动自行车车速检测和报警系统设计
目 录
一、 引言 1
（一） 电动自行车仪表盘发展背景 1
（二） 电动自行车仪表盘的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 硬件系统设计 2
（一） 系统的原理方案设计 2
（二） 单片机最小系统设计 3
（三） 霍尔传感器测速模块电路设计 4
（四） 报警器模块设计 4
（五） 液晶屏电路设计 5
三、 软件系统设计 6
（一） 软件系统流程图设计 6
（二） 霍尔传感器测速流程设计 7
（三） 液晶屏软件流程设计 8
四、 仿真调试 9
总结 14
致谢 15
参考文献 15
附录一 原理图 16
附录二 PCB图 17
附录三 元件列表 17
附录四 程序 18
引言
（一）电动自行车仪表盘发展背景
所谓电动自行车仪表盘指的是专门为电动自行车而设计的一种包含车速、电量、行驶里程以及室外温度等主要信息的电子控制系统。电动自行车里程表控制系统是一种典型的单片机控制系统，它内部由微处理器模块、显示模块、测速模块以及报警器模块组成，它的出现是微处理器技术发展成熟的一个典型特征，将仪表盘安置在电动自行车上，不但能够使得骑车者掌握自行车的行驶状态，还能够大幅度的提升自行车的安全系数，它是电动自行车未来发展的一个必备功能之一。电动自行车车速检测装置在很久以前就已经出现了，当时的仪表盘是传统的指针式，通过车轮上的机械装置测得车轮的转速从而换算成自行车的速度，通过指针的偏转，将自行车的实际行驶速度反应给骑车者，这种传统的仪表盘在一定程度上满足了用户的需求，能够为用户提供较多的行驶参数，然而随着电动自行车的不断发展，这种指针式的仪表盘由于量程有限以及容易损坏等缺点，不断受到用户的抱怨，因此后来出现了数字式的仪表盘。
数字式仪表盘的基本功能是通过液晶显示器将电动自行车的车速反映给用户，这种数字式的车速测量装置目前形成了很多技术分支，按照成本大小可将其分为机械传动式、传感器式以及GPS式，其中机械
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种传统的仪表盘在一定程度上满足了用户的需求，能够为用户提供较多的行驶参数，然而随着电动自行车的不断发展，这种指针式的仪表盘由于量程有限以及容易损坏等缺点，不断受到用户的抱怨，因此后来出现了数字式的仪表盘。
数字式仪表盘的基本功能是通过液晶显示器将电动自行车的车速反映给用户，这种数字式的车速测量装置目前形成了很多技术分支，按照成本大小可将其分为机械传动式、传感器式以及GPS式，其中机械传动式测速主要是将传统的机械测速结构安置在车轮上，然后通过齿轮的转动将车轮转速换算成一定电压量输出，通过后续的测压装置获得电压量的大小，该电压量的大小代表着车速的大小，即电压值越高则车速越快，反之则越慢；传感器式测速技术主要是得益于霍尔效应，通过霍尔效应制成了霍尔传感器测速传感器，将小磁铁快固定在车轮上，并将霍尔传感器固定在车轮四周的固定结构上，当电动车行驶时，转动的车轮带动小磁铁转动，从而小磁铁就会周期性的靠近和远离霍尔传感器，当小磁铁靠近霍尔传感器时，由于霍尔效应，霍尔传感器的输出电压值就会变大，而当小磁铁远离霍尔传感器时，霍尔传感器的输出电压就会变小，可以发现在车轮转动过程中，霍尔传感器的输出电压会忽大忽小，而忽大忽小的频率取决于小磁铁靠近和远离霍尔传感器的速度，从而只要得到该电压的频率值就可以得到车轮的转速，这样就实现了将非电量转换为电量，从而实现传感器式测速技术；而GPS式测速技术属于一种新型的测速技术，它主要通过卫星通信来获得物体的移动速度，因此它的成本是三者中最为昂贵的一种，将GPS模块安置在电动自行车上，GPS通过定时向卫星收发信号，信号中包含卫星测量到的电动自行车的经纬度等信息，从而计算出电动自行车的行驶速度。这三种技术中，由于传感器式性价比最高，因此本课题以这种技术作为研究课题，设计一种实现电动自行车车速测量以及超速报警灯功能的电子控制系统。
（二）电动自行车仪表盘的国内外发展现状
