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自行车里程监测仪的嵌入式设计与实现(含Proteus仿真程序,原理图)

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努力做一个单片机大神 发表于 2026-7-9 11:21:52 | 查看全部 阅读模式

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一、项目整体概述（知识分享）$ ~9 S: a& P8 u; G, u. ?2 q
3 |% c: P5 j1 G) d. R6 L7 m6 T
" i1 c5 a1 y1 }( X" z# y/ s( D
1. 设计目标
' a% \  s) G! R& |! n: j8 x- g3 \& K, p

) e, p8 ~# J7 A7 N& c
% s3 q9 T: Z, O$ t: t) j以 STC89C51 单片机为核心，实现自行车实时速度、累计里程采集与 LCD1602 显示，内置超速预警功能，速度超标时 LED + 蜂鸣器声光提醒；搭配独立按键一键清零里程数据，支持 Proteus 仿真验证与实物焊接调试，整套系统稳定可靠，具备实际落地价值。
' _/ A8 r4 \+ D* N) J  E* l* \& i) q: x2 K7 G: b; Q5 ~9 x
2. 核心硬件选型与原理知识点
/ ?) f! f$ \) b: N! k: w8 l- U( l6 n
, |' C: B) V: o# m# ]
  • 主控：STC89C51 单片机' O+ r3 T/ B: T. H; N/ S) w9 \1 P( M

    $ b( Z  k+ {& tMCS-51 架构 8 位单片机，自带定时器、外部中断、IO 口资源，是嵌入式入门首选；本项目用到定时器 0 定时计时、外部中断 0 捕获脉冲两大核心外设，是单片机面试高频考点。
  • 采集模块：AH3503 霍尔传感器( ]4 O+ g6 p+ z6 I8 ?7 D

    * K7 x% _& Q$ D基于霍尔效应非接触式检测，车轮每旋转一圈输出 1 个脉冲；磁铁固定车轮、传感器固定车架，无机械磨损、抗干扰强，脉冲信号接入单片机 INT0 引脚计数。
  • 显示模块：LCD1602 液晶' \; g8 U6 W( Y- _

    7 H2 e+ h- K" ~& k/ Q8 G- d两行字符液晶，驱动简单、成本低，实时刷新当前速度、总里程数据。
  • 预警模块：LED + 有源蜂鸣器
    9 q: ]2 X$ |# e! i7 [, v. }% Y1 X) d
    P1 口驱动，车速超过设定阈值同时点亮 LED、蜂鸣器鸣响，速度回落自动关闭报警。
  • 输入模块：独立复位按键
    3 r2 Q& e( }6 m  {+ G1 \
    * `2 a8 ]: @1 U& h按键触发清空累计里程、圈数计数，重新开始统计。
  • 电源：LM7805 稳压电路' y, ~( M, k8 ]% p5 m, w

    ) ?2 U' `5 G8 j0 X) ~将外部输入电压转为稳定 5V，为整套单片机系统供电。
    , w8 Z  i  z7 k3 D) J0 j
$ V, P7 |- C' y6 v. Y2 W
3. 测速里程计算核心原理（干货技能）9 ^" H1 @, q- w5 _8 {/ A4 v! r( E2 |
2 ?+ q  V- v) y, e

0 J! e* ~! \% {. v( ~% W0 a
# f9 g" F( B  P. ~( v+ i已知车轮直径 D，车轮周长 L=π×D；
' |5 j: A8 p, y9 R4 R* K" ]# V4 O6 [, F. r, N% X2 g) Q
  • 里程：每检测 1 个脉冲代表车轮转 1 圈，总里程 = 总圈数 × 周长；
  • 瞬时速度：通过定时器固定 1 秒统计脉冲圈数，速度 = 1 秒内圈数 × 车轮周长；
    5 n; o5 ^( T9 }3 V0 o1 L  L3 x
    4 _: o' |0 s9 C: J- C本项目采用 26 英寸车轮，直径 0.66m，程序中直接代入参数运算。
    ; s# C4 S5 X. k5 m  L/ h2 H2 L
  C/ A; a- G' P( A6 V; Y$ m
二、系统整体架构（技能拆解）
' O$ K$ Y  v% ^5 {+ s
* m1 |& W: R- \+ R* A' y+ N2 B' C+ E4 ^' y
1. 硬件架构组成% B3 n6 R! ?# r/ ^8 d7 }2 k

