毕业论文_基于霍尔元件的自行车的速度里程表的设计

其中最具代表的磁传感器就是霍尔传感器，在自动检测系统中，利用霍尔传感器测转数是种最基本的测量工作。

单片机是本次设计的核心部件，它是信号从采集到输出的桥梁，而且包括计算定时信息处理等功能。

初始化计算里程显示里程计算速度显示速度开始传感器及其测量系统本次设计信号的捕获采用的是霍尔传感器。

霍尔器件具有许多优点，它们的结构牢固体积小重量轻寿命长安装方便功耗小频率高可达耐震动不怕灰尘油污水汽及烟雾等的污染或腐蚀。

霍尔线性器件的精度高线性度好霍尔开关器件无触点无磨损输出波形清晰无抖动无回跳位置重复精度高。

取用各种补偿和保护措施的霍尔器件工作温度范围宽，可达。

按照霍尔器件的功能可将它们分为霍尔线性器件和霍尔开关器件，前者输出模拟量，后者输出数字量。

按被检测对象的性质可将它们的应用分为直接应用和间接应用。

前者是直接检测出受检测对象本身的磁场或磁特性，后者是检测受检对象上人为设置的磁场，用这个磁场来作被检测的信息的载体。

通过它，将许多非电非磁的物理量例如力力矩位置位移速度加速度角度角速度转数转速以及工作状态发生变化的时间等，转变成电量来进行检测和控制。

霍尔传感器的测量原理霍尔传感器是利用霍尔效应制成的种磁敏传感器。

在置于磁场中的导体或半导体通入电流，若电流垂直磁场，则在与磁场和电流都垂直的方向上会出现个电势差，这种现象称为霍尔效应。

利用霍尔效应制成的元件称为霍尔元件。

因为它具有结构简单频率响应宽灵敏度高测量线性范围大抗干扰能力强以及体积小使用寿命长等系列特点，因此被广泛应用于测量自动控制及信息处理等领域。

霍尔效应原理图如图所示。

图霍尔效应原理图集成开关型霍尔传感器集成霍尔开关由稳压器霍尔电势发生器即硅霍尔片差分放大器施密特触发器和门输出五个基本部分组成，如图所示。

代表集成霍尔开关的三个引出端点。

在电源端加电压，经稳压器稳压后加在霍尔电势发生器的两端，根据霍尔效应原理，当霍尔片处在磁场中时，在垂直于磁场的方向通以电流，则与这二者相垂直的方向上将会产生霍尔电势差输出，该信号经放大器放大后送至施密特触发器整形，使其成为方波输送到门输出。

当施加的磁场达到工作点时，触发器输出高电压相对于地电位，使三极管导通，此时门输出端输出低电压，通常称这种状态为开。

当施加的磁场达到释放点时，触发器输出低电压，三极管截止，使门输出高电压，这种状态为关。

这样两次电压变换，使霍尔开关完成了次开关动作。

工作点与释放点的差值定，此差值称为磁滞，在此差值内，保持不变，因而使开关输出稳定可靠，这也就是集电成霍尔开关传感器优良特性之。

传感器主要特性是它的输出特性，即输入磁感应强度与输出电压之间的关系。

集成霍尔开关是单稳态型，由测量数据作出的输出特性曲线如图所示。

测量时，在两端加直流电压，在输出端与之间接个的负载电阻，如图所示。

释放点工作点图集成开关型霍尔传感器图集成霍尔开关接线图单片机的原理及应用单片机原理简介单片机是指集成在个芯片上的微型计算机，也就是把组成微型计算机的各种功能部件，包括随机存储器只读存储器基本输入输出接口电路。

定时器计数器等部件都制作在块集成芯片上，构成个完整的微型计算机从而实现微型计算机的基本功能。

单片机内部结构示意图如图所示。

图单片机内部结构示意图中央处理器中央处理器是单片机最核心的部分，主要完成运算和控制功能。

内部存储器内部存储器包括内部数据存储器内部和内部程序存储器。

存储器是由大量的寄存器所组成，其中每个寄存器就称为个存储单元。

定时计数器单片机的定时器和计数器是同结构，只是计数器记录的是单片机外部发生的事件，由单片机的外部电路提供计数信号而定时器是由单片机内部提供个非常稳定的计数信号。

中断系统中断系统在计算机中起着十分重要的作用，是现代计算机系统中广泛采用的种实时控制技术，能对突发事件进行及时处理，从而大大提高系统的实时性能。

串行接口定时计数器中断系统存储器并行口串口口串行口的数据各位按顺序传输，其特点是需要对传输线，成本低但速度慢，效率低，适合静态显示。

并行接口并行接口的数据所有位同时传送。

其特点是传输速度快，效率高但传送多少位就需要多少根传输线，因此传送成本高，适合动态显示。

单片机的引脚功能介绍是美国公司生产的低电压，高性能位单片机，片内含的可反复擦写的只读程序存储器和字节的随机存取数据存储器，器件采用公司的高密参数行驶定时间，液晶显示时间数据。

功能指标参数等实际速度显示速度误差参数在定时间内，行驶定路程，液晶显示速度数据。

系统功能及指标参数分析在误差允许的范围内，自行车数字里程表功能及指标参数符合要求。

设计总结总结该课题的主要任务是开发个以单片机为核心的自行车的速度里程表。

本设计主要分为硬件部分和软件部分，硬件部分着重考虑硬件电路的简单性，故尽可能简化硬件电路，节省线路板的空间，达到硬件电路最优化设计。

软件采用汇编语言编写，采用模块化设计思想，程序可读性强。

通过仿真实验验证了系统的可行，能满足设计要求，达到设计的指标，实现对自行车里程速度的计算功能，并用显示，里程与速度分别根据以下公式求得里程脉冲总数车轮周长速度车轮周长车轮转圈所用的时间根据此公式将最终显示出里程和速度。

