基于A(yíng)VR單片機的自行車(chē)行車(chē)記錄儀，包括軟硬件具體

2.3 實(shí)現的主要功能

顯示實(shí)時(shí)速度和平均速度

顯示總里程和單次行車(chē)里程

顯示時(shí)間和溫度

節電保護

行車(chē)信息存儲

用戶(hù)菜單UI界面

時(shí)間修改

輪徑設置，里程設置，等一些參數的設置

打印行車(chē)記錄統計信息

貪吃蛇小游戲

3. 硬件系統設計

3.1 主控板

主控板主要包括：CPU，Atmega64;時(shí)鐘芯片，DS1302;存儲芯片，24LC64;JTAG在線(xiàn)仿真接口;中斷獨立按鍵模塊;LED調試電路;12864液晶顯示接口;DS18B20溫度傳感器接口;霍爾傳感器接口;打印機驅動(dòng)板接口。

對單片機的選擇主要有以下要求：

在存儲方面，使用的是ATMEL公司的AT24LC64 EEPROM存儲器，該小存儲器走的是IIC總線(xiàn)模式，雖然可以用一般的單片機模擬IIC總線(xiàn)，但是為了提高效率則必須選擇具有IIC總線(xiàn)接口的單片機，這個(gè)一般的51單片機已經(jīng)不能滿(mǎn)足，所以需考慮其它單片機。

時(shí)鐘模塊，用的是達拉斯的DS1302芯片，只需普通的端口操作就能完成。

打印機模塊，有下面的打印機實(shí)現原理可知，我們必須選擇具有雙邊沿觸發(fā)的單片機，有這個(gè)功能的單片機ATMEL的AVR系列的中高端單片機能滿(mǎn)足，比如Atmega64及以上的單片機都具有這一功能。

霍爾傳感器，霍爾傳感器測速必須具有兩個(gè)內置外設，一個(gè)是外部下降沿中斷，一個(gè)是內部定時(shí)器。

內存空間要求：在做用戶(hù)界面以及制作貪吃蛇等游戲時(shí)都必須開(kāi)很大的緩存，所以必須具備一定的內存容量，初步估計需要2K內存以上。

由以上幾點(diǎn)分析，這里我選擇了ATMEL公司的AVR系列單片機Atmega64，該款單片機價(jià)格便宜，功能強大，能滿(mǎn)足上面幾點(diǎn)的全部要求。

結論：最終選擇的單片機為ATMEL公司的Atmega64八位高性能單片機。

主控系統的核心如圖3.1所示。

圖3.1 核心板最小系統

3.2 霍爾傳感器

霍爾傳感器是實(shí)現行車(chē)記錄儀最核心的部件，記錄儀的核心記錄參數(車(chē)速)，便是由霍爾傳感器實(shí)現的，所以在制作霍爾傳感器時(shí)必須嚴格把關(guān)。

3.2.1霍爾傳感器工作原理

霍爾傳感器，顧名思義，利用的是霍爾效應。

霍爾效應的本質(zhì)是：固體材料中的載流子在外加磁場(chǎng)中運動(dòng)時(shí)，因為受到洛侖茲力的作用而使軌跡發(fā)生偏移，并在材料兩側產(chǎn)生電荷積累，形成垂直于電流方向的電場(chǎng)，最終使載流子受到的洛侖茲力與電場(chǎng)斥力相平衡，從而在兩側建立起一個(gè)穩定的電勢差即霍爾電壓。正交電場(chǎng)和電流強度與磁場(chǎng)強度的乘積之比就是霍爾系數。平行電場(chǎng)和電流強度之比就是電阻率。大量的研究揭示：參加材料導電過(guò)程的不僅有帶負電的電子，還有帶正電的空穴。

本記錄儀中使用的霍爾元件A3144E正是利用這一效應而產(chǎn)生的。其實(shí)物結構圖如圖3.2所示

圖3.2 霍爾元件結構圖

霍爾元件工作原理：實(shí)物結構圖如上圖3.2所示，3腳為信號腳，1腳和2腳分別接電源和地。在沒(méi)有經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)時(shí)，輸出為高電平，當磁場(chǎng)漸漸變強時(shí)，則輸出的電平會(huì )漸漸變低，當磁場(chǎng)周期性的出現時(shí)，在輸出腳便會(huì )出現一個(gè)正弦波電壓，霍爾元件信號輸出如圖3.3所示

圖3.3 霍爾元件信號輸出

3.2.2 霍爾傳感器改良

如上圖3.3所示在周期性磁場(chǎng)的作用下，霍爾元件，A3144E輸出的是一個(gè)周期性的正弦波，而單片機能識別的只是1或0的高低電平，如果把這個(gè)信號直接接單片機則有很多缺點(diǎn)：

單片機無(wú)法識別該信號除了高電平和低電平時(shí)的電平

霍爾元件靈敏度低，只有在磁鐵靠的很近的時(shí)候才有反應

針對以上缺點(diǎn)，需要對霍爾傳感器進(jìn)行改良，目的為了提高靈敏度和改善輸出波形，改良的電路圖如圖3.4所示

圖3.4 改良的霍爾傳感器

工作原理：改良的霍爾傳感器如上圖3.4所示，在沒(méi)有磁場(chǎng)的情況下，3144輸出高電平，則運算放大器輸出低電平，當經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)時(shí)，3144輸出電平漸漸變低，當電平低于放大器負極時(shí)則放大器輸出低電平，從而通過(guò)單片機采集這個(gè)低電平信號。

由以上工作原理可知，可以通過(guò)調節滑動(dòng)變阻器R3，從而來(lái)調節觸發(fā)電平。并且通過(guò)點(diǎn)亮燈LED1來(lái)指示信號的輸出。

改良后的霍爾傳感器信號輸出波形如圖3.5所示

圖3.5 霍爾傳感器輸出信號

霍爾傳感器信號輸出如上圖3.5可知，經(jīng)過(guò)改良后的霍爾傳感器能輸出一個(gè)單片機能識別的方波，并且可以通過(guò)調節滑動(dòng)變阻器R3來(lái)調節傳感器的觸發(fā)電平，同時(shí)通過(guò)指示燈LED1來(lái)指示信號的輸出，最主要達到了增強信號的可處理性的目的。

3.3 打印機

打印機在打印的時(shí)候需要大電流提供，而單片機的IO管腳最多只能提供20mA的電流，所以打印機在打印之前需要有額外的驅動(dòng)電路來(lái)提供打印需要的電流。打印機實(shí)物接口如下圖3.6所示

圖3.6 打印機實(shí)物接口

其中的信號接口如圖3.7所示

圖 3.7 打印機信號接口

打印機電機驅動(dòng)如下圖 3.8所示，打印機主要信號包括，電機驅動(dòng)信號：Motor(+)，4個(gè)打印針驅動(dòng)信號：(6,7,8,9)。