《基于手机APP结合单片机和采用霍尔传感器的自行车速度里程表设计》13000字（论文）

第页基于手机APP结合单片机和采用霍尔传感器的自行车速度里程表设计摘要近年来自行车不单单是一个简单的代步交通工具，而逐渐演变成人们娱乐、锻炼的休闲工具。现在人们普遍使用的自行车里程显示器只能显示速度、路程可以实现人们的最简单的需求。但随着人们的生活水平的提高，传统的里程表设计已经不能满足人们的需求。因此，本论文设计了一个基于手机APP的自行车速度里程表。论文讲述的是基于手机APP的自行车速度里程表设计。采用霍尔传感器把自行车车轮脉冲信号发送给单片机，单片机对信号处理，计算出自行车路程、速度。单片机测算出结果传送给LCD1602液晶显示器显示。论文使用蓝牙通信技术连接单片机获得自行车的里程、速度通过无线传输的方式传送到手机上。本论文详细说明自行车的速度里程表的硬件电路设计和软件程序设计。此设计的电路简洁，程序运行效率高，满足本次设计的要求。关键词：霍尔传感器；单片机；LCD显示器；蓝牙通信目录27041引言 1152021整体方案设计 2244371.1系统要求 291911.2系统概述 237141.3系统设计思路 223152硬件电路设计 49842.1单片机模块 4184052.2显示模块 5172332.3霍尔传感器模块 629492.4时钟模块 840802.5蓝牙模块 816092.6按键模块 921403软件程序设计 10171453.1整体程序设计 10164023.2显示模块 11132223.3速度里程模块 128333.4仿真模块 1352773.5蓝牙模块 1488144系统调试与测试 16112574.1硬件安装与测试 16195394.2软件调试与测试 1829319结论 1922819参考文献 2111071附录 22引言从自行车的出现到今天在已有200多年的历史，从1971年第一辆不能转向的木轮自行车，发展到可用于运动、休闲、娱乐的自行车。在这200多年的时间里人们不断的探索与创新，自行车行业的发展也日新月异。曾经的自行车人只把它当做代步的交通工具，近年来人民日常生活水平的稳步提高，自行车不在是单纯的交通工具，而逐渐成为人们玩乐、休闲、健身的首要选择。因此，大家都渴望自行车的设备功能越来越成熟，能够给大家生活上带来许多的便利。简单自行车速度路程表应运而生成为自行车的主要辅助装备。传统的速度里程表只能简单的显示路程和速度。在运行的过程中还容易卡断，死机，给人们的体验感差。经常有些热爱运动的伙伴喜欢骑车跑公路，山路。他们在骑车的时候无法掌握自行车的速度，导致在公路上速度过快遇到突发事件没能反应过来导致事故的发生。为此，本次设计了款全新的基于手机APP的自行车速度里程表。本次设计主要有霍尔传感器、stc89c52单片机、蓝牙hc-05芯片，蜂鸣器等器件，设备还设计了超速报警功能，当速度超过设定值时，蜂鸣器就会发出报警声。超速报警能提醒骑行者降低行驶速度保障出行安全。该里程表的路程和速度可以通过LCD1602液晶屛显示，数据通过蓝牙技术并将时速度和路程的数据传输到手机上。单片机制作的自行车的速度里程表的优点是体型小巧、便于携带，运作快，工作效率高。该速度里程表能够全自动地更新显示实时自行车行驶的路程和速度，并把实时显示的数据通过蓝牙模块发送到手机端。1整体方案设计1.1系统要求①自行车速度相对误差小于5%；里程相对误差小于8%。②使用DS1302芯片提供一个准确的时间，设备能实时显示相关数据。通过无线方式把数据传输到手机上。在手机APP上，它能够实时显示目前自行车时速和路程。③设备能存储重要数据，掉电时，数据不丢失。电路板布局合理，作品必须节能，功耗小。1.2系统概述自行车是人们普遍使用的交通工具，可以方便我们日常出行。随着科学技术的发展人们骑自行车不在是为了简单的出行，而更多的是体验骑行带来的乐趣。因此，人们对自行车的功能、设备有了更高的要求。传统的自行车设备只能简单的显示速度和路程。