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1、冀中职业学院毕业论文分 类 号 密 级：冀 中 职 业 学 院毕 业 论 文题 目：霍尔测速仪原理 姓 名 杨笛学 号 39系 别 机电系 专 业 电气自动化指 导 教 师 许双君 论文提交日期 年 月I霍尔测速仪原理（题目）摘 要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。自行车测速仪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、时间、温度等物理量。本论文主要阐述一种基于霍尔元件的自行车测速仪的设计。本文以STC89C54RD+单片机为核心，霍尔传感器测转数，实现对自行车里程、速度、时间、温度的测量统计，能将自行车的
2、里程及速度用LCD实时显示。文章详细介绍了自行车测速仪的硬件电路和软件设计。硬件部分利用霍尔元件将自行车每转一圈的脉冲数传入单片机系统，然后单片机系统将信号经过处理送LCD显示。软件部分用C语言进行编程，采用模块化设计思想。该系统硬件电路简单，子程序具有通用性，已达到设计目标。关键词：速度；温度；霍尔元件；单片机目 录第1章 绪论11.1 国内外自行车测速仪的发展现状及趋势11.2 本论文的研究内容2第2章 自行车测速仪的总体设计方案42.1 单片机选型42.1.1 单片机介绍42.1.2 单片机性能比较42.1.3 最终方案52.2 测速传感器选型52.2.1 测速传感器的介绍52.2.2
3、测速传感器的比较62.2.3 最终结论62.3 温度传感器选型72.3.1 温度传感器介绍72.3.2 温度传感器性能比较82.3.3 最终方案92.4 显示器选型92.4.1 显示器介绍102.4.2 显示器性能102.4.3 最终方案112.5 时钟芯片的选型12第3章 硬件设计133.1 单片机外围电路133.1.1 单片机的介绍133.1.2 单片机外围电路图153.2 速度模块的设计153.2.1 霍尔元件的介绍163.2.2 霍尔传感器硬件电路图173.3 温度模块的设计183.3.1 温度传感器的介绍183.3.2 DS18B20硬件电路图213.4 时钟模块的设计223.4.1
4、时钟芯片的介绍223.4.2 DS1302硬件电路图253.5 显示模块的设计253.5.1 LCD芯片介绍263.5.2 LCD硬件电路图27第4章 软件设计284.1 主程序设计284.2 计算速度里程程序设计294.3 温度显示程序设计304.4 时钟芯片程序设计304.5 LCD1602软件设计324.5.1 LCD1602时序介绍324.5.2 LCD1602具体软件设计33第5章 测试355.1 Proteus及Keil软件简介355.1.1 Proteus软件355.1.2 Keil软件355.2 应用Keil软件进行程序调试365.3 Proteus软件仿真365.4 硬件软件
5、联合调试375.4.1 联调步骤375.4.2 硬件静态调试38第6章 结论与展望40致谢41参考文献42附录1 PROTREUS仿真图43附录2 源程序44第一章 第1章 绪论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的尝试与研发过程中，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。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
6、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。本设计采用了STC89C54RD+系列单片机设计一种体积小、操作简单的便携式自行车的速度里程表，它能自动地显示当前自行车行走的距离及运行的速度。 1.1 国内外自行车测速仪的发展现状及趋势随着微型计算机可靠性提高和价格下降，用单片机测量电机转速技术已经成熟，但是这种技术目前主要还是用于工业生产方面，测速装置用于生活中还是少之又少。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。转速的测量方法很多，根据脉
7、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）。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份额是较为稳定的，每年的增长率基本上保持在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、或者电磁感应的位置都会用到霍尔传感器。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使用量。随着它在电子消费市场上的应用越来越
