多功能自行车码表设计.docx
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多功能自行车码表设计
多功能自行车测速仪
多功能自行车测速仪
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多功能自行车测速仪
一、产品设计背景……………………………………2
二、产品功能简介……………………………………2
三、系统硬件设计……………………………………3
四、MCU软件设计……………………………………8
五、上位机软件bikeV1.0设计……………………8
六、产品实物及测试…………………………………10
6．1<测速模式>……………………………………13
6．2<数据传输>……………………………………14
6．3<其它功能>……………………………………15
6．4<退出系统>……………………………………16
七、结语………………………………………………16
附录1电路图…………………………………………17
附录2源程序…………………………………………18
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多功能自行车测速仪
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多功能自行车测速仪
多功能自行车测速仪使用说明书
一、产品设计背景
随着人们生活水平的逐渐提高，人们对于生活质量的要求也日益
增加，尤其是对健身的要求。
自行车在中国普遍作为代步工具。
而在
国外，自行车却是一项十分受欢迎的健身运动。
因为它无污染，价位
低廉，老少皆宜。
而且在运动过程中可以充分享受到大自然，对于忙
碌的现代人来说，无疑是一种较好的放松方法。
在中国这种情况也在
慢慢发生变化。
因此爱好自行车运动的人十分学要一款能测速的装
置，以知道自己的运动情况。
并根据外界条件，如温度，风速等进行
适当的调节，已达到最佳运动的效果。
而对于自行车运动员来说，最为关心的莫过于一段时间内的训练
效果。
因为教练要根据一段时间内运动员的训练效果进行评估，从而
进行适当的调整已使运动员达到最佳的状态。
因此需要一种装置进行
对训练中各种参数的测定记录。
本作品就是针对此而设计的。
二、产品功能简介
⒈对自行车进行实时速度的测量。
显示出速度值。
⒉能针对不同的车型进行选择。
从而采用不同的模块进行测量。
⒊能测量出当前环境的温度，以供使用者决定是否适宜进行运
动。
⒋显示当前日期时间，可以任意设定当前工作时间。
⒌显示行车里程，运动时间。
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多功能自行车测速仪
⒍可以自行设定采样频率
⒎记录一段时间内的定时采样速度，存入制定单元。
通过与PC
机进行通讯，将数据传送到PC机中用如见进行处理，分析。
得出运
动或训练的情况。
⒏配套软件bikev1.0可以将本次运动的速度绘制成速度曲线，
以供参考。
并可以将数据转存入数据库保存以备日后查询使用
⒐配套软件bikev1.0充分考虑到广大自行车爱好者对于自行
车运动的热衷，因此加入了对自行车运动的介绍，当今流行车型的简
介以及进行自行车运动的注意事项和自行车旅行的相关知识。
并会逐渐对该软件加以升级，使其功能更加完善，以满足广大使
用者的需求。
⒑可以进入系统休眠方式以节省电能，并随时激活唤醒系统重
新进行工作。
可以调节液晶对比度，可以打开背景灯显示。
三、系统硬件设计
系统框图
被测量对象
传感器
单片机系统
PC机通信处理
数据处理并显示
通过传感器对外部物理量进行测量，再将物理信号转换为电信号，
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多功能自行车测速仪
输入单片机，单片机对所输入的电信号进行处理，最后输出显示，并
可以通过与上位机通讯将数据采集到电脑中。
本设计中用到的主要部件包括单片机AT89C52、DS12887时钟芯
片、DS18B20温度传感器、欧姆龙公司的EE-SX671型光电传感器、
MAX232通信芯片以及液晶显示器。
1、时钟芯片DS12887
DS12887是美国达拉斯半导体公司最新推出的时钟芯片，采用
CMOS技术制成，把时钟芯片所需的晶振和外部锂电池相关电路集于
芯片内部。
采用DS12887芯片设计的时钟电路勿需任何外围电路并
具有良好的微机接口。
DS12887芯片具有微功耗、外围接口简单、精
度高、工作稳定可靠等优点，可广泛用于各种需要较高精度的实时时
钟场合中。
这里我们将DS12887的数据线与单片机的P0口相连，将其片选线
与P2.0相连，这样便可通过R0或R1寄存器实现时钟芯片与单片机
的数据传输。