当车轮转动，小磁片滑过霍尔元件时，霍尔元件输出脉冲，可根据车轮周长计算里程，选择不同的车轮周长，里程数的变化有所不同当按下开关，显示速度时，会根据转速的不同显示不同的数字，当速度超过定速度时，将启动报警系统。

通过仿真证明本次设计符合设计的要求，能实现对里程速度的显示，功能性较强，具有定的实践意义，将会在许多场合应用。

但也有些不足存在，当显示速度时，若自行车转动太快，显示器会显示过快，应该将速度定时显示，使人们能够清楚地看出速度。

建议本系统操作简单，易于实现。

硬件部分采用的器件应用较广泛，且价格低廉，如单片机触发器存储器驱动器等。

这就意味着所有的器件功能比较强大稳定。

尤其是本次设计的核心元件单片机，软件技术成熟，并具有种类齐全的支持芯片。

这类微处理器既可用作控制器又适合于做数据处理，而且成本也甚是低廉。

软件采用模块化设计，可读性强，方便二次开发。

本次设计电路简单低成本，而且能够满足人们对高性能多功能自行车的要求，可在很多里程速度测量场合使用，具有广泛的应用前景。

参考文献楼然苗，李光飞系列单片机设计实例北京航空航天大学出版社，松井邦彦，梁瑞林传感器应用技术例科学出版社，李朝青单片机原理及接口技术北京航空航天大学出版社，张洪润，张亚凡传感器技术与应用教程清华大学出版社，张毅刚，刘杰单片机原理及应用哈尔滨工业大学出版社，黄河，郭纪林单片机原理及应用大连理工大学出版社，刘灿军实用传感器国防工业出版社，何希才传感器及其应用国防工业出版社，陈雪丽单片机原理及接口技术化学工业出版社，李勋，刘源，李静东单片机实用教程北京航空航天大学出版社，刁文兴自行车电子里程表的初步设计南京工业职业技术学院学报许德章等摩托车电子转速表智能校验仪自动化仪表安宗权电动电子车速里程表分频电路设计自动化与仪器仪表，阎焕忠，王长涛，马斌单片机控制里程转速表的设计沈阳建筑工程学院学报自然科学版曲家骇，王季秩，伺服控制系统中的传感器机械工业出版社张友德，赵志英，涂时亮，单片机微机原理，应用与实验上海复旦大学出版社，谢自美电子线路设计实验测试武汉华中科技大学出版社，张福学传感器使用电路例中国技术出版社年附录自行车的速度里程表硬件系统原理图前言总体方案设计自行车的速度里程表硬件方案设计自行车的速度里程表软件方案设计单元模块设计自行车的速度里程表硬件电路设计概述传感器及其测量系统霍尔传感器的测量原理集成开关型霍尔传感器单片机的原理及应用单片机原理简介单片机的引脚功能介绍单片机中断系统介绍单片机定时计数功能介绍其他器件的介绍存储器的介绍单片机外围电路的设计时钟电路的设计复位电路的设计显示电路的设计报警电路的设计自行车的速度里程表软件程序设计概述自行车的速度里程表总体程序设计中断子程序的设计数据处理子程序的设计显示子程序的设计系统调试系统仿真调试调试故障及原因分析系统功能指标参数系统能实现的功能系统指标参数测试测试方法测试参数记录表系统功能及指标参数分析设计总结总结建议参考文献附录自行车数字里程表的设计重庆文理学院本科毕业设计学生姓名张祥指导教师邓于专业电子信息科学与技术学科门类工科重庆文理学院电子电气工程学院年月前言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。

本论文主要阐述种基于霍尔元件的自行车的速度里程表的设计。

以单片机为核心，霍尔传感器测转数，实现对自行车里程速度的测量统计，采用实现在系统掉电的时候保存里程信息，并能将自行车的里程数及速度用实时显示。

文章详细介绍了自行车的速度里程表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显示。

软件部分用汇编语言进行编程，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，完全符合设计要求。

总体方案设计本设计的任务是以通用单片机为处理核心，用传感器将车轮的转数转换为电脉冲，进行处理后送入单片机。

里程及速度的测量，是经过的定时计数器测出总的脉冲数和每转圈的时间，再经过单片机的计算得出，其结果通过显示器显示出来。

本系统总体思路如下假定轮圈的周长为，在轮圈上安装个永久磁铁，则测得的里程值最大误差为。

经综合分析，本设计中取。

当轮子每转圈，通过开关型霍尔元件传感器采集到个脉冲信号，并从引脚中断端输入，传感器每获取个脉冲信号即对系统提供次计数中断。

每次中断代表车轮转动圈，中断数轮圈的周长为的乘积为里程值。

计数器计算每转圈所用的时间，就可以计算出即时速度。

当里程键按下时，里程指示灯亮，切换显示当前里程，与当速度键按下时，速度指示灯亮，切换显示当前速度，若自行车超速，系统发出报警信号，指示灯闪烁。

要求达到的各项指标及实现方法如下利用霍尔传感器产生里程数的脉冲信号。

对脉冲信号进行计数。

实现利用单片机自带的计数器对霍尔传感器脉冲信号进行计