目前国内外的交通拥挤状况不断加剧，驾驶私家车出行给生活和工作带来极大的不便，而电动自行车的出现解决了出行代步的问题，因此逐渐成为一种主流的日常出行交通工具，消费者对于电动自行车的性能状况的要求也在不断增加，对于行驶安全问题，车速是消费者最为关心的一个问题，车速的控制以及超速报警功能是安全驾驶电动车的一个基本要求。目前车速的测量技术已经不是困扰研究人员的主要问题，无线通信技术以及安全报警技术是研究者的核心研究热点，仪表盘的无线通信技术指的是将仪表盘系统测量的车况通过通信媒介发送到用户的手机以及智能手环等电子设备上，通过多种方式使用户更加了解电动车的行驶状态，当行驶状态发生异常时，智能手环以及手机或者仪表盘终端发出报警信号。
（三）本文主要研究内容
本文以“电动自行车车速检测和报警系统设计”为研究课题，选用了一款目前市面上常用的单片机作为主控芯片，设计了一款性价比很高的电动自行车仪表盘控制系统，并实现了一下功能：
车速的快速测量；
当车速大于安全行驶速度时，发出报警信号；
车轮周期和安全速度可以通过按键进行设置，并且可以计算里程；
4、车速以及安全速度可以通过屏幕进行显示。
二、硬件系统设计
（一）系统的原理方案设计
下图3-1所示的是本电动自行车车速检测和报警系统的原理框图结构，图中最中间的AT89C51单片机芯片、复位电路以及时钟电路组成AT89C51单片机最小系统（设计原理将在下文进行详细介绍），构成车速检测和报警系统的主控核心，负责按键检测、LCD1602液晶屏的驱动以及霍尔传感器模块输出的方波脉冲频率的测量。
在车速的方案上，本文采用的是霍尔传感器测速法，将小磁铁固定在电动车车轮上，接着将霍尔传感器固定在自行车车轮旁边的机械结构上，使得车轮在转动时带动磁铁转动的同时，磁铁正好能经过霍尔传感器的正下方，当小磁铁正好处于霍尔传感器正下方时，根据霍尔效应，霍尔传感器将输出一个压值较高的直流电压，而当小磁铁离霍尔传感器比较远时，霍尔传感器输出的是一个压值很低的直流电压，通过比较器的作用能够将这两个压值进行比较，即小磁铁处于霍尔传感器正下方时，比较器将输出高电平，而远离霍尔传感器时，比较器输出低电平。通过这样的作用，当车轮在转动时，小磁铁将周期性地靠近和远离霍尔传感器，比较器将周期性地输出一个高电平一个低电平，即脉冲信号，而脉冲信号的周期大小则正是车轮转动一
一、 引言 1
（一） 电动自行车仪表盘发展背景 1
（二） 电动自行车仪表盘的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 硬件系统设计 2
（一） 系统的原理方案设计 2
（二） 单片机最小系统设计 3
（三） 霍尔传感器测速模块电路设计 4
（四） 报警器模块设计 4
（五） 液晶屏电路设计 5
三、 软件系统设计 6
（一） 软件系统流程图设计 6
（二） 霍尔传感器测速流程设计 7
（三） 液晶屏软件流程设计 8
四、 仿真调试 9
总结 14
致谢 15
参考文献 15
附录一 原理图 16
附录二 PCB图 17
附录三 元件列表 17
附录四 程序 18
引言
（一）电动自行车仪表盘发展背景
所谓电动自行车仪表盘指的是专门为电动自行车而设计的一种包含车速、电量、行驶里程以及室外温度等主要信息的电子控制系统。电动自行车里程表控制系统是一种典型的单片机控制系统，它内部由微处理器模块、显示模块、测速模块以及报警器模块组成，它的出现是微处理器技术发展成熟的一个典型特征，将仪表盘安置在电动自行车上，不但能够使得骑车者掌握自行车的行驶状态，还能够大幅度的提升自行车的安全系数，它是电动自行车未来发展的一个必备功能之一。电动自行车车速检测装置在很久以前就已经出现了，当时的仪表盘是传统的指针式，通过车轮上的机械装置测得车轮的转速从而换算成自行车的速度，通过指针的偏转，将自行车的实际行驶速度反应给骑车者，这种传统的仪表盘在一定程度上满足了用户的需求，能够为用户提供较多的行驶参数，然而随着电动自行车的不断发展，这种指针式的仪表盘由于量程有限以及容易损坏等缺点，不断受到用户的抱怨，因此后来出现了数字式的仪表盘。
数字式仪表盘的基本功能是通过液晶显示器将电动自行车的车速反映给用户，这种数字式的车速测量装置目前形成了很多技术分支，按照成本大小可将其分为机械传动式、传感器式以及GPS式，其中机械
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