注意在DS12887的RESET端应连接上电复位电路，因
为只有当该脚保持低电平时间大于200ms，DS12887才能有效工作。
DS12887的IRQ端脚为其中断信号输出口，低电平有效，可作微处理
的中断输入。
没有中断条件满足时，IRQ处于高阻态。
IRQ线是漏极
开路输入，要求外接上接电阻。
时钟芯片的有多种中断处理方式，例
如周期中断，闹钟中断，更新中断等，这里我们利用它的更新中断，
即时间每过1秒中，DS12887的更新中断便会从IRQ端输出，而IRQ
引脚则与单片机的INT1中断相连，这样每当DS12887发出时间上的
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多功能自行车测速仪
中断请求单片机便可从它的INT1中断得知，随之立刻进入中断子程
序，在这个中断程序中对光电传感器所发出的脉冲信号进行计数处
理，这样就可以得到速度以及里程等所要测量的量。
由于在测速系统中时间的测定非常重要，因此DS12887可以
说是本设计的核心部件，它的使用好坏直接影响着最终测量的精确
度，所以在调试时务必细心，尽量在熟悉DS12887的各种功能后在开
始编程。
2、温度传感器DS1820
DSl820数字温度计提供9位（二进制）温度读数指
示器件的温度信息经过单线接口送入DSl820或从
DSl820送出因此从主机CPU到DSl820仅需一条线
（和地线）DSl820的电源可以由数据线本身提供而不
需要外部电源因为每一个DSl820在出厂时已经给定
了唯一的序号因此任意多个DSl820可以存放在同一
条单线总线上这允许在许多不同的地方放置温度敏
感器件DSl820的测量范围从-55到+125增量值为0.5
可在ls（典型值）内把温度变换成数字。
由于DS1820采用单总线结构因此外围电路非
常简单，通过一上拉电阻R5即可与单片机相连。
这里我们将DS1820
的数据引脚DQ与单片机的T0口（即P3.4）相连，通过这条数据线
接收温度测量值。
虽然DS1820的外围电路十分简单，但是凡事哪能完美，可以
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多功能自行车测速仪
说这是以繁杂的编程换来的。
DS1820以其严格而繁难的时序要求著
称。
因为它只有一根数据线，即数据与命令字都要在同一条线上传输，
所以DS1820制定了严格的时序，大家在使用时务必严格按照说明书
上的要求对其进行操作，否则时序要是不正确，DS1820就罢工。
笔
者在调试的时候大部分时间都花在了调试DS1820上。
通过切身的体
会，我觉的最好变一到两个通用的延时子程序，在DS1820的编程中
就可以直接调用延时程序，以保证时序的准确。
3、EE-SX671型光电传感器
EE-SX671型光电传感器是欧姆龙公
司所生产的光电开关型传感器。
其四个
引脚中我们只需用其中的三个：
电源
端，接地端以及信号输出端。
在车子行
驶过程中，车轮带动码盘旋转，由于码
盘上刻有等分的孔，在连续的透光与挡光过程中，该传感器便连续输
出标准的脉冲信号。
由电路图可知，将传感器的输出信号经过光耦接到单片机的T1口，
再设定T1为计数器工作方式，这样就可以对所接收到的脉冲进行计
数，进而计算出速度里程等。
注意一定要将光电传感器的输出信号调
好，使其成为标准的脉冲信号，这样T1计数器才能正常的工作。
再
调试的时候可先不接入EE-SX671，可先用信号发生器产生所需要的
脉冲信号来进行模拟，待全部调试好后再接入EE-SX671。
在使用
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多功能自行车测速仪
EE-SX671之前最好用示波器看一下输出波形是否规整达到要求。
一
般情况下，输出的就是标准的脉冲信号，如果发现有点偏差可通过外
连调理电路将其整理一番。
而且最好用电压表的交流档打一下，看一
下峰值，是否达到T1口的电平识别范围。
EE-SX671最后要安装到车上，所以事先最好准备一个易弯曲的铁
片用螺母将其与EE-SX671连接然后在固定于车上，这样可以保证在
车子行驶过程中不发生晃动。
4、液晶显示
由于现在的液晶模块应用已经十分广泛，其使用方法大同小异，
所以笔者不准备祥加介绍。
大家可根据自己的熟悉程度自行选择显示
器件。
如果对于液晶不熟悉，完全可以使用数码管作为显示媒介。
这
里我把自己的液晶显示界面给大家看一下
开机画面
5、电源
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多功能自行车测速仪
这里我们采用9V的电池供电，用LM7805进行稳压处理，将9V
稳降到5V以供单片机以及各芯片使用。
有条件的可以购买电源模块
为系统供电。
经测试9V电池完全可以满足实际需要。
