基于单片机的里程速度测试表设计

摘 要

为了能够有效的应用霍尔传感器实现转速直接转化成为数字脉冲信号，就能够将该信息传输给单片机进行处理，并且通过规定程序能够计算出数字脉冲的频率，然后再实现计数数值能够在显示器中展示出来。同时该装置内安装有蜂鸣器装置，在速度达到规定要求后就会发生声响，使得操作者可以按照要求减速，考虑到信号的衰减、干扰等影响，利用单片机在信号输入前应对其进行放大整形［1］。
本文所设计的系统中，将STC89C52单片机作为主控核心，霍尔传感器能够直接获取转速信息，就能够确定自行车速度/里程等信号，并且通过其内部处理器EEPROM能够保存所有信息，然后将速度、里程等信息通过LED显示，同时还能够应用DS1302来显示日期和时间。本文主要目的就是设计自行车速度里程表硬件与软件部分。硬件有传感器、单片机等部件设计，还有各个部分的电路设计；软件采用的是C语言完成各个系统的变成，达到模块化设计标准。整个系统结构简单，性能优越，符合正常的使用标准要求。
结果表明，测量脉冲频率的方式来确定速度数据，精度较高，且稳定性好，可以满足多种条件的使用要求。该系统硬件电路简单，子程序具有通用性，完全符合设计要求。

关键词：单片机；霍尔传感器；液晶显示；脉冲信号

1 总体设计方案选择

经过上述的对本设计中涉及到的每一个模块进行了分析，最后的方案为：以STC89C52单片机为控制核心、DS1302做计时任务、LCD1602发挥显示数字的作用、通过霍尔传感器感应进行测速记录里程、数据存储部分通过STC89C52单片机内部的EEPROM进行存储。系统还会通过设定的超速限值与实测值进行对比当超过限值系统会发出鸣叫提示超速。整体的硬件设计框图如图1.1所示。

图1.1 系统硬件框图

2 系统硬件电路设计

2.1 ST89C52单片机系统设计

STC89C52共有32个I/O口，其中LCD1602液晶显示屏模块需要11个，蜂鸣器报警模块需要1个，按键模块需要1个，RFID模块需要5个，下载口需要2个。该单片机采用经典的MCS-51内核，但由于受到了很多的改造的影响，使该芯片与传统51单片机所具备的功能有很大的区别。STC89C52为许多定制的微型计算机应用、智能8位处理器和闪存编程系统，并且可以提供多样、自由、高效的具体实施例［7］。相应的单片机功能性引脚见图2.1。

图2.1STC89C52单片机引脚

2.2 单片机的最小系统

单片机的最小系统简单来说就是通过最小的元件与模块的搭建，使单片微机具有和普通单片机一样的功能，即被视为最小系统。其基本的原理见图2.2。

图2.2单片机最小系统原理图
接下来开始介绍单片机最小系统必备的器件及其作用。
在本项目中，5V电源是整个系统的主要电源。周边环境简单稳定。电源插座是否直接连接到USB线？是的，一端连接到电源插座，另一端是5V电源，如USB电脑，它可以连接到电源站，充电器连接到手机等。
复位电路，单片机的RST脚为复位输入脚，当复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间，复位后单片机就从头开始执行程序。如果单片机执行程序的过程中触发复位，则单片机立即放弃当前操作而被强行从头开始执行程序［8］。STC89C52的复位是通过外接复位电路的方式来完成其功能的，具体的电路见图2.3。

图2.3复位电路原理图

3 DS1302读时函数的设计

在DS1302当中存在的RAM寄存器有31个，当秒寄存处当中设置相应的数值以后，DS1302便能够做出相应的秒累加，然后进行自动进位。在进行读取数据的过程当中，需要先对寄存器的地址进行输送，然后再对8位数据进行一定的读取：在对数据进行读取以及发送的过程当中，都要按照先低位后高位的原则来进行。在对数据进行写入的过程当中主要是下降沿有效，而在对数据进行读取的过程当中则是上升沿有效［18］。在DS1302进行操作时需要根据数据手册当中的相关要求来进行。具体的流程见图3.3。