/ u( ~3 Q) r' l7 V; }6 N' B: a
6 V0 t: y" t) @' _) e
& s# L5 {! U, Q* j. p整套系统分为 6 大电路模块，可单独模块化学习：9 w6 y* r$ |& `- t5 `2 V

8 I7 |; i. h' C" s; X
  • STC89C51 最小系统（晶振 + 复位）
  • AH3503 霍尔脉冲采集电路
  • LCD1602 液晶显示驱动电路
  • LED + 蜂鸣器声光报警电路
  • 独立按键清零电路
  • LM7805 稳压电源电路
    8 l7 c# b( {3 [+ K$ S1 R/ K
    : l/ x. d6 O' p/ \7 f硬件逻辑：霍尔产生脉冲→外部中断计数；定时器每秒统计脉冲数量→运算速度、里程；LCD 刷新数据；阈值判断控制报警；按键触发数据清零。
    ! N- S! |: b2 z" S; S
5 D" }% a' J1 N# K8 W& T/ L
2. 软件程序架构) `: y. J) R. i: S" C

4 y' C" V6 e7 h, I; {! h
* s2 \& u9 [  V+ W+ K! N* Q3 g
, l4 P& ]4 p) G) T9 m8 L软件采用模块化编程，分 5 大函数模块，分层清晰便于二次开发：
' o: h, L2 u5 }: V6 ~9 {
# @, }' p& g# c
  • 系统初始化：LCD、定时器、外部中断初始化
  • 外部中断 0 服务函数：捕获霍尔脉冲，车轮圈数 + 1
  • 定时器 0 中断：50ms 定时累计，1 秒执行一次数据运算
  • LCD1602 显示函数：刷新速度、里程数值
  • 按键扫描函数：检测按键，清零全部统计数据) _: ~& v+ Y2 _. B
    % i: a- ^* J' Q7 b4 S
    程序主循环持续轮询按键，中断后台独立完成计数、计时，不阻塞主流程，掌握中断并发处理嵌入式核心开发思想。6 K, {3 X, X. t0 ?
% Q* Y1 R/ T7 v# v- T$ P6 U, R- w
三、核心代码分享（可直接编译运行，Keil C51）
( O' b( Z! X- I
& I) g7 O7 U' F) N( ~5 `3 r3 [/ C! |
1. 头文件与全局定义7 y4 E- s# s* D: Y
' d" A  k7 G4 m9 X# \5 O' }4 F7 F

+ W3 ]3 F- V* o, n# i  o9 V
  1. #include<reg52.h>
    % D* n% l; r" G+ F9 U
  2. #include "LCD1602.h"  //LCD1602驱动头文件3 k$ p# j0 I5 f3 y, w3 x
  3. #define uchar unsigned char8 s7 T* m* \/ p. `; ?5 m, I
  4. #define uint  unsigned int% d3 H: u0 n2 v) w
  5.   h" `; O, \- f, `
  6. //IO口定义
    & i  k3 A+ q! y/ B
  7. sbit key1=P3^7;   //清零按键$ Y# r% F- S1 h8 r( o. l
  8. sbit led=P1^7;    //超速指示灯
    0 P( K) S' t$ `7 O
  9. sbit bz=P1^6;     //蜂鸣器: g) G% p7 o* z: e: Y) F

