健身单车速度里程测量系统设计-开题报告

中 北 大 学毕业设计开题报告学 生 姓 名： 学 号：学 院 、 系 ： 信息与通信工程学院、电气工程系专 业 ： 电气工程及其自动化设 计 题 目 ： 健身单车速度里程测量系统设计指 导 教 师 : 2013 年 3 月 10 日毕 业 设 计 开 题 报 告1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写 2000 字左右的文献综述：文 献 综 述1.本课题研究的背景意义：自行车被发明及使用到现在已有两百多年的历史，这两百年间人类在不断地尝试与研发过程中，将玩具式的木马车转换到今日各式新颖休闲运动自行车，自行车发展的目的也从最早的交通代步的工具转换成休闲娱乐运动的用途 1。尤其是近几年来，电动自行车已经成为每家每户的必备交通工具。 随着居民生活水平的不断提高，自行车不再仅仅是普通的运输、代步的工具，而是成为人们娱乐、休闲、锻炼的首选。因此，人们希望自行车的功用更强大，能给人们带来更多的方便。自行车的速度里程表能够满足人们最基本的需求，让人们能清楚地知道当前的速度、里程等物理量。自行车里程速度表作为自行车的一大辅助工具也正是随着这个要求而迅速发展的，其功能也逐渐从单一的里程显示发展到速度、时间显示，甚至有的还具有测量骑车人的心跳、显示骑车人热量消耗等功能 2。本毕业设计任务要求的自行车测速系统主要具有查看当前速度和行驶里程的功能。系统拟采用单片机设计而成，具有实用价值。2. 国内外发展现状及前景：近几十年来，主要工业化国家为电动车的开发投入了大量的人力和财力，电动车的各项相关技术也取得了重大的进展。尽管电动车在能源和行驶里程的研制方面，至今尚未取得突破性的进展，但是电动车的美好前景仍然激励着人们锲而不舍地开发新型电动车，改善其性能 3。现如今，能源和环境对人类的压力越来越大，要求尽快改善人类生存环境的呼声越来越高。为了适应这个发展趋势，世界各国的政府、学术界、工业界正在加大对电动车开发的投资力度，加快电动车的商品化步伐。虽然目前电动车在能源和行驶里程方面还未能尽如人意，但已足以满足人们的基本需要。从技术发展的角度来看，在走过了漫长而艰难的发展历程之后，电动车正面临着重大的技术突破，有望成为 21 世纪的重要交通工具。 在大都市中，电动车作为一种小型、中速和短途的日常交通工具，是十分理想的。电动车的开发关系到能源、环保、交通和高科技的发展以及新兴工业的兴起，它将推动整个国民经济的发展，成为新的经济增长点4。电动车将使能源的利用多元化和高效化，达到能量的可靠、均衡和无污染地利用。从环保的角度来看，电动车是无排放交通工具，即使计及发电厂所增加的排气，从总量上来看，它也将使空气污染大为减少。此外，电动车比传统的燃料汽车更易实现精确的控制，智能交通系统则有可能率先通过电动车来实现，从而提高道路利用率和交通安全 5。近年来，各种显示高新技术的电动车层出不穷，日新月异。所以研究自行车的测速系统有着非常重要的实用意义。 传统电动自行车速度测量系统的显示面板大，多为机械指针式，它的缺点是体积大、重量沉、反应慢，看起来不够直观与方便。如果能用 LCD 直接显示出来里程数或速度值，就可节省用户的时间及精力处理自行车行进过程中的突发事件。 此次毕业设计的速度与里程表以单片机和传感器为核心 6。传感器将不同车速转变成的不同频率的脉冲信号输入到单片机进行控制与计算，再采用LCD 模块进行显示，使得电动自行车的速度与里程数据能直观的显示给使用者。所以设计速度里程测量系统很有必要和现实意义。 基于单片机的自行车测速系统最终实现目标是:自行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。使行驶自行车的使用者通过一目了然的观察速度与里程表知道自己的运动情况，并根据外界条件，如温度，风速等进行适当的调节，已达到最佳运动的效果 7。3.本设计采取的设计思路：随着微型计算机可靠性提高和价格的下降，用单片机测量电机转速已日趋普遍。我们知道，欲提高测量精度，必须先测出准确的转速，而原先在可控硅调速电路中采用的测速发电机方式已不能满足要求，必须采用数字测速的方法 8。转速的测量方法很多，根据脉冲计数来实现转速测量的方法主要有 M 法（测频法） 、T 法（测周期法）和 MPT 法（频率周期法） ，该系统拟采用 M 法（测频法） 。即通过霍尔传感器检测输入脉冲数，这种方式又称频率法 9。它测出一定时间内输入的脉冲的个数。在控制系统中占有非常重要的地位。对测速装置的要求是分辨能力强、高精度和尽可能短的检测时间。因此所设计的基于霍尔元件的脉冲发生器要求成本低，构造简单，性能好。在电气控制系统中存在着较为恶劣的电磁环境，因此要求产品本身要具有较强的抗干扰能力。由于需要采用霍尔传感器的应用领域，如汽车、电机、手机和电脑都已经采用了该器件，而且这些市场在未来几年的增长较为稳定，而其他一些新的应用市场又不足以与上述几个市场相比，因此霍尔传感器在全球总的市场容量是较为稳定的，每年的增长率保持在 5%到 10%之间。因为各种应用电机的部件、节气门位置的检测、各种阀体位置的检测都会用到霍尔传感器 10。而且，在中国市场中，国外厂商为了降低成本，陆续将零部件拿到中国进行设计和生产，这也进一步提升了中国市场霍尔传感器的应用量。