图3.3 DS1302读时函数流程图

4 系统整体调试

4.1 系统硬件测试

对硬件电路进行检测的过程当中，一般检查有没有一些漏焊、断路等情况，同时检查原件有没有出现方向错误以及设计错误等一些问题。
在漏焊以及元件方向错误方面，主要是把相应的电路板和PCB图当中存在的一些线路进行对照，查看在实物当中有没有出现相应的元件，他说没有的话，那么就需要进行重新对照，并作出补焊等一些工作。
在短路以及断路方面，主要利用数字万能表来进行解决，在二极管档位当中加入所需的数字万能表，利用红表笔以其黑表笔能够使其出现警示信号，以此来对这些问题进行相应的检测。在对元件以及导线进行检测时，使用两根表笔来进行相应的操作，倘若能够导通的话，那么蜂鸣器就会发出一定的声音。因此能够按照相应的一些情况，以及检测时所产生的一些现象检查线路有没有出现一定的问题。
在进行焊接方面，一般主要使用的是手工焊接，如今有很多的工厂在进行焊接时摒弃了传统的一些方法，不过在一些普通器件方面还是会通过手工焊接的方式来进行相应的操作。焊接的成功时项目是否成功的关键要素之一，如果焊接本质上出现问题，则会影响到整个控制系统的。所以在焊接的过程中一定要十分的小心。焊接的步骤如下：
（1）检查元器件：在进行焊接时要对所要利用的元器件进行相应的检查，确保没有出现一定的损坏，之后才能够安装和焊件，以防出现在焊接完成后因某个元件有损坏而使系统无法正常运行。
（2）放置、焊接各元件：检查好元器件之后，要根据原理图排好各元件位置，优先放置或焊接较低的元件，然后再对位置相对比较高的一些元件进行放置，特别是一些容易产生损坏问题的元件应该在结束的时候进行焊接，而且时间要小于10秒。进行焊接时如果焊锡不充足的话，那么就要补焊锡，而且也需要严格把控焊锡的量，防止和另外的一些器件进行连接［19］。另外也存在焊锡太多的现象，此时需要通过电烙铁来对剩余的一些焊锡进行处理，也可以使用吸锡器除焊锡。焊接完成如图4.1、4.2所示。

图4.1焊接实物图

图4.2电路板图片
焊接好的电路板在上电之前必须得经过调试，以免发生短路烧毁元器件或者因为断路导致的元器件无法工作的情况。
（1）单片机电路调试
单片机是整个系统核心部件。在最初的调试中，出现了调节按键失灵，经过多次调试实验后发现是由于单片机的P1.1引脚脱焊导致的，进再次焊接后故障问题便消除了。
（2）系统电源供电路调试
在供电接口VCC与GND两端接上电源后［19］，闭合开关，发现系统无供电，用万用表检测USB供电口的引脚发现无电压。将引脚重新焊接后再检测发现电压正常，可以为系统可以正常供电。
（3）LCD1602液晶显示模块电路的调试
在调试上电后发现LCD1602液晶屏幕虽然亮起来，但是发现没有显示出任何字符，后来用螺丝刀调节电位器，发现电位器旋钮位于最左端，此时灰度值最低因此无法显示字符，经过调试向右旋转后发现屏幕可以清晰地显示出字符来。

5 结 论

本设计主要采用STC89C52单片机作为核心控制器，包括霍尔元件模块，液晶显示采集模块，蜂鸣器报警等模块，多模块的配合最终实现了里程速度测试表系统。本文主要完成了系统设计方案论证和总体框架的设计，设计了系统整体和各模块工作的程序框图；控制模块采用STC89C52单片机作为系统核心控制器。
本课题主要任务是以单片机为核心利用霍尔传感器测速来设计一个可用LED显示里程和速度的自行车速度里程表。本文主要介绍了自行车的速度里程表的设计思路、电路原理和元件的选择等各个方面的内容，整体上大致可分为硬件部分设计和软件部分设计。目的是能实时地将所测的速度与累计里程数显示出来，主要是将传感器输入到单片机的脉冲信号的频率 (传感器将不同车速转变成不同频率的脉冲信号) 实时地测量出来， 考虑到信号的衰减、干扰等影响， 在信号送入单片机前应对其进行放大整形，然后通过单片机计算出速度和里程， 再将所得的数据存储到串口数据存储器，并由LED显示模块交替显示所测速度与里程。