骑行者在骑行的时候还得时刻关注这速度是否过快，骑行时查看时间麻烦等问题。为此，本系统设计了一款基于手机app的速度里程表，专门解决上述问题。设计以STC89C52单片机为设计的核心芯片，用霍尔传感器把轮胎的转动一周期的脉冲信号传送到单片机。路程和速速的测算是根据单片机的定时器/计数器测算出实际脉冲信号的总数以及旋转一周期的时长，脉冲信号总数×自行车车轮周长=行驶路程，行驶路程÷脉冲总数×单个脉冲信号时长=速度。设备添加了DS1302芯片为速度里程表提供实时时间。通过单片机系统计算得出结果，最后的数据通过LCD1602液晶显示器展示和手机蓝牙app显示。 1.3系统设计思路 本系统设计分为几个模块：①霍尔传感器模块：假设轮胎的圆周长为L，然后给轮胎配置了A个永磁体，因此路程测量值误差为L/A。通过整体分析，此次实验轮胎永磁体设A=1。若轮胎旋转一周，采用开关型霍尔元件接收到脉冲信号，然后在p3.2处中断处理，在0端接入输入信号，霍尔传感器元件只要检测到一次脉冲信号就会对单片机给予1个计数中断。每1次中断表示车胎就旋转一次。中断次数设为N和车胎周长L的乘积就是路程。自行车车轮旋转一周期就记运动的耗时TIME。因此，通过此计数器能测算出实时的速度。②蓝牙模块：本设计添加了连接手机蓝牙功能。通过蓝牙模块能将LCD1602液晶显示的数据发送到手机端的蓝牙APP。在手机端蓝牙APP和lcd1602显示器同步显示数据。在手机蓝牙APP上我们也可以设置限制速度。③按键模块：按键模块一共有7个按键，分别是电源开关按键，电机启停按键，清零初始化按键，菜单切换按键，选择按键和加减按键。④时钟模块：本设计采用DS1302芯片提供准确的时间，使设备能实时显示相关数据。⑤掉电保护模块：在设备的使用过程中人们容易因为误触导致设备关机，或者忘记充电导致设备使用途中断电。因此，为了保障设备数据的存储安全，本设计添加了掉电保护功能。⑥显示模块：因为设计要求作品必须节能，且功耗小，所以本设计的显示模块选择LCD1602液晶显示器。它在节能和功耗方面表现良好，并且能够全面的显示本设计需要的数据。整个系统组成：stc89c52单片机，霍尔传感器把测出自行车车轮旋转一周的脉冲信号，在把数字脉冲信号传送给单片机进行数据处理操作。单片机把数据代入设定好的程序中换算出固定时间内的脉冲频率，最后从计数值中得出路程、速度，然后把数据传送到LCD液晶显示器显示。本设计的实时时钟由DS1302芯片提供。另外附加无线蓝牙功能，将实时速度里程发送到手机。设计额外增添超速警报功能，在时速已经超过设定的值后，蜂鸣器就会响起，从而达到提醒用户要及时减速的效果。图1-1系统构架图

2硬件电路设计2.1单片机模块本次设计对于核心控制模块的处理芯片所用型号的选型,主要是以下面这些标准进行参考。技术性：主要从处理器芯片的技术指标对芯片进行选择，能够保证系统在特定的环境下稳定运行，有较大的存储空间，并且芯片所具备的其他第二功能应用资源。实用性：以处理器芯片的供货渠道和开发成本等角度进行考虑，对芯片供应商进行选择，例如国内宏晶科技或艾德梅尔公司所研发的芯片，从而保证LED旋转显示屏系统有较好的持久性和抗干扰性；开发性：从芯片开发手段来考虑，如集成的开发环境、在线仿真和调试环境、封装功能等方面进心全方面性质的选择。经济性：从开发成本和后期的维护成本作为前提，所选择的芯片价格不宜过高，否则会提高整个的研发成本。在市场上竞争性也会下降。复位电路是单片机系统中最不能缺少的部分，它主要是对单片机进行一个复位操作，同时也确保整个系统可以稳定和可靠的进行工作。在电路当中构成上电自动复位电路的元器件是C4，R13和C1。C2，Y1构成单片机晶振电路。传统的单片机系统，能够正常工作的电压都在5V左右，大概在4.75~5.25之间。在单片机的电路系统当中，它需要一个稳定的电压，所以在单片机进行上电时，电源所提供的电压要超越4.75V和低于5.25V这个值。晶体的振荡器也需要进行一个稳定的工作，只有这些条件都达成以后，单片机的复位信号才会被撤销，整个电路系统才能进行工作。