  10. 4 q1 Y' j5 X! @$ B3 A
  11. //全局统计变量4 `) x, G/ S. e1 W$ A5 Y" b; |
  12. uchar time50ms=0;      //50ms计时计数器
      v" Z* Q$ u7 v( c* ~) a+ |
  13. uint cylinder_number=0;//1秒内车轮圈数
    3 b, Z4 C+ U# ^
  14. uint Total_number_of_cycles=0;//总圈数
    / h! _) m7 ~' E/ _& W* D9 t. z
  15. uint Distance=0;       //总里程' y6 W& h: A( E" p) z# e8 Y& y1 q
  16. uint Speed=0;          //瞬时速度) z: H, k4 ]9 _+ C8 _" H
复制代码
2. 定时器 0 初始化（50ms 定时）# V0 V" S7 t* l) L* w! ?
  1. void InitTimer0(void)
    2 [1 l7 R/ b: L' ^
  2. {
    + y& k, b/ |9 }& d6 @* y3 ~" }
  3.     TMOD = 0x01;  //定时器0模式1，16位定时
    " @( n2 N8 @, y# K$ b
  4.     TH0 = 0x3C;. }) g4 E* Y; a2 {( _6 E* C* X& k
  5.     TL0 = 0xB0;   //50ms定时初值
    0 H; [0 G$ I) m
  6.     EA = 1;       //开启总中断& _2 A) s, s* H2 _2 `
  7.     ET0 = 1;      //定时器0中断使能6 D+ Y8 w3 u5 c) E! `4 @
  8.     TR0 = 1;      //启动定时器0% `1 J0 Z# K# F" u# K( o
  9. }
复制代码
3. 外部中断 0 初始化（霍尔脉冲捕获）9 l/ c( D/ p5 J/ l# i0 N& J) f
  1. void Ex_Init(void); K# {% }: f5 m4 J
  2. {
    + G2 p3 ^' V- {+ c5 N
  3.     IT0 = 1;  //下降沿触发外部中断0" v4 ^4 ]6 o1 P1 _: r
  4.     EX0 = 1;  //外部中断0使能
    $ v; {- M4 F' @
  5.     EA = 1;
    ! O$ z, J6 V; g9 W7 P
  6. }
复制代码
4. 外部中断 0 服务函数（脉冲计数）
8 \; r/ C5 Y8 U
  1. void int0_interrupt(void) interrupt 09 q- A3 V6 n3 M* ^
  2. {
    3 o8 x* n3 D7 q" q8 C1 B
  3.     cylinder_number++; //每来一个脉冲，圈数+1
    " I+ L2 n; l% o( B# V
  4. }
复制代码
5. 定时器 0 中断服务函数（1 秒计算速度里程）
4 i9 P0 u+ a& p/ y0 {, s
  1. void Timer0Interrupt(void) interrupt 1/ O1 Y8 `( R* f; V  r  I4 J6 u
  2. {5 [9 G2 U3 B) B; ?( G
  3.     //重装50ms初值
    ( f5 g2 o, Q9 n6 j; D9 l
  4.     TH0 = 0x3C;
    3 p; I, m# E8 |  V
  5.     TL0 = 0xB0;. e" B4 u8 r7 w7 L+ R0 K6 v# {
  6.     time50ms++;$ Q2 X: k7 e  L( _9 C0 ^
  7.     * `3 o+ T( A7 \3 i
  8.     //20次50ms=1s，每秒计算一次数据( n5 T; H0 B1 X5 a5 b7 D" \( S
  9.     if(time50ms >= 20)
    % A7 J4 p* n* N6 k2 ?2 b/ |0 }9 @$ S3 l
  10.     {2 C* `1 J; j/ {3 ?$ X% X
  11.         Total_number_of_cycles += cylinder_number;
    ; ?6 M" y  P8 A; h& w( q
  12.         //计算总里程：总圈数*π*0.66m，放大10倍保留小数
    ' b$ b; x9 }) d- k1 g! r
  13.         Distance = (uint)(Total_number_of_cycles * 3.14 * 0.66 * 10);
    . ?+ m7 t- x( z5 G
  14.         //计算瞬时速度5 D1 T1 N. o3 `
  15.         Speed = cylinder_number * 3.14 * 0.66 * 10;/ A/ t* V( c5 O0 i# \9 B* k0 k
  16.         
    $ r0 e9 g0 i  T
  17.         //LCD刷新显示. B' w4 t  g4 E) y! x: R* u7 [
