淮阴工学院毕业设计说明书（论文）
1 绪论
第 1 页 共 45 页
在全球倡导绿色环保的大趋势下，近年来我国加大了对车辆排放和噪声的管理，由于电动车具有无污染、低噪声和轻便快捷等优点，是一种绿色环保的交通工具,所以从保护环境和经济条件许可等因素综合来看，电动车目前乃至今后都有着广阔的发展空间。
随着人们生活质量的提高，再加上智能化、多功能化产品概念的倡导，又从市场的角度来说，电动车自然会追求智能化，因此配有电量、速度和里程表的电动车成为了生产厂家和消费者的一个关注点。目前市面上电动车的速度表和里程表都是机械的，看起来不够直观与方便。如果能用LED直接显示出来里程数、速度值以及蓄电池电量，对电动车的发展将非常有意义。
1.1 电动车仪表的现状
现在市场上大部分电动车配有指针式仪表，部分没有仪表，很少有用数字直接显示的速度/里程仪表，看起来不够直观与方便。而电量的显示多采用硬件电路直接控制，用发光二极管粗略地显示蓄电池的电量，不采用单片机控制，电路结构相当复杂，而且不能提供精确的电量。目前电动车上安装的大部分都是指针式仪表，那么指针式仪表的基本组成是什么呢？
电动车指针式仪表包含累计行驶里程表、整车速度指针表、电池电压指针表、大灯指示、左右转向灯指示等。累计行驶里程表是由6个十进制的齿轮计数器组成，整车速度指针表是个阻尼转速表，它们共用一个转速输入信号进行换算，通过机械传动实现各自的指示功能。电压指针表采用50伏直流电压表的表头[1]。指针类仪表的集成度比较低，电路的接线比较简单，仪表电路不依赖于控制器电路，能独立工作。这类机械式车速表是由旋转磁场作用于转动盘，使转动盘连同车速表指针发生同向的偏转。当电磁转矩与弹簧产生的阻力矩平衡时，指针偏转停留在某一角度上。指针偏转角与车速成正比，因而可用其表示车速[1～2]。
机械式车速表的缺陷是明显的。由于表盘指针偏转程度正比于软轴转动时产生的磁力，当转速较低的时候，磁力较小，随转速变化的波动较大。因此，低速时车速表指针摆动剧烈、测量及显示精度不高。
1.2 电动车仪表的发展
淮阴工学院毕业设计说明书（论文）
第 2 页 共 45 页
随着电子技术的发展，现在一些电动车已经开始使用液晶仪表，该仪表是以专用霍尔传感器的开关信号传到液晶显示仪表单片机上的一种仪器，通过计算单位时间内车轮的转数，便可得到行驶时速，将行驶时速与时间相乘，则可得到行驶的里程。
另外，也有的无刷电机控制器内部选用单片机作为译码芯片，能把电机运行时速和累计行驶里程直接计算出来，输送到液晶显示仪表，这种液晶显示仪表总成内部就没有单片机了。液晶显示仪表虽然能精确显示各种数据，但是这种仪表的缺点就是抗阳光紫外线辐射能力差，对使用环境温度要求高，所以液晶显示仪表不能长时间放在太阳光底下晒，只能在-10-40℃的环境温度下使用。长时间在高温或低温环境下使用，将导致液晶屏的不可逆损伤，这样液晶屏的显示数值就会模糊，直至无法显示[1～2]。
在世界进入数字化时代的今天，新概念的电动车仪表最直观的变化就是用LED数码管取代指针式表盘，直接用数字显示速度、里程和电量。
1.3 设计的意义
仪表的电子化已经是未来发展的趋势，基于以上的原因，我设计了基于单片机的电动车仪表。该仪表不仅能交替显示速度和里程，还能直观的显示蓄电池的电量。在近几年中，随着计算机技术的飞速发展，促使了大规模集成电路技术的成熟，可供选择的单片机种类也十分多，因此可以满足不同功能的仪表的需要。另外，这些单片机大都能提供功能齐全的开发、仿真系统，使得新产品的开发方便、稳定，大大缩短了开发过程。集成芯片体积小、稳定性高、抗干扰能力强、控制灵活，能适应电动车仪表对高可靠性、防震、防水等工作环境的要求。在生产和调试过程中很容易实现系统化、自动化，大大提高了生产效率，适合大批量生产的需求，促进了单片机的生产成本大大降低。用单片机来实现速度、里程及电量的测量和显示，将大大节省成本，而且性能稳定，便于开发利用[11～15]。
本设计的电动车仪表，综合了里程，速度，电量显示等功能，另外还加入了超速报警功能，使之更加人性化。
这次设计采用了电子集成电路，实现了智能化，具有很强的实用性。由于电动车操作简单，老少皆宜，是城乡居民出行使用的经济时尚型交通工具，将会受到人们的普遍欢迎。
2 系统总体设计
2.1 总体设计思路：
淮阴工学院毕业设计说明书（论文）
第 3 页 共 45 页