否则单片机会一直因为电流不足而一直处于复位的状态。根据上述所提到的几个方面并结合研发所需的成本高低，最终本设计所采用的是由宏晶科技生产的stc89c52芯片之所以选用该芯片作为微控制器不仅是因为其性能满足项目需求，还因为第一它有超强的抗干扰能力，高抗静电、能轻松过KV/4KV快速脉冲干扰、宽电压，不怕电源抖动、能适应的温度范围，-42℃-85℃。第二是它能降低单片机时钟对外部电磁辐射。第三是功耗低，正常工作模式下电流4mA-7mA。第四在可系统编程，无需编程器和仿真器，所以本设计选择stc89c52芯片。2-1单片机最小系统图2.2显示模块为了节能和降低功耗本设计选用的是LCD1602液晶显示器。LCD1602液晶显示器同时称为lcd1602字符液晶显示器。它是由点阵液晶模块组成的，专业使用于显示特殊字符、数字信号、英文字母。是由5X11/5X7点列矩阵显示字符位组合而成,任何一个点矩阵，任何一个字符位都能逐一显示一位字符数据。并且每一点与每一行之间都有一个间隙，间隙的作用就是隔开字符的间距以及行距的作用。所以，其不可以完美的展示图画。LCD1602的意思是显示的为16X2的样式显示,所以展示的时候分为上下两行，并且两行有16个数字字符液晶控制模块(每个液晶模块显示一个字符或者数字)。市场很多字符LCD都是以HD44780LCD芯片为基础，他们的操作原理是几乎一摸一样的。因此，在hd44780的基础上编写的控制子程序能够很轻松地适用于市场上绝大多数字符LCD LCD1602有两种不同的发光形式分为带背光和不带背光，背光的粗很多过不背光的，但是，相对背光来说背光和不背光在使用场合中无明显差别。本设计采用的是不带背光的LCD1602液晶显示器，显示器一共设计了四个显示界面分别是，速度、路程、时间显示界面，日期、星期、时间设置界面，限速设置和总里程界面，设置自行车车轮直径界面。图2-2LCD1602液晶显示器电路图如图2-4所示，LCD1602显示器第一行显示的是速度、时间，第二行显示的是路程。图2-3速度、路程、时间显示图如图2-5所示，LCD1602显示器第一行显示的是具体的时间、星期，第二行显示的是当前的年月日。图2-4时间日期显示图如图2-6所示，LCD1602显示器第一行显示的是限制的速度，第二行显示的总里程图2-5限速，总里程显示图如图2-7所示，LCD1602显示器第二行显示的是自行车车轮的直径图2-6自行车车轮直径显示图2.3霍尔传感器模块（1）霍尔效应电压加在半导体薄片上，在薄片上方加一个和薄片表面形成垂直的磁场c，在片的左右两边会产生一个工作电压，这一现象是人们所说的霍尔效应，是爱德文·霍尔科学家研究所发明的。Vh被叫作霍尔电压。发生这一现象的原因主要是带电半导体芯片的载流子经过电磁场的作用力下生成的洛仑兹力，不断向两端偏转或聚集到半导体薄片的侧面，从而生成做为霍尔电场。霍尔传感器感应产生的电场所发生的电场力与洛仑兹力是不同的，两个力能持续妨碍电子载流子的运动使它不断累积，最后霍尔传感器电场的电场力和洛仑兹力的电场力一样。此时，在薄膜的两端创建恒定的电压，即霍尔电压。（2）霍尔开关电路霍尔传感器开关控制电路设计同时也叫做霍尔数字系统电路，霍尔开关电路的组成部件有霍尔传感器片、差分放大器、斯密特触发器、稳定电压器以及输出级。当作用力来自外来磁场时，如果电磁感应强度大于传导阈值时，霍尔传感器电路输出管导通电流并且输出低电平。然后，电磁场c再加强，霍尔传感器电路仍处于导通态。如果霍尔传感器磁场再加一个磁场B，电压值下降到BRP时，则输出管处于截止状态，霍尔开关电路输出信号为高电平。BOP叫做工作节点，同时我们称BRP是释放点，然后我们把BOP-BRP=BH叫做回差。回差使得开关的电路干扰性加强。锁定形的霍尔传感控制开关电路的优势：若外加电磁场c沿正方向加大并且达到BOP时，电路接通。然后，无论电场c加强或减弱或者电场c被移除，电路都始终在on状态。