自行车计速器的设计

一、背景

自行车是一种普遍使用的交通工具，也是健身的重要器材，自行车计速器是自行车的一种十分实用的器件。现在市面上非常的普遍，按设计原理分成基于GPS定位和基于霍尔传感器2种。

基于GPS定位的计速器

1、用于户外。根据自行车在单位时间间隔的不同位置确定自行车的速度， 2、误差大。由于民用的GPS定位精度3-15米，基于GPS定位的计速器误差一般大于1米/秒。

3、高度集成于导航仪内部。

4、智能手机通过联网也可GPS定位。目前有很多安卓平台下的计速软件。 5、价格0-1000元左右，如果是下载安卓平台下的计速软件，成本就是0，当然由于GPS产生的流量费另计，价位高的一般也有地图显示等功能。

基于霍尔传感器的计速器

1、场地不限。根据自行车车轮在单位时间间隔转过的圈数确定自行车的速度， 2、误差小。误差主要由车轮的圆度决定，市面上成熟产品的误差在0.1米/秒内。 3、感触式设计。将磁体器固定于车轮，感应线圈固定于车的支架。 4、结合单片机。体积小，市面上产品一般是锂电池或者7号碱性电池供电。 5、价格10—100元左右，价位与更多的集成功能，例如同时测温、多数据保持等有关。

二、对不同人群所需的功能分析：

一般非专业人员骑自行车是用于锻炼身体，对速度的要求低，误差在1米/秒左右的速度并没有多少在意，所以对这个人群很多安卓平台下的计速软件以0成本拥有极大的优势，如果基于霍尔传感器的计速器类型要在此处站稳，一定要足够的物美价廉。 专业人员或者室内锻炼骑自行车的人员，骑自行车是不仅是锻炼身体，对速度的要求高，误差在0.1米/秒甚至更低，基于霍尔传感器的计速器类型可有用武之地，但一定要足够的强大，经常要集成很多的功能。

自行车计速器功能： 1、 核心功能计速；

2、 可附加功能：测环境温度，测体重，保存测速过程数据，保存多次测速的数据，与电脑或者上位机通信； 3、 功耗低，让1000mAH充电锂电池满电可以使用20小时以上；

4、 精度高，测速范围0-100米/秒，误差在0.1米/秒甚至更低； 5、 工作环境广。温度范围-40摄氏度---100摄氏度，防水，防摔。 三、自行车计速器的外型设计

1、 如果面向低端用户，采用工程塑料，体积以小于普通3寸手机为限度；如果面向高端用户，可采用金属，增加耐用性，同时保证防水、防摔、防尘和强的抗干扰性。 2、 计速器的显示可用数码管、LCD或者LED，数码管显示面向低端用户，LCD或者LED显示则面向高端用户，同时界面设计要人性化，显示速度的区域占最大面积，同时显示里程、时间、温度等，界面设计可参考市面上同类产品。 3、 下位机部分体积小巧坚固，上位机软件实用，功能完整。下位机负责显示速度、里程和时间这些让骑行人员一目了然的量，上位机可显示一切设计的测量量，包括：时间—速度曲线、里程、温度、人员信息、计算不同时期骑行所反映的身体变化。 4、 器件的固定。磁体采用不锈钢螺丝和螺母固定于车的辐条，为了平衡和增加测量精度，可考虑用2块磁体；计速器的显示部分固定于车把，方便骑行人员观看。 5、 下位机与上位机的通信。在项目时间比较充足的情况下，可考虑用无线通信，距离1000米内，由于无线通信增加了发射与接收装置，成本增加，当然产品的实用性也增强。

四、可行性分析：

1、技术成熟。自行车计速器已经大面积的普及，不存在高的技术门槛，主要的发展方向是低价化和更多功能集成化。甚至可以在网站上找到完整的实现代码，总体实现的难度很小。

2、成本低廉。基于霍尔传感器的自行车计速器的核心仅仅需要最普通的单片机，例如80C51就可以实现，霍尔传感器、数码管、LCD或者LED显示器也是非常常见的电子器件，大批量购买价格都在10元以下。

3、要突出产品的特色，一是精度更高，可在增加磁体的数量，更高精度的霍尔传感器方面考虑；二是更多功能，可增加温度测量；三是智能化，可增加上位机，一上位机同时检测多个的下位机。

具体的设计方案

以AT89C51单片机为处理核心，用A44E集成开关型霍尔传感器将车轮的转数转换为电脉冲，转变成标准信号后，送入单片机计算处理。速度和里程的测量，是经过AT89C51单片机的定时/计数器测出总的脉冲数和每转一圈的时间，再经过单片机的计算得出，其结果通过LCD显示器显示出来。并采用CAT24WC32 实现在系统掉电的时候保存速度和里程信息。

一、系统总体思路

假定轮圈的周长为L，在轮圈上安装m个永久磁铁，则测得的里程值最大误差为L/m。经综合分析，本设计中取m=4。当轮子每转一圈，通过开关型霍尔元件传感器采集到4个脉冲信号，传感器每获取一个脉冲信号即对系统提供一次计数中断。每次中断代表车轮转动1/4圈，中断数n/4轮圈的周长为L的乘积为里程值。计数器T1计算每转一圈所用的时间t，就可以计算出即时速度V。并有液晶显示器对速度和里程进行同时显示，若自行车超速>100千米/小时，系统发出报警信号，指示灯亮，蜂鸣器发出报警声音。

要求达到的各项指标及实现方法如下： 1. 利用霍尔传感器产生里程数的脉冲信号。

2. 利用单片机自带的计数器T1对霍尔传感器脉冲信号进行计数。 3. 对数据进行处理，根据车轮半径、脉冲信号时间计算出速度等参数。 二、系统构建

硬件设计：电源电路、转速传感器检测电路、单片机最小系统电路以及LCD显示电路、固定支架等。

软件设计：下位机软件采用keil C51语言编写，上位机软件采用C++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。

系统组成框图如图2-1所示：

键盘 霍尔传感器 光电耦合器 外部存储器 上 位 机 （显示、存储一切信息） 图2-1 系统的原理框图 单片机 速度显示 里程显示 声光报警器