3.1.4霍尔传感器
霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。后来发现半导体、导电流体等也有这种效应，而半导体的霍尔效应比金属强得多，利用这现象制成的各种霍尔元件，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。由霍尔效应的原理知，霍尔电势的大小取决于：Rh为霍尔常数，它与半导体材质有关；IC为霍尔元件的偏置电流；B为磁场强度；d为半导体材料的厚度。 对于一个给定的霍尔器件，Vh将完全取决于被测的磁场强度B。 霍尔效应原理图如图3-1所示
图3-1 霍尔效应原理图
一个霍尔元件一般有四个引出端子，其中两根是霍尔元件的偏置电流IC的输入端，另两根是霍尔电压的输出端。如果两输出端构成外回路，就会产生霍尔电流。一般地说，偏置电流的设定通常由外部的基准电压源给出；若精度要求高，则基准电压源均用恒流源取代。为了达到高的灵敏度，有的霍尔元件的传感面上装有高导磁系数的坡莫合金；这类传感器的霍尔电势较大，但在0.05T左右
把开关型霍尔传感器安装在自行车贴近车轮的支架上，磁钢安装在辐条上，当磁钢靠近霍尔传感器的时候，传感器输出一个无抖动的低电平，单片机根据此信号可计算里程、速度等。出现饱和，仅适用在低量限、小量程下使用。
近年来，由于半导体技术的飞速发展，出现了各种类型的新型集成霍尔元件。这类元件可以分为两大类，一类是线性元件，另一类是开关类元件。
霍尔传感器包括以下几个系列：szxrdt霍尔传感器，szxrdt霍尔电流变送器，szxrdt霍尔电流传感器。
在半导体薄片两端通以控制电流I，并在薄片的垂直方向施加磁感应强度为B的匀强磁场，则在垂直于电流和磁场的方向上，将产生电势差为UH的霍尔电压。
3.2 总体设计方案
3.2.1 系统总体设计思路
本系统实现自行车运行过程中对行驶里程、当前瞬时速度、平均速度进行测量和显示。总体设计思路如图3-4所示。系统电源模块、信号采集输入模块、模拟控制器模块、显示模块、四部分。
图3-3 总体设计思路
系统工作时，传感器采集到信号，用按键代表脉冲、或者用频率输入代表信号输入，传输给单片机，单片机计数器统计脉冲个数，定时器记录相应时间长度，经过运算，将行驶里程、平均速度送给LCD显示，当前瞬时速度送给7段数码管显示。 3.2.2 方案设计与讨论 一、速度测量原理
测量自行车的速度的原理有两种：测量一定时间间隔t，自行车车轮转过的圈数q。假设车轮周长为c，则速度V=c*q/t测量自行车车轮转过一圈的时间t，则速度V=c/t本里程表是根据第一个原理计算速度的。
二、动态扫描LED数码管显示。
里程表的显示内容以数字为主，利用LED数码管可基本满足使用要求且成本较低。但是用动态扫描的方式驱动数码管亮度太低在阳光下几乎看不见显示内容失去使用价值。 串行静态LED数码管显示。把单片机的串行口设置为方式0同步移位寄存器，输出显示信息，可实现LED数码管的静态显示，其亮度令人满意。但由于要使用74HC164/74LS164串并转换芯片驱动LED数码管因此会带来体积大、成本高、功耗高等的缺点。LCD液晶显示模块。液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富等特点，现在字符型液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的信息显示器件了。
本里程表使用1602 LCD作为显示模块。外加四个七段管LED用来显示5秒内的当前速度（近似瞬时速度）
【功能描述】 以AT89C51型单片机为核心实时测量并显示自行车行驶过程中的各项参数，包括当前行驶累计时间、当前行驶累计里程（m）、当前速度（m/s）
、平均速度（m/s）、当前行驶时间
等，各参数分屏显示。本里程表具有时钟功能，不安装在自行车上时也可作为时钟使用实用性高。 【操作说明】 本例子所采用的是27#比赛公路自行车，换算成公制，外径700mm，半径为350mm，探测器安装在距离轴心200mm处，探测到一次，车轮转动2.15m，轮胎具体规格700*28C，28是指
车胎的横断面的宽度为28mm，则周长2150mm。 轮胎直径大小英寸与厘米对照表如表3-2所示
表3-2轮胎直径大小对照表
英寸 厘米
16 40
18 45
20 50
22 55
24 61
26 66
28 71
28.5 72
3.3 模块电路
自行车测速模块电路如图3-4所示
图3-4 模块电路
系统由霍尔传感器、显示模块、LED报警模块、供电模块和单片机小系统构成。 【工作原理】
里程、速度等都是由霍尔元器件测量。通过频率计或者按钮输出脉冲，代表车轮转动圈数，已知自行车轮胎的周长为2.15m，轮子每转动一圈，安装在车轮辐条上的磁钢接近霍尔传感器一次，传感器送一个脉冲信号给单片机的外部中断计数器T1，产生一次中断，圈数加一。圈数*2.15即为车前进距离，而通过单片机T0定时器记录时间，间隔5秒，5秒内的前进距离除以时间5秒，得到5秒内的当前速度。而总里程L除以总时间t得到平均速度。处理速度数据时同时刷新平均速度、当前速度、运行里程。若速度大于8m/s(28.8km/h)则P3.7输出低电平，LED警示灯亮，提示速度过大。单片机定时器0定时时间为50ms，每20次刷新系统时钟及计算累计行驶时间。
第四章 系统的软件设计
4.1系统的主流程图
系统的主流程图与中断服务子程序如图4-1、4-2所示
图4-1 系统主流程图
图4-2中断服务子程序图
4.2仿真截图
未超速仿真图与示波器仿真图如图4-3、4-4所示
由图可知：当前速度为4.30m/s(未超速），时间为19秒，总路程为81.70米
图4-4未超速示波器仿真图
由图可知：激励源电压为5V，当前频率2Hz（相当于自行车轮胎2圈/秒）
图4-5 超速仿真图
由图可知：当前速度为8.60m/s(未超速），时间为5秒，总路程为43.00米
图4-6超速仿真图
由图可知：激励源电压为5V，激励源为4Hz（相当于自行车轮胎4圈/秒）
图4-7传感器工作时示波器仿真图