6、与微机通信
笔者在设计该仪器时，想将所测得的数据传送到电脑中，再用高
级语言对数据进行处理，比如速度，在绘制出速度曲线，这样对于教
练或是广大自行车爱好者来说，就可以很清晰地看到自己在训练过程
中的情况。
这里笔者采用大家熟知的串口通讯方式，采用MAX232作为电
平转换芯片。
相信大家已经很熟悉了，笔者就不赘述了。
四、MCU软件设计
这里采用汇编语言进行编程，软件的任务量比较大，涉及到计速
算法，具体会在附录的源程序中详细说明，这里不多述了。
五、上位机软件bikeV1.0设计
在用高级语言处理上，笔者采用VB捆绑数据库将采集得数据转
存入数据库中，这样就可以保存每一次的训练数据，以备日后查用。
后来索性就编了一个小软件，除了上述功能外，还增加了一些对于自
行车运动的常识和知识。
用串口线将测速仪与电脑连接后，即可进行数据的传输。
在PC
机上即可进行数据的接收处理，并可以转存入数据库。
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多功能自行车测速仪
传输参数设定
自行车知识介绍
数据库
软件主界面
数据曲线的绘制
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六、作品实物及测试
产品实物图
串口通信
液晶对比度
调节
液晶背景灯
总体效果图【1】
电源接口
复位
总开关
总体效果图【2】
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多功能自行车测速仪
本作品采用9V电池供电，使用时务必保证电池电量充足，将电
池按要求接到系统电源接口处。
拨动开关，使系统工作，将出现如下开机画面：
开机画面
待系统自检4秒后便进入系统主菜单，如前图所示。
共有四大
功能模块：
1．测速模式：
系统的主工作界面，进行速度及相关量的检测
2．数据传输：
将所记录的数据传入PC机，再由配套软件
bikev1.0进行处理，包括绘制曲线及转存入数据库
3．其它功能：
可以进行时间设定及查看版本信息
4．退出系统：
使系统进入节能休眠模式
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多功能自行车测速仪
各功能模块详细测试说明
【注】为方便叙述，将产品的功能按键从左自右依次定义为①号键、
②号键、③号键、④号键。
（一）在主菜单下按①号键（SET）即进入<测速模式>，出现如下子
菜单：
车型选择
在此子菜单下先进行车型的选择，您可以选择26型和275型
两钟目前最常见的车型进行测量
按③号键可以返回主菜单
如按②号键即选择275型，系统会根据您的不同选择为您准确
选定参数进行测量。
紧接着会出现如下菜单：
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多功能自行车测速仪
采样频率设定
在本菜单中，询问您希望设定的采样频率，这样系统便会按照
您的设定时间，每隔固定的时间便向系统内部的RAM中自动写入当
前的速度值。
在选定采样时间后系统便会进入主测量界面：
主测量界面
【注】此时确保您正确接入传感器，否则速度，里程便显示零
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多功能自行车测速仪
在此界面处，随时按下④号键（EXIT），系统便会返回主界面。
在采样时间设定处，当设定好时间后，系统会自动将内部存储单元清
零。
（二）在主菜单下按②号键即进入<数据传输>，出现如下子菜单：
数据传输菜单
按①号键即进入数据传输模式，在您将测速仪与电脑连接后系统会
自动将您刚才运动过程中存储在系统中的速度值传到电脑中以供处
理。
按②号键，返回主菜单。
当画面显示【数据传输完毕！
】时，表示数据已传输完毕，系统会
自动返回主菜单。
【注】在进行数据传输时，为保证正确传输，请务必用串口线将测
速仪与电脑连接牢靠。
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多功能自行车测速仪
（三）在主菜单下按③号键即进入<其它功能>，出现如下子菜单：
其它功能菜单
按①号键即进入<时间设定>,出现如下设定画面：
时间设定画面
此时按①号键可以选择修改单元，按②号键（UP），加值；按③号键
（DOWN）,减值。
修改完毕后，按④号键确定，OK处光标闪烁反显，
后返回上一级菜单。
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多功能自行车测速仪
（四）在主菜单下按④号键即进入<退出系统>，系统即进入节能休眠
模式，系统出现如下画面
结束画面
在休眠模式下，按⑤号键（WAKE）即可激活唤醒系统。
六、结语
以上是对本产品的功能及使用说明。