唯有当电场c到达负BRP时，霍尔传感开关电路才会处于关闭状态，所以我们叫这个型做锁定型（3）旋转传感器(a)径向位置磁极(b)轴向固定磁极(c)遮断式，在磁场上放置一个磁体，磁体能够和霍尔传感开关相互融合，组成不同种类的旋转传感器。霍尔传感器元件电路进行导电，电磁体每导通过霍尔传感电路设计一回，就会输出作为工作电压的一次脉冲信号。所以，可以检验旋转样本的旋转圈数、旋转速度、旋转角度、旋转角速度以及其他物理数据。在转轴中放置整体叶轮与电磁体，用液态流体或者气态流体从而推动叶轮器的转动，由此通过组成不同流速、流量的传感器。在轮轴上安装磁铁，并在磁铁附近安装霍尔开关控制电路，以制作自行车车速度里程表。旋转传感器里面配置了有电磁体的叶轮，电磁体侧边配置霍尔传感器开关控制电路，可以由需要测量的流体从管道的一端流入，从而推动实现叶轮能够带动相连的电磁体进行旋转，当电磁体流过霍尔传感器元器件时，硬件电路设计输出信号为脉冲工作电压，通过脉冲的数量，从而计算得出流体的流动速度。如果管道的内径已知，则可以根据管道的速度和直径来计算流量。霍尔传感器元件电路电压来源是由电缆35提供带点和输出电压的。使用锁定型霍尔传感电路，不但可检测转动速度，还可以识别旋转方向。利用霍尔开关锁定器也可以进行方向和转速测定。（5）霍尔传感器本设计选用的是A44E霍尔传感器，霍尔传感器固定不动，通过电机转动，每当磁体经过一次霍尔传感器就能输出一个脉冲信号，将脉冲信号传送给stc89c52单片机处理，单片机每收到一次脉冲信号就做一次中断。每次中断就计自行车车轮旋转一周，从而得到自行车的路程，路程再除于脉冲信号发送的时间就能得到自行车的速度。霍尔传感器是磁性的传感器。它可来检查是否存在磁性电场和磁场内电磁的改变，并且可用于磁场的各种环境。霍尔效应是霍尔传感器的运行基础。霍尔传感器有很多优势。比如说，结构稳定、抗振动、安置携带简易、体型小巧、重量轻盈、使用时间长、耗能低、频率高（可达1mhz）、不惧怕尘土、不怕油渍、不怕水蒸气和不怕盐雾等污染就连腐蚀也不怕。A44E霍尔传感器的线性相关器精确度好、并且线性强。霍尔元器件开关控制器元件没有触碰点、没有磨擦损耗、结果输出的信号波形稳定清楚、没有大幅度的波动、没有数据回跳反弹、对字节位置进行重复测量精度很高(最高可达纳米级)。霍尔传感器元件运行可承受温查很大，范围从-55℃至150℃之间。综上所述A44E霍尔传感器满足本设计要求。图2-7霍尔传感器电路图2.4时钟模块本设计时间芯片采用的了DS1302芯片，DS1302是由美国DALLAS公司推出的一种具有涓细电流充电能力的低功耗实时时钟电路，具有可对年、月、周、日、时、分、秒进行计时的功能，工作电压为2.5V～5.5V。主要的特点是采用串行数据传输，即使掉电亦不丢失，在DS1302内部有一个31×8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。

本设计的时钟芯片的仿真电路图如下图2-11所示，采用时钟芯片设计的实际时间显示成品图如下图2-11所示。成品DS1302与STC89C52的连接线有三条线：RST引脚、SCLK串行时钟引脚、I/O串行数据引脚，Vcc2作为备用电源，芯片外接晶振X2，为芯片提供计时脉冲。图2-8时钟模块图2-9实时时间显示图2.5蓝牙模块本设计使用HC-05嵌入式蓝牙有两种工作方式：命令响应工作模式和自动连接工作模式，在自动连接工作模式下模块又可分为主、从和回环三种工作角色。当模块处于自动连接工作模式时，将自动根据事先设定的方式连接的数据传输；当模块处于命令响应工作模式时能执行下述所有AT命令，用户可向模块发送各种AT指令，为模块设定控制参数或发布控制命令。通过控制模块外部引脚（PIO11）输入电平，可以实现模块工作状态的动态转换。引脚功能：1、PIO8连接LED，指示模块工作状态，模块上电后闪烁，不同的状态闪烁间隔不同。2、PIO9连接LED，指示模块连接成功，蓝牙串口匹配连接成功后，LED长亮。