随着它在消费电子市场上的应用越来越广，如何控制功耗和成本将是厂商面临的挑战。而且，它还面临生产测试技术方面的挑战 11。国内外现在都有生产销售类似的自行车测速仪里程表，有些简单的产品就是单单只有测速或里程的功能，比较复杂的产品除了测速和里程功能外，还加入了 GPS 全球定位，单次行车里程，平均速度，时钟，行车时间，车轮转数。未来的发展趋势可能还加入 MP3 和短信收发功能，使得自行车测速仪更加的人性化，相信会受到更多人的青睐 12。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 13。单片机系统中常用的显示器有：发光二极管 LED 显示器、液晶 LCD 显示器等。 在这里由于单片机测速系统比较简单，所以只考虑 LED 显示器和 LCD 显示器。LED显示器工作方式有两种静态显示方式和动态显示方式。 方案一 LED 静态显示器：静态显示的特点是每个数码管的段选必须接一个 8 位数据线来保持显示字形码。当送入一次字形码后，显示字形可一直保持，直到送入新字形码为止。LED 动态显示器：动态显示的特点是将所有位数码管的段选线并联在一起，由位选线控制是哪一位数码管有效。 方案二 用液晶显示器 LCD 显示信息。LCD 显示器工作原理就是利用液晶的物理特性；通电时排列变得有序，使光线容易通过；不通电时排列混乱，阻止光线通过，说简单点就是让液晶如闸门般地阻隔或让光线穿透 14。 本课题选用 LCD 动态显示器。单片机方面，本系统采用 AT89C52。AT89C52 是一个低电压，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 8k bytes 的可反复擦写的 Flash 只读程序存储器和 256 bytes 的随机存取数据存储器（RAM） ，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS-51 指令系统，片内置通用 8 位中央处理器和 Flash 存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用 15。参考文献：1 李文峰. 新型电动自行车电子测速系统J. 单片机与嵌入式系统应用, 2009(5).2 张怀强, 周通. 基于单片机与光电传感器的电动自行车速度与里程表的设计J. 单片机与嵌入式系统应用, 2007(9).3 阎焕忠, 王长涛, 马斌. 单片机控制里程转速表的设计 J. 沈阳建筑工程学院学报（自然科学版）, 2002(4).4 董燕飞, 董良师, 王洪林. 基于单片机的自行车测速系统设计J. 仪器与仪表, 2006(9).5 王会青, 贾策. 基于单片机的转速测试系统J. 单片机与嵌入式系统应用, 2007(8).6 林伸茂. 89C51 单片机彻底研究基础篇M. 人民邮电出版社, 2008.7 王艳. 基于 AT89C52 的自行车里程速度计设计制作J. 微型计算机, 2009(5).8 杨继生, 刘芬. 霍尔传感器 A44E 在车轮测速中的应用研究J. 单片机与嵌入式系统应用, 2008(6).9 郝建国, 郑燕. 单片机在电子电路设计中的应用M. 北京:清华大学出版社, 2006.10 高钱森, 褚强. 无接触式自行车速度计的设计与制作J. 电子技术应用, 2006(2).11 Spink W Q Y D M, et. An image-reconstuction algorithm based on Landwebers iteration method for electrical-capacitance tomographyJ. Meas. Sci. Technol, 1999(10):1065-1069.12 高峰. 单片微型计算机原理与接口技术M. 科学出版社, 2007.13 Hirose S. Study on roller walk: basic characteristics and its controlJ. In Proc.ICAR, 2008(5).14 胡向东, 刘京诚. 传感器与检测技术M. 机械工业出版社, 2009.15 Sci. Technol. ATC89C52 Data sheetsEB/OL. 2013-3-10. . 毕 业 设 计 开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：本系统采用思路及办法：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=1。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，LCD 切换显示当前里程，与当速度键按下时，速度指示灯亮，LCD 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 LCD 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：自行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。外部存储器霍尔传感器里程显示速度显示外部信号AT89C52单片机 毕 业 设 计 开 题 报 告