诚然，本次开发的这款产品
还有许多亟待改进的地方。
包括功能上及软件的设计上。
这是本人大三的时候开发的一个基于51单片机的作品，现在看
来可以改进的地方很多，比如在体积上，可一选用更小封装的单片机，
而且对于手持设备应该低功耗，比如可采用TI的430系列的单片机，
这样就可以用钮扣电池供电，使用时间可以更长。
最后非常感谢本网站能举办这样的活动，这对于普及单片机技术
以及提高广大爱好者的动手能力都非常有益！
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多功能自行车测速仪
附录1电路
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多功能自行车测速仪
附录2源程序
;*******总程序*******************
;Controller:
ST7920
;MCU:
AT89C52,晶体频率：
11.0592MHz
;LCM:
128*64
;LCM型号:
带中文字库的128X64-5ZK
;LCM接口:
1:
GND2:
VCC3:
V04.RS5:
RW6:
E7--14:
DB0-DB7
15:
PSB16:
NC17:
RST18:
Vout
;******************************************************
;***********功能引脚命名********************************
D_PORTEQUP1
RSEQUP2.1
;数据口
;液晶指令与数据寄存器设置位
RWEQUP2.2;液晶读写控制位
EEQUP2.3
COMEQU20H
DATEQU21H
;液晶使能端
;指令寄存器
;数据寄存器
TDEQUP3.4
WAKEEQUPSW.5
;DS1820数据引脚
;液晶复位标志
FX_KEYEQUPSW.1;液晶光标反显开关，FX_KEY=1一直反显；
FX_KEY=0反显一次后关闭
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多功能自行车测速仪
;******************相关使用单元说明*****
;25H光标移动计数器
;2EH用来保护读时钟芯片的R0
;22h用来存放时钟的BCD码
;2DH用来存放修改时间时的汉字查询标志位
;2FH存放温度十位
;30H存放温度各位
;85H用做判断使用内部RAM还是时钟RAM的标志位，0为内部，
1为时钟
;37H用做保存时钟芯片的RAM地址
;84H用做保存内部RAM的地址
;******************************************************
;****************里程和速度的基本命名******
TAB2EQU08H
LUNZ_ZEQU09H
LUNZ_XEQU0AH
SPD_ZEQU0BH
SPD_XEQU0CH
LC_ZEQU0DH
LC_XEQU0EH
LC_JWEQU0FH
进位的标志位
;30H用来查汉字时钟表时使用
;31H中存轮周长整数部分
;32H中存小数部分
;33H中存速度的整数部分
;34H中存小数部分
;35h中存里程的整数部分
;36h中存小数部分
;37H中存里程计算时的一个小数向整数部分
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多功能自行车测速仪
SPD_SUMEQU10H
SPD_PDWEQU11H
LC_XZBEQU12H
LC_XZSEQU13H
LC_XZGEQU14H
LC_XSFEQU15H
SPD_XZSEQU16H
SPD_XZGEQ17H
SPD_XSFEQU18H
KM_JWEQU19H
KMEQU1AH
;38H中存速度的和（三妙内的）
;39H中存速度平均值的判断位（三次）
;41H中存里程显示部分的整数的百位
;42H中存里程显示部分的整数的十位
;43H中存里程显示部分的整数的个位
;44H中存里程显示部分的小数的十分位
;45H中存速度显示部分的整数的十位
;46H中存速度显示部分的整数的个位
;47H中存速度显示部分的小数的十分位
;48H中存里程向千米进位时的标志位
;49H中存里程的公里数
CAIEQU1BH
;50H中是存采样频率的数值
QIAN_ZEQU1CH
速度）
;51H中存前一秒时的里程整数。
（用于计算
HOU_ZEQU1DH
算速度）
;52H中存现在时刻的里程的整数（用于计
;53H中存前一秒时的里程小数;54H中存现
QIAN_XEQU1EH
在时刻的里程的小数。
HOU_XEQU1FH
QBZW_ZEQU23H
位
;54H中存现在时刻的里程的小数。
;55H中存里程整数部分前一秒时的进位标志
HBZW_ZEQU24H
