周炳　洪家平

摘要：設(shè)計(jì)并制作了一款以AT89C52為主控制器，使用A44E霍爾傳感器進(jìn)行自行車?yán)锍?速度測(cè)量的裝置。這種裝置通過檢測(cè)A44E霍爾傳感器在一定時(shí)間內(nèi)傳入單片機(jī)系統(tǒng)的脈沖數(shù)，再利用軟件編程將經(jīng)過處理的信號(hào)轉(zhuǎn)換成自行車行駛的里程和速度，最后用LED顯示里程與速度。這種裝置里程和速度顯示可進(jìn)行切換，也可以用于摩托車、汽車等其他機(jī)動(dòng)車的儀表上。

關(guān)鍵詞：里程/速度；霍爾元件；單片機(jī)；LED顯示

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）24-0254-02

Abstract：Design and built a with AT89C52 as the main controller， using A44E hall sensor for bicycle mileage/speed measuring device. The device by detecting A44E hall sensor in a certain period of time the number of pulses into single chip microcomputer system， the reuse of software programming will be processed signal into bicycle mileage and speed， the LED display mileage and speed. The unit mileage and speed display can switch， also can be used in motorcycles， cars and other motor vehicles on the instrument.

Key words：mileage/speed；hall sensor；MCU；LED display

隨著人們生活水平的不斷提高，人們對(duì)日常生活用品的要求也越來越高。在滿足基本功能的前提下，人們都希望生活用品的功能能夠多樣化。比如說，自行車在能夠騎行的前提下，能夠像電動(dòng)車一樣附帶測(cè)速和測(cè)距的功能儀表。自行車速度里程表正是伴隨著這個(gè)想法應(yīng)運(yùn)而生，并且它的發(fā)展非常迅速，功能日益多樣化，穩(wěn)定性也越來越好。

我們都知道，要想測(cè)量速度，首先要考慮并且解決的是采樣問題。這里有一個(gè)比較簡(jiǎn)單的方法，俗稱脈沖計(jì)數(shù)法。就是當(dāng)轉(zhuǎn)軸每旋轉(zhuǎn)過一周的時(shí)候，它會(huì)相應(yīng)地產(chǎn)生出一個(gè)或者多個(gè)脈沖，我們把這些脈沖傳入給單片機(jī)，然后單片機(jī)經(jīng)過簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)運(yùn)算，即可算出具體的轉(zhuǎn)速。

常用的傳感器有很多種，而最常見的對(duì)磁敏感的傳感器有霍爾傳感器。A44E霍爾傳感器是一個(gè)3端器件，與三極管非常的相似。它使用起來非常的簡(jiǎn)便，只要接上電源、地就可以工作，工作電壓的界限非常寬。

A44E霍爾傳感器的機(jī)械結(jié)構(gòu)也非常簡(jiǎn)單。把霍爾傳感器固定在車輪的前叉上，然后把一粒磁鋼粘在轉(zhuǎn)軸的輪盤上。只要車輪在轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候霍爾傳感器靠近過磁鋼，立馬就會(huì)有信號(hào)輸出。當(dāng)車輪在不斷地旋轉(zhuǎn)時(shí)，霍爾傳感器就會(huì)不斷靠近與遠(yuǎn)離磁鋼，因此就會(huì)不斷地有脈沖信號(hào)的產(chǎn)生。如果同時(shí)在輪盤上粘上多粒磁鋼的話，就可以實(shí)現(xiàn)每轉(zhuǎn)一周，獲得多個(gè)脈沖的輸出。這種傳感器應(yīng)用非常的廣泛，穩(wěn)定性好，敏感性強(qiáng)。

