论文总字数：13691字

摘 要

本论文对自行车里程表的设计做了简要的介绍，对里程表的工作原理和制作步骤进行了分析。在制作里程表时主要运用了光电对管传感器来进行光信号到电信号的转换，然后用LM339比较器对得到的电信号预处理，形成电脉冲信号。再通过单片机从LM339比较器读取数据，然后进行处理，计算出速度和里程数。再通过单片机送到液晶显示。本文分别从硬件和软件两方面进行了分析，同时对各芯片模块的功能进行了解释，并分析了各芯片管脚的用途。本设计也用proteus软件进行了仿真。该自行车里程表的设计原理简单，且成本低廉，易于实现，实用性强。能够在自行车厂商中得到广泛的应用。

关键词: 光电对管，LM339，单片机AT89S51，LCD1602

Abstract：In this paper, the design of bicycle odometer a brief introduction on the odometer works and fabrication steps are analyzed. Mainly used in the production of odometer photoelectric tube for an optical signal to an electrical signal conversion, and then LM339 comparator compares the electrical signal obtained pretreatment, and then read the data from the LM339 comparator through the MCU, and then processed again through the micro controller to the LCD. From the hardware and software aspects of the analysis, while the functions of the chip module are explained and analyzed the use of each chip pin. The design software simulation. The design principle of the bicycle odometer simple and low cost, easy to implement, practical. It can be widely used in bicycle manufacturers.

Keywords: photoelectric tube,AT89S51,LM339, LCD

目录

1 绪论 4

1.1 课题的背景 4

1.2 课题要实现的功能 4

2 系统设计 4

2.1 系统功能分析 4

2.2 系统功能模块设计 5

2.2.1 硬件电路设计 5

2.2.2 软件设计 13

3 程序代码 14

3.1 数据采集程序 14

3.2 中断程序 14

4 系统调试与结果分析 15

4.1 电路调试 15

4.1.1 硬件调试 15

4.1.2 软件调试 15

4.2 结果分析 16

结论 17

参考文献 18

致谢 19

附录A 系统电路图 20

附录B 系统程序 22

1 绪论

1.1 课题的背景

在我国拥有13亿人口的大背景下，自行车已经成为越来越多上班族、青年、老年人等的代步工具。自行车不但拥有轻便、快捷的功能，而且还能锻炼身体，节能环保。现如今越来越多的年轻人选择骑行旅行，在骑行的过程中不仅能锻炼身体，还能享受骑行带来的乐趣。所以随着社会的发展，自行车正在潜移默化的影响着人们的生活，成为必不可少的生活日用品。然而现阶段我国的自行车功能结构单一，没有普及里程表计数等功能，显然已经不能满足人类的需要。因此，普及和发展自行车里程表技术已经成为我国现阶段自行车产业的必然趋势和发展方向。

1.2 课题要实现的功能

(1)设计一个简易、多功能的自行车里程表，通过LCD液晶显示模块显示出相关信息；

(2)显示自行车的行驶速度；

(3)显示自行车的行驶里程数。

图1-1 系统框图

2 系统设计

2.1 系统功能分析

本系统可以测量和显示自行车行驶过程中的速度和里程数。该系统结构简单，功能性强，且实现成本低廉，易于实现。信号的采集有许多种方法，在本系统中，可以用光电管传感器将光信号转变为电脉冲信号，也可以用霍尔传感器将所测得的转速转变为电脉冲信号。我采用的是光电管传感器来实现电脉冲的采集功能。光电管传感器所测得的数据更加准确，精度更高。其中，光电对管每采集到一次电脉冲信号，单片机中的计数器值就相应的加一。每五秒钟计算一次平均速度值。其中，本系统最关键的模块是单片机，通过光电对管对信号进行采集后，把数据传送给单片机，单片机对此信号进行计算分析，将得到的速度，里程数等信息通过LCD液晶显示模块显示出来。

本系统由数据采集模块，单片机系统，LM339电压比较器以及LCD1602液晶显示模块组成。其中信号数据的采集输出的是矩形脉冲。本系统中最关键的模块是单片机处理系统，单片机通过对所传入的数据进行计算分析，然后通过P3.2脚对得到的矩形脉冲信号进行计数，输出的信号由LCD液晶进行显示，显示当前的行驶里程情况和行驶速度等信息。

该系统能准确实时的将行驶过程中的里程显示出来，通过传感器将不同的行驶速度转换为对应的电脉冲信号输入到单片机的脉冲信号频率中进行测量，通过单片机计算出里程并由液晶显示模块显示所测里程。在计算里程数时，默认自行车在行驶期间是按匀速行驶的，这样总的行驶里程数就可以通过行驶的时间和速度计算出来。显然，这样计算存在误差，但计算简便且易于实现。

在设计制作过程中，本系统用所测得的脉冲频率来计算速度，因而测出的结果不会有很大的偏差。虽然在测速中假定自行车是在理想状态下行驶的，会有小误差，但由于在整个测试中将误差控制在几米范围之内，所以所测结果并不会有很大的偏差。

2.2 系统功能模块设计

2.2.1 硬件电路设计

（1）数据采集模块

光电管（photoelectric tube）是一种基于外光电效应的基本光电转换传感器件。本设计采用半导体材料类型的光电管，它的工作原理光电二极管又称为光敏二极管，是利用半导体的光敏特性制造的光接收器件。该光电二极管工作在反向偏置状态下。当光照强度增加时，PN结两侧的P区和N区因本征激发产生的少数载流子浓度增多，如果二极管反偏，则反向电流增大。因此，光电二极管的反向电流随光照的增加而上升。常见的半导体材料有硅等。光电管可以将光信号转换为电信号。

本系统的信号采取由一对光电管来完成，光电管信号采集是通过光照强度的变化转换成电信号的。如图2-1所示，铝盘中存在许多过孔，在铝盘的一端固定住发射管，发射不间断的光波，在铝盘的另一端固定住接收管。此时，需要注意的是，发射管与接收管一定要处于同一水平线上，必须要对齐，否则，接收管将接收不到发射管的光线，也就无法将其转变为对应的电信号。随着铝盘的转动，发射管的光线会不断的经过过孔和不经过过孔，每当发射管的光线经过过孔时，接收管输出高电平；每当发射管的光线被挡住时，接收管就输出低电平。此时单片机就可以通过此信号计算出速度和里程数。在自行车安装中，将红外对管分别固定安装在车轮的两端。随着车轮的转动，辐条会挡住发射管的光路，此时接收管便会输出低电平，为方便起见，假设自行车车轮处只有一根辐条，那么，自行车每转动一圈，只能采集到一个脉冲信号。通过LM339放大后，从单片机的引脚P3.2中断0端接入，用来检测脉冲信号。传感器每获取到一个脉冲信号，就对单片机系统提供一次计数中断，每次中断代表自行车车轮转动一圈，因此，里程数Mileage就可以通过中断数n和轮胎的周长L计算出来，计算公式为：Mileage=n*L。速度Velocity可通过计数器T1计算出每转动一圈所需要的时间T来计算出来，计算公式为：Velocity=L/T。在这里，假定自行车的轮胎半径值已知，这样计算就会简便很多。同时，为了测量的准确性，我们将光电管套上紫铜管。

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