种传统的仪表盘在一定程度上满足了用户的需求，能够为用户提供较多的行驶参数，然而随着电动自行车的不断发展，这种指针式的仪表盘由于量程有限以及容易损坏等缺点，不断受到用户的抱怨，因此后来出现了数字式的仪表盘。
数字式仪表盘的基本功能是通过液晶显示器将电动自行车的车速反映给用户，这种数字式的车速测量装置目前形成了很多技术分支，按照成本大小可将其分为机械传动式、传感器式以及GPS式，其中机械传动式测速主要是将传统的机械测速结构安置在车轮上，然后通过齿轮的转动将车轮转速换算成一定电压量输出，通过后续的测压装置获得电压量的大小，该电压量的大小代表着车速的大小，即电压值越高则车速越快，反之则越慢；传感器式测速技术主要是得益于霍尔效应，通过霍尔效应制成了霍尔传感器测速传感器，将小磁铁快固定在车轮上，并将霍尔传感器固定在车轮四周的固定结构上，当电动车行驶时，转动的车轮带动小磁铁转动，从而小磁铁就会周期性的靠近和远离霍尔传感器，当小磁铁靠近霍尔传感器时，由于霍尔效应，霍尔传感器的输出电压值就会变大，而当小磁铁远离霍尔传感器时，霍尔传感器的输出电压就会变小，可以发现在车轮转动过程中，霍尔传感器的输出电压会忽大忽小，而忽大忽小的频率取决于小磁铁靠近和远离霍尔传感器的速度，从而只要得到该电压的频率值就可以得到车轮的转速，这样就实现了将非电量转换为电量，从而实现传感器式测速技术；而GPS式测速技术属于一种新型的测速技术，它主要通过卫星通信来获得物体的移动速度，因此它的成本是三者中最为昂贵的一种，将GPS模块安置在电动自行车上，GPS通过定时向卫星收发信号，信号中包含卫星测量到的电动自行车的经纬度等信息，从而计算出电动自行车的行驶速度。这三种技术中，由于传感器式性价比最高，因此本课题以这种技术作为研究课题，设计一种实现电动自行车车速测量以及超速报警灯功能的电子控制系统。
（二）电动自行车仪表盘的国内外发展现状
目前国内外的交通拥挤状况不断加剧，驾驶私家车出行给生活和工作带来极大的不便，而电动自行车的出现解决了出行代步的问题，因此逐渐成为一种主流的日常出行交通工具，消费者对于电动自行车的性能状况的要求也在不断增加，对于行驶安全问题，车速是消费者最为关心的一个问题，车速的控制以及超速报警功能是安全驾驶电动车的一个基本要求。目前车速的测量技术已经不是困扰研究人员的主要问题，无线通信技术以及安全报警技术是研究者的核心研究热点，仪表盘的无线通信技术指的是将仪表盘系统测量的车况通过通信媒介发送到用户的手机以及智能手环等电子设备上，通过多种方式使用户更加了解电动车的行驶状态，当行驶状态发生异常时，智能手环以及手机或者仪表盘终端发出报警信号。
（三）本文主要研究内容
本文以“电动自行车车速检测和报警系统设计”为研究课题，选用了一款目前市面上常用的单片机作为主控芯片，设计了一款性价比很高的电动自行车仪表盘控制系统，并实现了一下功能：
车速的快速测量；
当车速大于安全行驶速度时，发出报警信号；
车轮周期和安全速度可以通过按键进行设置，并且可以计算里程；
4、车速以及安全速度可以通过屏幕进行显示。
二、硬件系统设计
（一）系统的原理方案设计
下图3-1所示的是本电动自行车车速检测和报警系统的原理框图结构，图中最中间的AT89C51单片机芯片、复位电路以及时钟电路组成AT89C51单片机最小系统（设计原理将在下文进行详细介绍），构成车速检测和报警系统的主控核心，负责按键检测、LCD1602液晶屏的驱动以及霍尔传感器模块输出的方波脉冲频率的测量。
在车速的方案上，本文采用的是霍尔传感器测速法，将小磁铁固定在电动车车轮上，接着将霍尔传感器固定在自行车车轮旁边的机械结构上，使得车轮在转动时带动磁铁转动的同时，磁铁正好能经过霍尔传感器的正下方，当小磁铁正好处于霍尔传感器正下方时，根据霍尔效应，霍尔传感器将输出一个压值较高的直流电压，而当小磁铁离霍尔传感器比较远时，霍尔传感器输出的是一个压值很低的直流电压，通过比较器的作用能够将这两个压值进行比较，即小磁铁处于霍尔传感器正下方时，比较器将输出高电平，而远离霍尔传感器时，比较器输出低电平。通过这样的作用，当车轮在转动时，小磁铁将周期性地靠近和远离霍尔传感器，比较器将周期性地输出一个高电平一个低电平，即脉冲信号，而脉冲信号的周期大小则正是车轮转动一
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