基于AVR單片機的自行車行車記錄儀，軟硬件協(xié)同

2.1.6 霍爾傳感器

如上圖2.1所示，霍爾傳感器使用的是A3144先行霍爾元件，在下面的第三章，硬件設(shè)計中將看到對霍爾傳感器的改良。

2.1.7 液晶顯示器

如上圖2.1所示，液晶顯示器使用的STN7920控制器的12864液晶顯示器，該液晶寬128個點，高64個點，故名12864，并且自帶中文字庫，可顯示區(qū)域大。

2.2 解決的主要內(nèi)容

如何利用好強大的MEGA64單片機資源而不浪費，以及充分理解該單片機相關(guān)的控制單元內(nèi)在的物理邏輯，由此才能深入的理解單片機的運行以及啟動過程，并發(fā)現(xiàn)問題時能得到及時解決。

行車記錄儀的硬件設(shè)計— 記錄儀總共涉及到溫度，時間，電源，液晶，打印機等多個模塊組成，在設(shè)計硬件時需要充分考慮到各種干擾，美觀度等因素。

多層菜單設(shè)計— 多層菜單是一個比較復(fù)雜的邏輯，如果設(shè)計不好會導(dǎo)致整個工程的混亂，使代碼變得難于理解，甚至不能繼續(xù)接下去的工作，所以多層菜單設(shè)計需要一個較好的算法來實現(xiàn)它。

各種總線協(xié)議驅(qū)動— 單片機內(nèi)置IIC,SPI等總線協(xié)議，在溫度獲取，flash存儲中等都需要用到這些總線，所以這些總線協(xié)議的驅(qū)動也是比較關(guān)鍵的。

打印機驅(qū)動電路— 在本設(shè)計中，用到了EPSON的M-150II打印機，其工作電流大，需要專門的硬件驅(qū)動電路，在設(shè)計這一塊電路時，必須做好和主控板(記錄儀)的接口，以方便用戶進行數(shù)據(jù)導(dǎo)出和統(tǒng)計。

2.3 實現(xiàn)的主要功能

顯示實時速度和平均速度

顯示總里程和單次行車里程

顯示時間和溫度

節(jié)電保護

行車信息存儲

用戶菜單UI界面

時間修改

輪徑設(shè)置，里程設(shè)置，等一些參數(shù)的設(shè)置

打印行車記錄統(tǒng)計信息

貪吃蛇小游戲

3. 硬件系統(tǒng)設(shè)計

3.1 主控板

主控板主要包括：CPU，Atmega64;時鐘芯片，DS1302;存儲芯片，24LC64;JTAG在線仿真接口;中斷獨立按鍵模塊;LED調(diào)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(qū)動板接口。

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總線模式，雖然可以用一般的單片機模擬IIC總線，但是為了提高效率則必須選擇具有IIC總線接口的單片機，這個一般的51單片機已經(jīng)不能滿足，所以需考慮其它單片機。

時鐘模塊，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，有下面的打印機實現(xiàn)原理可知，我們必須選擇具有雙邊沿觸發(fā)的單片機，有這個功能的單片機ATMEL的AVR系列的中高端單片機能滿足，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內(nèi)置外設(shè)，一個是外部下降沿中斷，一個是內(nèi)部定時器。

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

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

結(jié)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(tǒng)的核心如圖3.1所示。

圖3.1 核心板最小系統(tǒng)

3.2 霍爾傳感器

霍爾傳感器是實現(xiàn)行車記錄儀最核心的部件，記錄儀的核心記錄參數(shù)(車速)，便是由霍爾傳感器實現(xiàn)的，所以在制作霍爾傳感器時必須嚴格把關(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(yīng)。

霍爾效應(yīng)的本質(zhì)是：固體材料中的載流子在外加磁場中運動時，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(cè)產(chǎn)生電荷積累，形成垂直于電流方向的電場，最終使載流子受到的洛侖茲力與電場斥力相平衡，從而在兩側(cè)建立起一個穩(wěn)定的電勢差即霍爾電壓。正交電場和電流強度與磁場強度的乘積之比就是霍爾系數(shù)。平行電場和電流強度之比就是電阻率。大量的研究揭示：參加材料導(dǎo)電過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(yīng)而產(chǎn)生的。其實物結(jié)構(gòu)圖如圖3.2所示

圖3.2 霍爾元件結(jié)構(gòu)圖

霍爾元件工作原理：實物結(jié)構(gòu)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。在沒有經(jīng)過磁場時，輸出為高電平，當(dāng)磁場漸漸變強時，則輸出的電平會漸漸變低，當(dāng)磁場周期性的出現(xiàn)時，在輸出腳便會出現(xiàn)一個正弦波電壓，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所示在周期性磁場的作用下，霍爾元件，A3144E輸出的是一個周期性的正弦波，而單片機能識別的只是1或0的高低電平，如果把這個信號直接接單片機則有很多缺點：

單片機無法識別該信號除了高電平和低電平時的電平

霍爾元件靈敏度低，只有在磁鐵靠的很近的時候才有反應(yīng)

針對以上缺點，需要對霍爾傳感器進行改良，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，在沒有磁場的情況下，3144輸出高電平，則運算放大器輸出低電平，當(dāng)經(jīng)過磁場時，3144輸出電平漸漸變低，當(dāng)電平低于放大器負極時則放大器輸出低電平，從而通過單片機采集這個低電平信號。