;56H存整数部分后一秒的进位标志位
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多功能自行车测速仪
QBZW_XEQU26H
HBZW_XEQU27H
SPD_SUMXEQU28H
SDJSEQU29H
SDEQU2AH
;57H中存里程小数部分前一秒的进位标志位
;58H中存小数部分后一秒的进位标志位
;59H中存速度的平均值的小数部分
;61H中存：
轮周长÷每周脉冲数
;62H中存脉冲数和61h中相乘后的高八位
;63h中存的是主程序中判断是否到一分钟的
TEPEQU2BH
标志位，用于读温度传感器
CUNEQU2CH
;64H中每到一秒加一，当和cai里的数相等
时遍向ram中保存一个速度值
;*****************程序地址编排****************
ORG0000H
AJMPMAIN
ORG0003H
;主程序入口
LJMPWAKE_UP
ORG0013H
;INT0中断入口
;INT1中断入口
;T1中断入口
LJMPSUDU
ORG001BH
LJMPJISUAN
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多功能自行车测速仪
;*********************主程序入口地址
ORG0040H
MAIN:
MOVSP,#60H
MOVDPTR,#START
LCALLPIC_SHOW
LCALLTEMPER
;显示开始画面
;测试温度
MOVSPD_Z,#00H
MOVSPD_X,#00H
MOVLC_Z,#00H
MOVLC_X,#00H
MOVLC_JW,#00H
MOVSPD_SUM,#00H
MOVSPD_PDW,#00H
MOVLC_XZB,#00H
MOVLC_XZS,#00H
MOVLC_XZG,#00H
MOVLC_XSF,#00H
MOVSPD_XZS,#00H
MOVSPD_XZG,#00H
MOVSPD_XSF,#00H
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多功能自行车测速仪
MOVKM_JW,#00H
MOVKM,#00H
MOVQBZW_Z,#00H
MOVHBZW_Z,#00H
MOVQBZW_X,#00H
MOVHBZW_X,#00H
MOVQIAN_Z,#00H
MOVHOU_Z,#00H
MOVQIAN_X,#00H
MOVHOU_X,#00H
MOVSPD_SUMX,#00H
MOVSD,#00H
MOVTEP,#00H
MOVTAB2,#00H
MOVCUN,#00H
;相关单元的初始化
MOV2FH,#02H
MOV30H,#09H
MOVR1,#85H
MOV@R1,#0
MOV37H,#0EH
MOVR1,#84H
MOV@R1,#38H
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多功能自行车测速仪
TIME:
CLRP2.0
;时钟芯片的初始化
MOVR0,#0AH
MOVA,#70H
MOVX@R0,A
MOVR0,#0BH
MOVA,#96H
MOVX@R0,A
MOVR0,#0CH
MOVXA,@R0
MOVR0,#00H
MOVA,#00H
;基本寄存器的初始化
;秒单元的初始化
;分单元的初始化
;时单元的初始化
;星期单元的初始化
MOVX@R0,A
MOVR0,#02H
MOVA,#00H
MOVX@R0,A
MOVR0,#04H
MOVA,#00H
MOVX@R0,A
MOVR0,#06H
MOVA,#05H
MOVX@R0,A
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多功能自行车测速仪
MOVR0,#07H
MOVA,#05h
MOVX@R0,A
MOVR0,#08H
MOVA,#05H
;日单元的初始化
;月单元的初始化
;年单元的初始化
MOVX@R0,A
MOVR0,#09H
MOVA,#05H
MOVX@R0,A
MOVR0,#0AH
MOVA,#20H
MOVX@R0,A
MOVR0,#0BH
MOVA,#16H
MOVX@R0,A
;启动时钟芯片
;*****************以上是时钟芯片的初始化
;***********主菜单显示模块**************ZHU_MENU:
LCALLINIT_LCM
MOVCOM,#80H
MOVDPTR,#STRING_ZHU
LCALLPUT_STRING
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CLRFX_KEY
clrEA
;FX_KEY=0反显一次后关闭
;关中断
SETBP2.4
SETBP2
升级会员 