3、PIO11模块状态切换脚，高电平-->AT命令响应工作状态，低电平或悬空-->蓝牙常规工作状态。4、模块上已带有复位电路，重新上电即完成复位。HC-05用的是多项能力五通道的DMA控制器，并能用扩展数据的存储空间和访问内存，因此可以查询全部的物理内存器。任何一个通道（优先级、触发器、寻地址模式、传输数据计数源和目标进行指针和输管理模式）使用DMA测算符在数据内存每一个位置进行配置。数据通过多个硬件接口在核心控制器、闪存控制器（SRS）、定时器控制器（sreg）或闪存控制器（SFAM）之间传输。定时器1是一个十六位的定时器，它能用定时器/PWM功能。Hc-05拥有可以编程的分频器、5个自行编译的计数器/捕获数据和16位周期值，16位周期的比较值是每个通道都有的。随便一个计数器或者捕获通道，都可以直接运用一个pwm功能输出数据或捕获输入控制信号的边沿时序。为了降低蓝牙连接技术的成本，特地使用低功耗蓝牙芯片，使用功耗的蓝牙是为了策划短距离射频联通。在实际使用节省能耗的不单单是电流。很简单在数据传送的过程中如果数据信号的内容很多，因此这些数据信号的传送的时间比较长，因此可以通过不断减少链接时间，从而提升减少能耗的能力有较好的效果。面对数据信号内容传送很少的程序来讲，数据信号的链接传送的时间就少，可以用简洁连接方式这样就能节约很多的时间，最终达到减少损耗的效果。因此，HC-05蓝牙降低损耗的方法模式的实现，很是适用那些数据传送量较小的应用,满足本次设计要求。图2-9蓝牙模块电路图2.6按键模块本论文设计了七个按键，分别是电源开关，电机开关，清屏按键，菜单切换按键，选择按键，加按键，减按键。电源开关和电机开关选用的按键是自锁开关，自锁开关的好处就是当按键按下时能够接通并保持电路流通，再按一下则电路复位。清屏按键的作用是将显示器初始化，以前显示的速度和路程进行清零，因为有掉电保护功能所以就算按下清屏按键，设备的总里程和限速设置一直保留。菜单切换按键可以切换LCD1602显示器的显示界面。选择按键，当菜单按键按到编辑界面时，选择按键就能对需要调节的项目进行选择。当确定选择的项目时就能够按下加按键或者减按键对项目数据进行更改。图2-10按键模块电路图2.7蜂鸣器模块蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。蜂鸣器在电路中用字母"H"或"HA"(旧标准用"FM"、"ZZG"、"LB"、"JD"等)表示。蜂鸣器还分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器，两者的区别两种蜂鸣器的引脚都朝上放置时，可以看出有绿色电路板的一种是无源蜂鸣器，没有电路板而用黑胶封闭的一种是有源蜂鸣器。迸一步判断有源蜂鸣器和无源蜂鸣器，还可以用万用表电阻档Rxl档测试:用黑表笔接蜂鸣器"-"引脚，红表笔在另一引脚上来回碰触，如果触发出咔、咔声的且电阻只有8Ω(或16Ω)的是无源蜂鸣器;如果能发出持续声音的，且电阻在几百欧以上的，是有源蜂鸣器。本论文采用的是有源蜂鸣器，蜂鸣器在本设计中的主要作用是，当实时自行车速度超过系统设置的限制速度时蜂鸣器响起，提醒骑行者速度过快应减速。蜂鸣器电路图如图2-11所示。图2-11蜂鸣器电路图

3软件程序设计3.1整体程序设计本论文使用的是uVision5软件进行编写代码。美国Keilsoftware软件公司生产的Keilc51是C语言编译软件。汇编语言与C语言比较在结构、可读性、可维护性以及功能方面汇编语具有显著的特长，所以容易学习与使用。以前使用过汇编程序语言开的人，再来应用C语言开发，感觉会比没有用过汇编言语更具有深刻性。Keilc51软件内包括了大量的库函数，以及功能超强的windows使用者开发界面。要看到编程后得到的汇编语言代码,就能够感受到由KeilC51所产生的代码具有极高的效率,从一般语言得到的汇编语言程序代码一般都非常紧凑,结构简单明了且易于掌握。在研发特大的软件系统时,也可以很好地体现高级编程语言的特点。