文/張炎生 達金良

1 設計背景與意義

東晉義熙十三年，劉裕消滅后秦時期，在長安繳獲了記里鼓車，距今已經(jīng)超過了1600多年。由此可以洞悉1600多年前，里程計數(shù)的裝置就已經(jīng)在生活中得以應用，古人的智慧不禁讓現(xiàn)代人嘆服。

在科學技術(shù)發(fā)達的現(xiàn)代，已經(jīng)不再將里程表用于測量兩地之間的距離了，而是應用于各種交通工具上實行監(jiān)控。從起初傳統(tǒng)的機械式里程計數(shù)器，經(jīng)過電子技術(shù)的不斷進步，到目前電子式里程計數(shù)器的應用，穩(wěn)定性更好，可靠性更高。憑借行駛積累下的里程數(shù)，判斷交通工具是否需要養(yǎng)護。同時，現(xiàn)代的里程表功能更加豐富，還可以實現(xiàn)測速，超速報警等功能。

在每輛共享單車上安裝一個里程計數(shù)器，里程計數(shù)器可以實現(xiàn)超速報警，里程數(shù)累計的功能。如果有暴力騎行者超速騎行時，就會自動報警響鈴。單車騎行到達一定里程數(shù)時也可以提醒使用者及時進行養(yǎng)護。這樣就大大地降低了對資源的浪費，形成了一個良性可持續(xù)的系統(tǒng)。

目前的里程表所能實現(xiàn)的功能太過豐富，有的里程表甚至可以采集到用戶的呼吸量，測量出用戶的心跳，通過這些數(shù)據(jù)分析用戶的身體健康狀況。國外的里程表在設計中，大都采用各大公司功能豐富，體積小巧的芯片，但成本太高。因此，太高的成本以及太多的功能并不適合批量的投入使用在共享單車上。本設計旨在做出功能夠用、價格低廉的里程表，使其被應用于大量共享單車，減少共享經(jīng)濟的損失。

2 單片機里程計數(shù)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖1：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2：主程序流程圖

基于單片機的自行車里程表計數(shù)器使用STC89C51單片機，DS1302時鐘芯片，AT24C02串行存儲器，獨立按鍵，A3144E霍爾元件，LCD1602液晶顯示屏，報警器組成。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

單片機負責處理霍爾傳感器傳來的電脈沖，并且將處理好的數(shù)據(jù)傳給顯示器，在顯示器上顯示結(jié)果。采集車輪轉(zhuǎn)動圈數(shù)的信息是由霍爾傳感器來負責，并且把采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機。獨立按鍵會負責單片機的復位操作，設定時間，設定安全速度，里程數(shù)清零等。蜂鳴器就是負責提示用戶已超過設定的安全速度的報警響鈴。

3 單片機里程計數(shù)器的原理

測量時速及里程的原理是，在做圓周運動的車輪上裝兩個相對稱位置小磁鐵，當車輪轉(zhuǎn)圈時，小磁鐵每次經(jīng)過霍爾傳感器，霍爾傳感器便產(chǎn)生電脈沖。如此往復，利用單片機記錄一段時間內(nèi)脈沖變化的次數(shù)，在已知車輪半徑的前提下，間接求出周長，計算出車輛的速度和行駛里程。

4 單片機里程計數(shù)器設計

基于單片機的自行車里程數(shù)計數(shù)器設計是由硬件設計和軟件設計兩個部分構(gòu)成。軟件部分采用C語言編寫，編寫和編譯所使用到的軟件是Keil C51。

4.1 單片機里程計數(shù)器硬件電路設計

4.1.1 單片機和時鐘復位電路

采用的是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗高性能CMOS8位微控制器STC89C51單片機。其內(nèi)部集成4k字節(jié)ROM，512字節(jié)RAM，32個I/O口線，兩個16位定時/計數(shù)器，五個中斷源，一個全雙工串行口，40個引腳。復位電路是由1個電容，1個電阻和1個開關(guān)按鈕組成。當按下開關(guān)按鈕時，STC89C51的第9引腳RST電平升高，如果高電平持續(xù)一段時間，單片機就可以復位。時鐘電路是1個12MHz的晶振和2個30PF的電容組合構(gòu)成，其中晶振要盡可能靠近STC89C51的第18、19引腳。

4.1.2 鍵盤單元

由于需要調(diào)節(jié)的信息不是很多，因此只設計了4個獨立按鍵。單片機在上電以后各個I/O口處于高電平，當按鍵按下，則對應的I/O口變成低電平。

4.1.3 霍爾傳感器

霍爾3144傳感開關(guān)是利用霍爾效應，將強弱交替的磁感應強度轉(zhuǎn)為電脈沖的器件。面對霍爾元件中印有文字的一面，引腳從左到右分別為1、2、3腳。其內(nèi)部包括有電源穩(wěn)壓器，電勢觸發(fā)裝置，差分放大器，施密特觸發(fā)器，輸出裝置。當磁鐵接近霍爾器件時，磁場強度達到臨界點，霍爾3144的第3腳輸出低電平，反之第3腳輸出高電平。

4.1.4 時鐘芯片

DS1302是一塊實時的時鐘芯片。Vcc1引腳是連接備用電源的，Vcc2引腳是連接主電源的，當備用電源大于主電源0.2V時，使用Vcc1供電，X1和X2引腳外接32.768KHz晶振。

4.1.5 顯示單元

采用LCD1602液晶顯示器，能顯示2行字符，在一個屏幕上可以同時顯示出數(shù)字，單位等。此外，LCD1602顯示器組成的顯示單元具有顯示內(nèi)容多，省電，控制簡單，使用單片機接口少等優(yōu)點。LCD1602工作電壓在4.5至5.5V之間，工作電流在2mA。

4.1.6 存儲器

AT24C02是斷電不丟失數(shù)據(jù)的串行EEPROM芯片，該芯片的存儲容量為2KB，有一個16字節(jié)頁寫緩沖器。該器件通過IIC總線接口進行操作，有一個專門的寫保護功能。

4.1.7 報警電路

報警電路是由一個蜂鳴器構(gòu)成，當行駛途中的時速大于設定的安全速度時，蜂鳴器長鳴發(fā)起警報，提醒用戶減速行駛。

4.2 單片機里程計數(shù)器軟件設計

根據(jù)自行車里程表計數(shù)器的功能分析，程序按照不同的功能分為五個部分，依次是，數(shù)據(jù)處理程序，時鐘程序，顯示程序，存儲程序，報警程序。自行車里程表計數(shù)器開機運行，LCD上第一行會顯示年月日時分星期，第二行會顯示里程、速度，默認都是0?？梢酝ㄟ^功能鍵去設置當前年月日時分星期，也可以通過功能鍵去設定安全速度，一旦超速就會引發(fā)蜂鳴器的報警。其程序的主要流程圖如圖2所示。

5 結(jié)束語

基于51單片機的自行車里程計數(shù)器，其功能主要是通過顯示器顯示行駛里程，實時速度以及通過蜂鳴器實現(xiàn)超速報警，另外還包括了有日期，實時時間等內(nèi)容，修改設定值可以通過相關(guān)的獨立按鍵完成。該計數(shù)器原理簡單，功能實用，制作容易，使用方便。對于愛好騎行的人群來說，可以花較少的經(jīng)費自行制作出一個自行車里程計數(shù)器，具有很好的實用價值。