靠性、高效率的自行车里程表的设计，并且使用方便。关键词：测控系统单片机自行车码表英语摘要Abstract:thispaperintroducesmilestonesdesignedtoSCMandhallsensorasthecore.Hallsensor-basedtheupcominglow-levelpulsesignalinputtothesingle-chipmicrocomputercontrolandcalculation,againusingLEDmodulethatmakeselectricbicyclemileagedatacanbeintuitivedisplayfortheusers.Bikemilestonesisusedforlong-distancebikedrivingdistanceofcontinuousmeasurementmeter.Itisdividedintopower,hallsensorsanddisplaypart3.Atpresent,milestoneswidespreaduseinthecarandthecar,jogglingisamechanicalmeasuringdevices,testingprecisionofbicycleisrelativelylow,theuseofmilestonesarareoccurrence.Inviewofthissituation,developmentofanewdigitalmilestonesusedtobicycleisverynecessary.Thispaperintroducesbikemilestonesisbypowersupplyvoltage,AT89C52singlechipcomputersystemforcentralprocessor,combiningprecisioncontrolcircuit,convenientwaytorealizetheintellectualized,highprecision,highreliability,highefficiency,andthedesignofmilestonesbicycleusageisconvenient.Keywords:microcontrollermeasure-controlsystembiketimers目录1设计要求………………………………………………………………41.1基本要求………………………………………………41.2发挥部分………………………………………………42方案讨论………………………………………………………………42.1速度的测量………………………………………………42.2传感器的选择……………………………………………42.3单片机的徐泽……………………………………………52.4显示器选择………………………………………………53功能描述………………………………………………………………64结构框图………………………………………………………………65电路图…………………………………………………………………76元器件简介……………………………………………………………76.1AT89S52单片机简介……………………………………76.2LED数码管显示器………………………………………76.3霍尔开关型传感器………………………………………87系统流程图…………………………………………………………98调试过程简述………………………………………………………99程序编写步骤………………………………………………………1010参考文献…………………………………………………………1211附录1………………………………………………………………1412附录2……………………………………………………………25一设计要求以单片机为核心器件设计一个自行车行车码表。以实际自行车为背景，码表精度尽可能高、体积尽可能小，成本尽可能低，功耗尽可能低、功能尽可能丰富。1.基本要求：（1）能够显示实时速度、里程等相关信息；（2）能够任意设定车轮周长；（3）能够记录最高及平均速度；2.发挥部分：（1）能够保存相关信息；（2）能够显示温度、风速、是否下雨等环境信息；二方案讨论1速度的测量测速度的方法有两类：1)测量一定时间间隔t里自行车车轮转过的圈数n。假设车轮周长为c，则速度tcnV；2)测量自行车车轮转过一圈的时间t，则速度tcV。2传感器的选择有多种传感器可供选择：1)光电传感器。光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样。2)红外对管。把红外对管分别安装在自行车车轮的两侧，当车轮转动时，辐条会阻挡红外对管的光路，接收管输出低电平，单片机根据此信号可计算里程、速度等。红外对管的优点是测量精度高，缺点是安装比较复杂和容易受外来光线、灰尘等的影响。3)开关型霍尔传感器。霍尔传感器是利用霍尔效应把磁输入信号转换成电信号的器件。