单片机系统除开特定的电路硬件，其他不能脱离软件程序的编程，因此，不能没有编程软件。现在所编辑的汇编程序源代码会通过处理器运行到单片机。编写代码有两种方法，一个是Keil软件所设计的主要是人工编程的，另一种是汇编系统编程。最早的A51汇编系统软件语言就是用在MCS-51单片机系统里编写的,单片机系统的研发水平随着社会的进步持续更新，从日常应用的汇编系统语言慢慢变成用高级系统语言研发。现今最常用的研发MCS-51单片机系统的软件是Keil，近些以年来所有的仿真机企业统统无条件支持Keil。Keil软件供给包含连接器、库管理、汇编辑器、C语言编译器和具有功能很不错的仿真测试器，包含在内全面的软件系统研发设计方案，经过集成技术一起研发的工作环境(uVision)将各个模块结合一起。同时运行keil软件系统要奔腾或者更高的处理器，16MB或者更好的RAM、超过20M的应用硬盘存储内存、WINXP、NT、WIN2000、Win98和其他操作系统。keil软件的实用性,对开发者、使用五十一系列系统和单片机爱好者们而言是非常重要的,但是若你采用了C语言系统进行编译,则Keil就应该是你的不二首选(现今在中国你能自己可以买到Keil软件、而且你所购买的仿真机,也应该会兼容该软件系统的运行)就算没有C语言,或者用汇编语言系统进行编译,其简单方便的集成电路配置以及超强的软件仿真测试功能，同样会让你工作简单轻松。数据连机测试是在测试中以最好的状态启动软件，考察分析系统安全运行的状况，然后根据运行情况可以调整修改控制技术的数据，或者对软件系统、硬件电路方案改出更好的设计，反复测试研究，到最后系统能够达到各课性能指标的要求。综上所述，为了更爱好的达到系统设计的要求，本次设计采用keil5编写程序代码，在编写代码时，详细的备注了每个参数的意思，并且解析了每行代码的意思与功能。通过不断的反复与修改。按照系统设计要求编写出了完整的程序。下面开始介展示整体程序流程图，如图3-1所示。程序开始运行，首先进行显示模块LCD1602液晶显示器初始化，接着定时器开始运行。定时器开始检查中断，当检测到中断时记录中断的时间，并重新设置中断的时间。得到中断的时间就能够计算出自行车的速度和里程。通过单片机把速度和里程发送给LCD1602显示器显示。图3-1整体程序流程图3.2显示模块（1）LCD1602液晶显示显示系统程序采用的是LCD液晶显示器运动型的扫描显示的方式。LCD1602液晶显示器的基本额操作时序；①读状态：输入：RS=L,RW=H,E=H,输出：D0-D7=状态字。②写指令：输入：RS=L,RW=L，D0-D7=指令码，E=高脉冲，输出：无。③读数据：输入：RS=H,RW=H,E=H,输出：D0-D7=数据。④写数据：输入：RS=H,RW=L,D0-D7=数据，E=高脉冲，输出：无。第一步把单片机的P2.2引脚口接入VCC使能口E。然后把P2引脚接上数据/命令运行终端RS，把展示的数字值传送到端口P0，P0所连接数据信号终端是D0至D7。再通过调用一个延时程序，然后他P2.2口配置为0，P2.0端口配置为1，再写命令，把P2.2端口设置1，P2.0端口设置1，再写信号输入数据，要将显示的数值信息都显示在LCD液晶显示器上。显示流程图如图3-2所示。图3-2显示流程图手机蓝牙APP显示设备开始初始化，进行蓝牙连接，蓝牙连接成功，单片机计算出数据通过蓝牙无线技术，把数据传送到手机蓝牙APP端。手机蓝牙app能够查看当前速度、里程和报警速度。手机蓝牙APP显示流程图如图3-3所示。图3-3蓝牙APP显示流程图3.3速度里程模块本设计的速度和路程通过在keil5软件内编写代码，将代码下载到单片机系统内。路程的数学计算公式：霍尔传感器产生脉冲信号数×车轮周长=路程；速度的数学计算公式：路程÷计算脉冲的时间。经过单片机的处理得出速度。系统添加了限速模块：人们在使用交通工具的时候难免为了追求刺激而不断提高车的行驶速度。考虑到安全隐患本设计为了保障人们行驶安全，给速度里程表添加了限制速度功能。