  18.         LcdDisplayTemp(Distance, Speed);
    - ~& k% `6 Y1 c! S
  19.         3 X! f. G' O; A! k5 e
  20.         //超速判断：速度大于100触发声光报警2 W/ q9 H) I0 A3 L; p$ x4 U
  21.         if(Speed > 100)+ u, t1 ~6 _/ `
  22.         {& O$ y3 A9 F) F  a, Y! r
  23.             led = 1;8 `' @2 O3 K' F2 a& a: S
  24.             bz = 1;
    : v* l! d2 ]! ~  P+ b% J
  25.         }/ g1 i/ s8 ~% W# \. w* c
  26.         else
    1 u' v8 P- v5 l# G1 t& K! g0 \
  27.         {/ P( F' G/ P4 E& S  i
  28.             led = 0;
    ) ]0 v1 L$ J& m8 a0 T
  29.             bz = 0;* P1 X0 H2 i$ s# h6 T
  30.         }
    $ T& Q% s# G! p
  31.         //重置1秒计数变量
    , O( u# W6 i( y
  32.         time50ms = 0;
    % N' _! x& S& `* o# X% a
  33.         cylinder_number = 0;
    ; R$ V# }- o9 D: K
  34.     }
    & c9 B- Q" F6 q; x/ ~* Z  s
  35. }
复制代码
6. 按键检测函数（清零里程）
) b( |+ U& l1 o- f4 W# p/ {
  1. void getkey(void)
    # k( |( e! l( G( k/ R, n
  2. {
    7 F) _- H2 L/ `" P& q
  3.     if(key1 == 0), ~$ Z. X5 ^3 z( p
  4.     {5 ?: p+ A2 D5 s. l  @
  5.         //清空所有统计数据
    ) n: _  D; G8 P) U) H  H
  6.         Total_number_of_cycles = 0;  u$ m% f/ U, h9 C7 ~
  7.         Distance = 0;& l. ?' A/ a( N* @3 a% s9 L
  8.         Speed = 0;
    " O1 x: k+ s( y, |
  9.         cylinder_number = 0;5 q5 ^! Q' ]+ ^7 u2 _5 |
  10.         time50ms = 0;$ v" l4 i) y  E; r. |
  11.         LcdDisplayTemp(Distance, Speed);. n( R  J: ^+ w2 U  |
  12.     }
    3 a1 m/ T- ]! \  D7 k9 K6 o
  13. }
复制代码
7. 主函数入口
9 ], H3 G: `5 o, [* l5 s5 Q
  1. void main(void)
    9 j( N1 j6 K" U8 O& T6 V
  2. {
    & y: i9 z- O* ?, G0 H
  3.     LCD1602_Init();   //液晶初始化
    ( z: y- m2 z; ^  V, s2 h
  4.     InitTimer0();     //定时器初始化
    & |: }% Z  Z4 N* M0 Y5 E9 W+ t# o
  5.     Ex_Init();        //外部中断初始化
    ' T+ }: P* g0 h1 I! p
  6.     LcdDisplayTemp(Distance, Speed);) r$ D9 a& q1 I! b: k9 {7 d
  7.     " r& p) z3 B# M0 S% v
  8.     while(1): T3 @* _- N9 m) g9 k5 f9 B
  9.     {: J) X% s* Q: c6 T  ]
  10.         getkey(); //循环扫描按键
    8 M( O; X. B$ r5 Z6 ?8 ]$ ~9 _
  11.     }( U+ d# b6 d0 v- }1 E+ q0 `
  12. }
复制代码

6 q- d& \4 r! N' O6 D/ b' X% B! ~7 b7 M. ?7 h
1.png 0 D: B2 ?8 d/ r3 {2 N; X
2.png " E9 y% N- i: f
3.png
" ^9 z* j( B6 z: a2 o! S; F  P 4.png 2 }5 I% C2 ]& U& Q

+ _, y7 M8 [6 `+ ~( J
3 [; f' K) l$ H! Z) j
5.png

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