把开关型霍尔传感器安装在自行车贴近车轮的支架上，磁钢安装在辐条上，当磁钢靠近霍尔传感器的时候，传感器输出一个无抖动的低电平，单片机根据此信号可计算里程、速度等。霍尔传感器的优点是稳定和安装简易，缺点是成本较高。4)干簧管。干簧管是一种磁敏的有触点无源电子开关元件，应用在里程表上的原理与开关型霍尔传感器类似，把干簧管安装在自行车贴近车轮的支架上，磁钢安装在辐条上，当磁钢靠近霍尔传感器的时候，干簧管闭合，单片机根据此信号可计算里程、速度等。干簧管的优点是成本低廉和安装简易，缺点是比较脆弱和不够稳定。3单片机的选择选用MCS51系列的，也可以选用AT89S52、SST89E51RD等。4显示器的选择分两类：1)动态扫描LED数码管显示。里程表的显示内容以数字为主，利用LED数码管可基本满足使用要求，且成本较低。但是用动态扫描的方式驱动数码管，亮度太低，在阳光下几乎看不见显示内容，失去使用价值。2)串行静态LED数码管显示。把单片机的串行口设置为方式0（同步移位寄存器），输出显示信息，可实现LED数码管的静态显示，其亮度令人满意。但由于要使用74HC164/74LS164串并转换芯片驱动LED数码管，因此会带来体积大、成本高、功耗高等的缺点。3)LCD液晶显示模块。液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富等特点，现在字符型液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的信息显示器件了。三功能描述以AT89S52型单片机为核心，实时测量并显示自行车行驶过程中的各项参数，包括当前行驶累计时间、当前行驶累计里程（m/km自动调整）、当前速度（km/h）、最大速度（km/h）、平均速度（km/h）、加速度（m/s2）、当前时间等，各参数分屏显示。可更改自行车轮胎直径，适应不同的自行车，通用性好。接通电源或按复位后，显示欢迎画面；2秒后进入时钟设置画面；按Button1~3调整时钟后，按Button4确认；接着进入自行车轮胎半径设置画面；按Button1、Button2调整轮胎直径，按Button4确认，计速器开始工作。其中速度、里程、平均速度、时间可分时显示，按Button5依次切换。四结构框图AT89S52单片机霍尔传感器按键电池超速报警LCD显示五电路图六元器件简介⑴AT89S52单片机简介AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。⑵LED数码管显示器LED数码管以发光二极管作为发光单元，颜色有单红，黄，蓝，绿，白，七彩效果。单色，分段全彩管可用大楼，道路，河堤轮廓亮化，LED数码管可均匀排布形成大面积显示区域，可显示图案及文字，并可播放不同格式的视频文件。通过电脑下flash、动画、文字等文件，或使用动画设计软件设计个性化动画，播放各种动感变色的图文效果。⑶霍尔开关型传感器霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。后来发现半导体、导电流体等也有这种效应，而半导体的霍尔效应比金属强得多，利用这现象制成的各种霍尔元件，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。七系统流程图八调试过程简述自行车里程表的原理比较简单，我编好一个比较简单但是核心的程序（只计算里程和速度）在KeilC上仿真，经过短暂的调试就成功了，这证明我关于里程表的最核心的想法是正确的，这给了我后面的制作和调试很大的信心。紧接着是在单片机上搭建硬件，重点是按键防抖动。我的模式选择按钮是接到单片机的外部中断的，一开始我按照普通按钮的防抖动的方法测试，没有成功。于是在中断服务程序的开始关闭中断，末尾再开中断，还是不行。后来在中断服务程序的末尾加了这样一句清除中断标志。因为即使单片机的外部中断是关闭的，开始显示欢迎信息检测按钮处理时钟设置刷新累计行驶时间及时钟初始化设置特殊寄存器、置定时常数、开中断、清屏等等待中断检测按钮处理直径设置刷新里程、速度等改变屏幕显示内容INT0INT1T0但只要在中断服务程序执行期间按键抖动，中断标志又会置1，若没有清除中断标志，退出中断服务程序后又会执行一次服务程序，这样按一次按键就会执行两次中断服务程序。我的里程表的最初版本是利用串行LED数码管显示作为显示模块的（简介请参阅附录二）。但制成后发现体积太大，而且功耗比较高，不适合用于要求小巧、坚固、耐用的自行车里程表上。本系统的软件系统全部采用C51来编写，由于一般的仿真器对C51的支持有一定的缺陷，软件调试比较复杂。除了语法差错外，当确认程序没问题时，通过直接把程序烧到单片机来调试。即单独调试好每一个模块，然后再连接成一个完整的系统调试。硬件连线的步骤：1.连好电脑主机的9针串口联机线,连好电脑主机的USB线(短线)和仿真器的USB线(长线)。2.仿真器工作时需要的电源电流不大于