我们可以设置一个速度，如果实时速度大于设定的速度时，单片机系统将触动警报信号，蜂鸣器将鸣响起,提示使用者降低车速。图3-4速度处理流程图3.4仿真模块（1）仿真软件简介Proteus工具从开始的原理图布局设计到代码测试修改，再到单片机与外围硬件电路的仿真，全自动转换至PCB的仿真布局设计，Proteus仿真是从设计到成品的完美过程.是地球上独一无二的能够对电路仿真的软件。PCB硬件电路设计、虚拟模块设计和仿真技术，把三个技术的设计完全融合成一个软件平台。Proteus的CPU结构可以运行DSPIC33、AVR、ARM、8051、PIC10/12/16/24/8086以及MSP430等一系列的处理器。Proteus将继续发展添加不同系列的CPU。Proteus在编程方式还兼容KEIL、IAR、MPLAB和其他编程工具。英国Labcenter公司发明的PROTEUS系统仿真软件技术与开发控制平台，是现今地球上拥有完整体系的系统框架设计以及仿真平台。Proteus不仅可以完成数字模拟电路、虚拟设计硬件电路、小微操控系统，还可以完成混合电路设计、软硬件电路的仿真、系统软件相互容通的仿真、PCB电路的模拟绘制、PCB实时设计。现在世界上不同的CPU都能用PROTEUS实行数据仿真。Proteus软件系统能调试EDA工具，因此，就算没能找到设计需要的元器件，仍然能够用PROTEUS软件系统设计出元器件并进行调试和检验。按设计把原理图接线完成后，使用ProteusIsis编辑提供电路检测指令，检测设计，然后按照系统提示的错误，并且修改检查报告的原理图。反复修改原理图一直改到能通过电路电器的审核规则检查。单片机控制系统的软件仿真技术是PROTEUSVSM软件系统的独特之处。而且，本软件系统的仿真能够将源代码编程与编译集合到一个产品设计工作内容中，这种设计能够让用户在设计的过程中进行代码编译，而且能够简单的查到使用者对原来的程序代码修正后对仿真研究的效果以及检查有没有出现错误。在没有错误地编译源代码之后，可以进行模拟。在电路仿真过程中，能够持续的修改电路的设计和程序功能的提升，最终实现本设计的目的。（2）仿真过程在Proteus里面找到实验所需要的各种元器件，把他们按照模块分布来摆放好，排放完成后把每个相关引脚连接起来，链接好之后开始模拟调试，对每个模块进行测试。通过反复的调试和排除，一步一步的把错误和毛病修改完善。仿真过程最怕的就是搭错线和搭重线。（3）仿真结果仿真图如下所示，按照实验设计要求，把各个元器件合理排版完成，给单片机下载进编写好的代码，接着模拟启动电源按下开关，设置好轮胎的直径和限制速度。检查超速是蜂鸣器是否响起，如果数据计算运行成功，蜂鸣器正常响起，则模拟电路仿真运行成功。图3-5仿真结果图（4）PCB自行车里程表图制作完成电路仿真之后，证明电路能正常通电，程序也能正常运行，接着开始了PCB图的制作，PCB图制作需要用到的软件AltiumDesignerSunner软件。通过软件制作元器件图纸，如果在软件元器件库有就能直接使用，没有要自己制作。当把所有元器件都集全后就开始布线，布线不能重线和漏线否则会导致焊少打孔，以至于铜线布置不到位，焊板焊不上结果电路不能成功通路导致实验失败。3.5蓝牙模块蓝牙的整体制作过程，制作蓝牙APP使用的软件是inventor，在使用inventor之前得先进入inventor的网站，然后以QQ的用户登录，登录成功后开始新建一个项目，进入用户界面。对APP的界面布局也就是对蓝牙的组件设计。每个组件的功能和样式不一样，本设计选择了比较合适的组件来组成蓝牙APP，组件如下：蓝牙app的布局：①速度:0（实时显示自行车的速度）。②报警速度：0（显示设置的报警速度）。③里程：0（实时显示已走的路程）。④设置报警速度：（可以在下面的栏目设置所需要设定的报警速度）。⑤搜索蓝牙（点击搜索蓝牙会弹出一个窗口，里面会显示所扫描到的蓝牙）。⑥断开链接（点击断开链接后已经链接的蓝牙会断开链接）；⑦链接状态（当手机与设备链接成功后链接状态会亮红光，若没链接成功或者没有链接者不亮）。实际手机显示的蓝牙app如下图3-4所示。蓝牙app的组件设计完成之后，开始对蓝牙的逻辑设计进行设定。逻辑设计的方式跟组件的设计方式有些相似，都是从菜单栏拉出自己需要的模块，然后进行组件，但是逻辑的设计更为复杂一些，需要考虑方案进行的是否通顺，还需要判断和选择。 图3-6蓝牙APP布局图

