基于MSP430 的自行车码表设计

cyxs · 发表于 2016-6-21 14:08

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基于MSP430与霍尔传感器的自行车测速仪
摘要：采用的是msp430作为数据处理的芯片，用霍尔传感器，来采集轮子转一圈的时间T。从而根据C/T,便可以计算出车的速度。我采用的算法是，当外部触发中断，记录时间T，计时器清零。然后通过时间T（轮子转一圈的时间），算出此时车速。采用集成霍尔传感器，例如3143。可以在有磁场和无磁场两种状况下，产生高低电平。而且只需要单方供电，另一端用磁钢产生磁场。因此，很方便操作，而且数据很容易被单片机接收并处理。因此采用霍尔传感器。
关键字：霍尔传感器 MSP430G2553  测速
一、系统方案设计
根据任务要求设计一个自行车的测速装置，即在自行车行驶时，可以用检测装置时时检测车速。
1.1 传感器的方案论证与选择
方案一：红外对管检测方案。红外对管，需要在两个管上供电，对于悬转的车轮，不方便供电。
方案二：采用霍尔传感器。集成霍尔传感器，例如3143。可以在有磁场和无磁场两种状况下，产生高低电平。而且只需要单方供电，另一端用磁钢产生磁场。因此，很方便操作，而且数据很容易被单片机接收并处理。因此采用霍尔传感器。
1.2 液晶的方案论证与选择
方案一：采用1602 编程简单，功耗太大，体积太大，不实用。
方案二：采用段式液晶
段式液晶几乎不耗电，但是在驱动方面，由于手头没有驱动芯片，只能通过软件模拟，驱动程序，编程难度较大。但是液晶体积小，功耗低，很适合做显示，加之以前有写过段式液晶的驱动，故选择段式液晶做显示。
1.3数据处理芯片方案论证与选择
方案一：52单片机处理数据。耗电，管脚多，而实际需要的管脚少，浪费资源。
方案二：采用msp430 G2553。省电，体积小，管脚刚好够用，段式液晶驱动开发成熟。
二、理论分析与计算
2.2 自行车测速原理及单片机测速周期计算
以我的自行车为例，经过测量，自行车的车轮外径为d=66.04cm，根据公式C=πd计算可知，轮子的周长为2.0736m。我采用的是msp430作为数据处理的芯片，用霍尔传感器，来采集轮子转一圈的时间T。从而根据C/T,便可以计算出车的速度。我采用的算法是，在一个计时周期内，当一次触发时，进入中断，并开始计时。紧接着第二次进入中断时，立刻记下计数值，并得出时间差T。设立一个标志位flag即可实现。设立一个计时周期为8s。也就是最低的计算速度可以达到，2.037/8=0.259m/s=0.93303Km/h由于单片机计数的一个周期为0.00012秒，故最快计时速度远远超过自行车的时速。码表理论上的测量范围完全满足要求。
2.2 霍尔传感器电路分析
根据datasheet电路图可知，当有磁场时，霍尔片在磁场作用下产生电压，给三极管的基极与发射极提供了导通电压，从而使OUTPUT与GND导通。由此，我设计了一下电路：
当无磁场时，三极管截止，OUTPUT输出高电平。当有磁场时，三极管导通，OUTPUT输出地点平。这样单片机就可以通过检测脉冲，来检测车轮转一圈的时间了。
   本设计采用了霍尔传感器作为数据采集传感器，具体使用的是一款集成霍尔传感器3143，该传感器，在简单的外围电路下，可以识别有无磁场，并输出高低电平，这样的传感器很方便的为单片机所使用。整个制作过程中，了解到了传感器的巨大威力，小小的东西，就可以实现平时很难构想的速度测试过程。当传感器和单片机结合时，更是绽放出无比的光茫。本次制作，给我提供了一个很好的思维方向今后遇到一些问题时，不妨找一找传感器来解决问题。
      经过两天的试用，码表显示最大速度在37km/h。一般在15—20km/h.测试速度还比较准。但是，在使用时，我发现，之前供电的纽扣电池供电不足，导致传感器工作不正常。测试后发现，霍尔传感器工作电流大约2mA。而msp430和段式液晶加起来电流也不过900uA。由此可见，若是用霍尔传感器来做码表，成就不了超低功耗。经过上网资料搜索，目前，普遍用的自行车测速传感器是一种叫干簧管的磁敏开关，它的功耗比霍尔传感器要小的多。