1系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

自行車速度里程表傳感器采用霍爾傳感器A44E，采用單片機(jī)AT89C52為控制器。具體硬件電路原理圖如圖1所示。

系統(tǒng)中單片機(jī)有兩種工作狀態(tài)，端口P1.0顯示里程狀態(tài)，端口P1.1顯示速度狀態(tài)。另外P1.2～P1.3端口和P1.6～ P1.7端口在低電平的時(shí)候有效，分別用來設(shè)置輪圈的大小。P3.0端口是用來進(jìn)行速度和里程的切換，當(dāng)P3.0端口為低電平時(shí)顯示速度，反之則顯示里程。中斷服務(wù)程序0用來對(duì)輪子圈數(shù)的計(jì)數(shù)，輪子每旋轉(zhuǎn)一圈，霍爾傳感器A44E便會(huì)相應(yīng)地輸出一個(gè)低電平脈沖。根據(jù)里程寄存器中的數(shù)值通過簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)公式便可以計(jì)算出行駛里程數(shù)。中斷服務(wù)程序1用于控制定時(shí)器T1的啟動(dòng)/停止，當(dāng)輸入為1時(shí)開啟定時(shí)器。輪子圈數(shù)的計(jì)數(shù)完成后，經(jīng)過二分頻后形成控制信號(hào)。所以，定時(shí)器T1的開啟/關(guān)閉時(shí)間恰好為車輪轉(zhuǎn)一圈所花費(fèi)的時(shí)間，通過簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)公式便可計(jì)算出行駛速度值。

2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括幾個(gè)方面，主要為主程序的設(shè)計(jì)，速度計(jì)算子程序的設(shè)計(jì)，里程計(jì)算子程序的設(shè)計(jì)，顯示子程序的設(shè)計(jì)以及中斷服務(wù)子程序的設(shè)計(jì)等。系統(tǒng)的軟件總體流程圖如圖2所示：

各個(gè)子程序的功能如下：

⑴ 初始化程序

主要完成以下工作：將部分內(nèi)存單元清零；設(shè)置輪子周長(zhǎng)值；開中斷及定時(shí)器。

⑵ 主程序

根據(jù)單片機(jī)P3.0的端口狀態(tài)，主程序來確定LED顯示器是用來顯示速度還是里程。當(dāng)單片機(jī)端口P3.0端口為低電平時(shí)，LED顯示速度；當(dāng)單片機(jī)端口P3.0端口為高電平時(shí)，LED顯示里程。

⑶ 里程計(jì)算子程序

單片機(jī)端口P3.2口所輸入的脈沖數(shù)通過外中斷0服務(wù)程序進(jìn)行計(jì)數(shù)。每計(jì)數(shù)過一個(gè)圈脈沖數(shù)，單片機(jī)就會(huì)對(duì)里程進(jìn)行一次數(shù)據(jù)存儲(chǔ)操作。當(dāng)車輪每轉(zhuǎn)一圈時(shí)，通過霍爾傳感器將圈脈沖數(shù)送入到單片機(jī)，通過定時(shí)/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)出脈沖數(shù)，然后通過乘法子程序便可以計(jì)算出里程數(shù)。

⑷ 速度計(jì)算子程序

輪子轉(zhuǎn)動(dòng)一圈后的計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)通過外部中斷1服務(wù)程序來處理。當(dāng)標(biāo)志位為1時(shí)，計(jì)數(shù)溢出，放入最大時(shí)間值；當(dāng)標(biāo)志位為0時(shí)，將存儲(chǔ)器TL1、TH1、6CH、6DH中的值放入到68H～6BH單元。定時(shí)/計(jì)數(shù)器計(jì)算出每轉(zhuǎn)一圈所花費(fèi)的時(shí)間，再用車輪的周長(zhǎng)除以時(shí)間便可以得出自行車的速度。

⑸ 顯示子程序

采用動(dòng)態(tài)掃描顯示接口電路。本程序中位選通的位選信號(hào)由P2.0～P2.3信號(hào)一起組成，段選通的段選信號(hào)則由P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4、P0.5、P0.6、P0.7信號(hào)一起組成。首先我們把將要顯示的數(shù)據(jù)送入到存儲(chǔ)單元中去，，然后再把數(shù)據(jù)送入到段選通所對(duì)應(yīng)的地址中，最后選通某一個(gè)LED，逐步逐步地完成對(duì)LED的顯示。

3結(jié)論

我們對(duì)設(shè)計(jì)樣機(jī)進(jìn)行了軟件硬件的檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。此外，為了使產(chǎn)品更加的完善，我們還提出了以下改進(jìn)措施：

① 在斷電后為了使之前記錄過的里程值不會(huì)清零，我們可以嘗試采用EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。

② 裝置還可用于其他機(jī)動(dòng)車上，若要記錄10萬公里以上的里程值，可以加寬LED顯示器的位數(shù)。

本系統(tǒng)硬件部分所采用的元器件大都價(jià)格低廉、使用廣泛，這就意味著本系統(tǒng)容易實(shí)現(xiàn)，且成本不高。本次設(shè)計(jì)電路適用性廣泛，不僅僅可以用于自行車速度里程表，其他機(jī)動(dòng)車如電動(dòng)車、摩托車等都可以使用。

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