4系统调试与测试4.1硬件安装与测试完成仿真模拟后开始实物的组装，对照这模拟仿真的图形放置每个元器件，把每个元件焊稳并且不浪费材料。经过一个星期时间的组装，终于把设备安装完成，接着开始了各个模块的测试。首先打开电源，LCD1602液晶显示器亮起，蓝牙芯片HC-05指示灯亮起，证明电路连通，接着按下电机开关按钮，电机（本设计假设电机圈旋转一周相当于自行车车轮旋转一周）开始工作，显示器开始记录里程，显示当前的速度和时间。然后按下菜单设置键从速度、里程时间界面变成时间、日期、星期设置界面，按下左边第三个可以选择需要设置的项目，再按菜单切换键变成限速设置和总里程界面。再按菜单设置按键，界面变成车轮直径设置界面，在这里可以设置车轮直径的大小，也就是调整车的行驶速度。最后还给设备添加了初始化按键，当自己使用过设备之后会存留一些数据在里面，这时只需要按下初始化键，所有的数据就会重新开始储存。但是为了自己使用设备放心我们给设备添加了掉电保护功能，比如设备，没有电了又想保留自己运动的数据，或者设备被自己运动时不小心关机了，这时我们重新打开，前面的数据依然保存有。然后打开蓝牙APP连接设备的蓝牙，启动电机，我们在手机的蓝牙APP上可以看到自行车的实时速度、里程和报警速度。同时在手机的蓝牙APP上也可以设置报警速度。最后就是超速报警调试：首先我们可以通过设备按菜单切换按键使菜单切换到超速界面，接着设置一个速度值20km/h，然后调节自行车的轮胎直径也就是自行车的速度，然后开启电机当自行车的速度超过20km/h时蜂鸣器响起则设计成功。通过实物设计蜂鸣器能在超速响起所以设计成功。超速设定在蓝牙app也能设计，打开手机蓝牙app在报警速度的下方有一个栏目，在上面填上需要限定的报警速度。当自行车超速时蜂鸣器照样响起。两种超速报警设计互不冲突，能够相互调节。图4-1设备实物图（1）设备误差测试方案，设计用电机叶轮转动代替自行车车轮转动，在叶轮边缘放置一个磁体，磁体每经过一次霍尔传感器则发出一个脉冲信号给单片机，计数自行车车轮旋转一周，自行车周长×脉冲数=自行车的路程。路程÷计脉冲数的时间=速度。由此可以计算出自行车实际的速度和路程。再与本设计的速度里程表所显示的速度和路程比较，算出误差。为了避免测试的偶然性，设计了三次测试如下表4-1所示。表4-1误差测试表次数物理量量轮胎直径表显速度实际速度误差表显路程实际路程误差第一次50CM30km/h31km/h3.2%81m83m2.4%第二次60CM37km/h38km/h2.6%98m100m2%第三次70CM43km/h42km/h2.3%111m108m2.7%图4-2车轮直径50cm的速度路程图图4-3蓝牙app界面速度里程图图4-4车轮直径60cm的速度路程图图4-5蓝牙app界面速度里程图图4-6车轮直径70cm的速度路程图图4-7蓝牙app界面速度里程图如上表和图所示本设计的速度和路程误差都在2%-3%。符合本系统要求。4.2软件调试与测试通过以上对各硬件功能的调试，可以发现单片机，LCD显示器，电机，蓝牙芯片等部件的电位都可以正常工作，运行过程中也没有出现不稳定等情况。硬件调试之后就需要对程序的各个模块进行检测。同时为了减少由硬件问题引发的软件错误，采用分模块的方式对系统进行验证，包括LCD显示器、手机蓝牙APP等功能进心逐一的验证。这样有利于我们发现错误并排除错误。（1）程序下载部分自行设计的最小系统最重要的一部分便是程序下载口。程序下载口对于后期调试非常重要，我们不可能是保证下载好程序的芯片进行焊接后可以完美执行我们设计的功能。其次，如果没有设计下载口自己设