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=1。当轮子每转一圈，通过开关型霍尔元件传感器采集到一个脉冲信号，并从外部中断0输入，传感器每获取一个脉冲即对系统提供一次计数中断。每次中断代表车轮转动一圈，根据中断数n与车轮的周长可以计算出里程值。计数器T1计算每转一圈所用的时间t，再根据车轮的周长，就可以计算出即时速度v。里程和速度的显示可以通过按键开关设置为交替显示，当开关不闭合时，里程指示灯亮，LED显示里程值；当开关闭合时，速度指示灯亮，LED切换显示当前速度v；若电动车超速，系统发出报警提示，报警指示灯亮。对于蓄电池电量的测量和显示，采用模数转换芯片将采集到的模拟电压信号转换成数字信号，通过对单片机系统进行软件编程，使单片机能按规定的时序来采集这些数字信号，通过一定的算法计算出被测电压的值，最后单片机系统将计算好了的被测电压值按一定的时序送入电量显示电路模块加以显示。
2.2 系统总体框图
系统总体框图如图2-1所示。
传感器 放大器 波形变换 波形整形 数据存储电路 速度/里程显示 单片机 AT89C52 电量显示 报警电路 电压采集电路 A/D转换电路 图2-1 系统总体框图
本系统由信号预处理电路、单片机AT89C52、LED显示电路、蓄电池电压采集电路、串口数据存储电路、A/D转换电路等组成。其中信号预处理电路包含信号放大、波形变换和波形整形。对待测信号进行放大的目的是降低对待测信号的幅度要求；波形变换和波形整形电路则用来将放大的信号转换成可与单片机相连的TTL信号。经过预处理的脉冲信号进入单片机的外部中断0引脚，用于对轮子圈数的计数输入。轮子每转一圈，霍尔传感器就输出一个低电平脉冲。根据里程寄存器中的内容，计算行驶的里程数。经二分频后的脉冲信号进入外部中断1引脚，用于控制定时器T1的启/停，
淮阴工学院毕业设计说明书（论文）
第 4 页 共 45 页
当输入为0时关闭定时器。这样，每次定时器T1的开启时间刚好为转一圈的时间，根据轮子的周长就可以计算出电动车的速度。里程数是采用I2C总线并通过E2PROM来存储，既节省了所需单片机的口线和外围器件，同时也简化了显示部分的软件编程。
3 系统软件设计
3.1 软件设计思路
由于一个完整的单片机系统，包括软硬件两个方面，硬件是系统可靠运行的“载体”，是基础，而软件则是使“载体”产生动力的发电机，二者相辅相成，缺一不可，所以在硬件电路设计的基础上，我对基于单片机的电动车仪表进行了软件方面的设计。这次设计主要采用模块化的设计方法，首先要确定用什么样的主程序，然后根据这个主程序进行分析，从而设计出所需要的子程序模块，接着对每个模块进行分析，根据它们的功能要求来设计相对应的软件，最后运用Keil与Proteus软件的联调来进行仿真与调试。
基于单片机的电动车仪表设计的软件设计包括主程序、里程测量程序、速度测量程序、A/D转换程序、里程显示子程序、速度显示子程序、延时子程序等几大部分，下面就其主要部分分别加以设计分析。
3.2 主程序设计
在主程序中，需要完成对各接口芯片的初始化、电动车里程和速度初始化、中断向量的设计以及开中断、开定时器等工作。另外，在主程序中还需要设置里程寄存器、速度寄存器、电量寄存器，并对它们进行初始化。然后，主程序将根据各个标志寄存器的内容，分别完成计算里程、测量速度和测量电量等不同的操作。
由电路仿真图可知（见图4-6）可知，P1.3和P1.7端口分别用于显示速度状态和里程状态。P1.6口用于里程显示和速度显示的切换，低电平为显示速度，高电平为显示里程。外中断0用于对轮子圈数的计数输入，轮子每转一圈，霍尔传感器就输出一个低电平脉冲。将根据里程寄存器中的内容，计算行驶里程数。外中断1用于控制定时器T1的启/停，当输入为0时关闭定时器。此控制信号是将轮子圈数的计数脉冲经二分频后形成。这样，每次定时器T1的开启时间刚好为转一圈的时间，根据轮子的周长就可以计算出电动车的速度。
主程序流程图如图3-1所示。
淮阴工学院毕业设计说明书（论文）
图3-1 主程序流程图 注释：
Y 调用里程处理子程序 调用速度处理子程序 N P1.6=1? 调用电量处理子程序 初始化 开始 第 5 页 共 45 页
（1)在本系统初始化程序中，主要完成以下工作：将T1设置为外部控制定时器方式；外中断0以及外中断1设置为边沿触发方式；将部分内存单元清零；开中断及定时器；将EEPROM中的数据调入内存等。
（2)程序完成了启动定时器、开中断，将EEPROM中的数据读入，先调用电量处理子程序，然后根据P1.6口的开关状态选择里程显示或速度显示，如果是P1.6口选择是1，那就调用里程处理子程序，如果是P1.6口选择是0，那就调用速度处理子程序，如此循环。
3.3 电压转换程序
测量蓄电池电量的原理：这里主要是利用TLC549模数串口芯片，TLC549芯片的基准电压脚外接电压为+5V，由于蓄电池的电压（48V）超过了TLC549的电源电压，所以要将蓄电池的电压经过R1和R2分压后进入TLC549芯片的模拟输入，进行模拟采样。输入的模拟量，经过TLC549芯片的内部A/D转换器，转换成8位二进制数，其最小的分辨