8、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。国内外现在已经有生产销售类似的自行车测速仪里程表，有些简单的产品功能比较单一，就是单单只有测速或里程的功能，然而一些复杂的产品除了测速和里程功能外，还集成了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将加入MP3和短信收发、新闻播报、通讯功能等，使得自行车测速仪更加的人性化、现代化、生活化。相信未来的测速仪会受到更多人的青睐，也将成为人类社会生活中的必需品。1.2 本论文的研究内容本课题主要是利用霍尔元件、单片机等部件设计一个可用LCD液晶显示器实时显示里程和速度的自行车的
9、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想、电路原理、方案论证以及元件的选择等内容，整体上分为硬件部分设计和软件部分设计。本文首先扼要对该课题的任务进行方案论证，包括硬件方案和软件方案的设计；继而具体介绍了自行车的速度里程表的硬件设计，包括传感器的选择、单片机的选择、显示电路的设计；然后阐述了该自行车的速度里程表的软件设计，包括数据处理子程序的设计、显示子程序的设计；最后针对仿真过程遇到的问题进行了具体说明与分析，对本次设计进行了系统的总结。 具体的硬件电路包括STC89C54RD+单片机的外围电路以及LCD显示电路等。软件设计包括：芯片的初始化程序、定时中断采样子程序、显示子程序
10、等，软件采用汇编语言编写，软件设计的思想主要是自顶向下，模块化设计，各个子模块逐一设计。控制系统的方案设计框图如图1.1所示。速度传感器单片机显示器按键时钟芯片温度传感器图1.1系统框图第二章 第2章 自行车测速仪的总体设计方案自行车测速仪是基于单片机的测速系统，该系统包括转速测量模块，温度测试模块，显示模块和电源模块。2.1 单片机选型单片机是自行车测速仪的核心部分，是决定各项设计指标的关键因素，不同的单片机有着不同的优势及其各自的缺点，我们要通过分析论证来选取相对于该设计来讲相对较优的方案。2.1.1 单片机介绍AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机，片
11、内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大，AT89C52单片机适合于许多较为复杂控制场合应用。STC89C54RD+是由深圳宏晶科技生产的低功耗，高性价比的单片机。采用8051的内核，与其他大部分单片机兼容，并且功能比普通的单片机强大，存储器（包括数据存储器和程序存储器）容量比普通的51 单片机更大，程序存储器主要采用flash存储器，可方便的擦写程序，同时还带一个8位的A/D转换器，最主要的是它采用ISP在线编程，配备了专门的程序下载软件，可直接通过串口将程序下载大单片机的flash程序存储区，并且掉电后不会丢失，用途非常广泛。2.1.2 单片机性能比较AT89C52片
12、内含8K Bytes的可反复擦写的只读程序存储器（EPROM）和256 字节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，与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大，AT89C52单片机适合于许多较为复杂控制场合应用。STC89C54RD+具有16K在系统可编程Flash 存储器和1280B的随机存取数据存储器。片内程序存储器内含16KB的Flash程序存储器，片内数据存储器内含1280字节的RAM，具有3个可编程定时器，具有32根可编程I/O口线，串行口是具有一个全双工的可编程串行
13、通信口，中断系统是具有8个中断源、4个级优先权的中断结构，具有一个数据指针DPTR，低功耗工作模式有空闲模式和掉电模式，具有可编程的3级程序锁定位，STC89C54RD+工作电源电压典型值为5V，STC89C54RD+工作频率为080MHz。2.1.3 最终方案就兼容性来讲，两种单片机都兼容51单片机，从存储容量来讲STC89C54RD+具有更大的存储容量，可以存储更多的数据，换句话来说，自行车可以行驶更远的距离。就价格和功耗来说，STC89C54RD+具有低功耗，正好满足现在的低碳理念，STC89C54RD+是国产的，而AT89C52是美国进口的，故STC89C54RD+更加便宜，选STC8
14、9C54RD+可以降低系统的成本。所以本文选用STC89C54RD+单片机作为本系统的控制核心。2.2 测速传感器选型测速传感器是自行车重要的硬件部分，它对被测物的运行速度进行测量并转化成可输出信号的传感器。测速传感器包括测量线速度传感器和测量转速度传感器。而测量转速的方式很多，常见的有：霍尔传感器（例如你提到的那一种）、光电传感器（还分反射式与透射式）、以旋转编码器等等。2.2.1 测速传感器的介绍LG-916传感器，由投光部、受光部及放大器组成的一体构造，从传感器发出光（红外线），照到旋转轴上产生反射光,再检测这个反射光的非接触式转速传感器。霍尔传感器44E系列是Allegro MicroSystems公司生产的宽温、开关型霍尔效应传感器，其工作温度范围可达-40150。它由电压调整电路、反相电源保护电路、霍尔元件、温度补偿电路、微信号放大器、施密特触发器和OC门输出极构成，通过使用上拉电阻可以将其输出接入CMOS逻辑电路。在测量、自动化、计算机和信息技术等
