基于AVR單片機(jī)的自行車行車記錄儀，包括軟硬件具體

1. 引言

自行車行車記錄儀(以下簡(jiǎn)稱碼表)在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用，但是不管是國(guó)外的還是國(guó)產(chǎn)的碼表都存在著很多缺點(diǎn)。

首先，對(duì)于國(guó)產(chǎn)碼表來(lái)說(shuō)，缺點(diǎn)主要有:

安裝相當(dāng)麻煩，根據(jù)使用者評(píng)價(jià)，一般安裝需要半小時(shí)以上，而國(guó)外的進(jìn)口碼表則只要5分鐘即可安裝完畢，所以在設(shè)計(jì)該碼表時(shí)需要在這方面進(jìn)行改進(jìn)。

即時(shí)速度顯示混亂，其實(shí)這是計(jì)算精度不夠造成，速度高于25M/S以后(特別是30M/S以后)當(dāng)前速度就開(kāi)始有波動(dòng)，速度越快波動(dòng)越大，這個(gè)問(wèn)題還導(dǎo)致最高速度不可信，所以在設(shè)計(jì)時(shí)選擇的CPU必須是具有較高計(jì)算速度，且實(shí)時(shí)性能較好的，這里選用了AVR的MEGA64高性能8位單片機(jī)，此單片機(jī)資源豐富，最高速度可以達(dá)到16MIPS/S。

里程和速度的清零功能未能真正實(shí)現(xiàn)，它不能像國(guó)外的SIGMA那樣清除指定的數(shù)據(jù)，而是全部清零重置，連總里程和時(shí)鐘都清零了，所以這個(gè)設(shè)計(jì)也是非常的失敗的，需要改進(jìn)。

時(shí)鐘不準(zhǔn)，根據(jù)大部分使用者的反應(yīng)，一個(gè)月快了差不多半小時(shí)。

某些國(guó)產(chǎn)表的輪徑設(shè)置最小只能適應(yīng)20*2.0cm的輪胎，也就是說(shuō)折疊車基本用不上，這點(diǎn)也是需要改進(jìn)的。

最后一點(diǎn)對(duì)于普通用戶來(lái)說(shuō)都是比較反感的，說(shuō)明書以及液晶上的顯示都是全英文的，而且液晶顯示簡(jiǎn)單，說(shuō)明書也只是一個(gè)小紙片而已，對(duì)自行車碼表沒(méi)點(diǎn)了解、沒(méi)有點(diǎn)鉆研精神還不一定能搞清里面的功能和用法。

再次，對(duì)于外國(guó)的碼表來(lái)說(shuō)，觀點(diǎn)主要有以下：

除了以上的第六個(gè)缺點(diǎn)以外，其它缺點(diǎn)基本都是不存在的，但是一個(gè)比較致命的要害是價(jià)格高，一般的消費(fèi)群體買不起。就拿比較出名的德國(guó)品牌sigma，最便宜的到70多，但是功能實(shí)在單一。而功能強(qiáng)大，性能又好的則貴至好幾百元，上千元不等，型號(hào)很多，價(jià)格范圍波動(dòng)也很大。

最后，總結(jié)出不管是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外碼表，都存在以下缺點(diǎn)：

顯示都是英文，對(duì)于一般的用戶使用比較的不方便，而且安裝較麻煩，初始化設(shè)置十分的繁瑣。

功能單一，一般便宜的碼表，往往只具備速度的記錄，行車總里程，行車總時(shí)間的記錄等等，并且通過(guò)液晶查看，不能有效的統(tǒng)一歷史數(shù)據(jù)，或者只能查閱近幾天的歷史數(shù)據(jù)。

實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)所需要的知識(shí)如下：

單片機(jī)C語(yǔ)言編程;IIC,單總線等串行總線編程;模塊化程序設(shè)計(jì);霍爾傳感器原理及實(shí)現(xiàn)方法;液晶顯示編程;打印機(jī)實(shí)現(xiàn)原理;protel畫原理圖以及畫PCB等。

核心元件，單片機(jī)，這里選擇ATMEL公司的8位中高端單片機(jī)Atmega64，選擇它的理由主要有以下幾點(diǎn)：

在存儲(chǔ)方面，使用的是ATMEL公司的AT24LC64 EEPROM存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器走的是IIC(ATMEL公司開(kāi)發(fā)的兩線串行總線)總線模式，雖然可以用一般的單片機(jī)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(jī)，這個(gè)一般的51單片機(jī)已經(jīng)不能滿足，所以需考慮其它單片機(jī)。

打印機(jī)模塊，有下面的打印機(jī)實(shí)現(xiàn)原理(圖4.5)可知，我們必須選擇具有雙邊沿觸發(fā)的單片機(jī)，有這個(gè)功能的單片機(jī)ATMEL的AVR系列的中高端單片機(jī)能滿足，比如Atmega64及以上的單片機(jī)都具有這一功能。

霍爾傳感器，霍爾傳感器測(cè)速必須具有兩個(gè)內(nèi)置外設(shè)，一個(gè)是外部下降沿中斷，一個(gè)是內(nèi)部定時(shí)器，Atmega64也能很好的滿足。

內(nèi)存空間要求：在做用戶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(nèi)存容量，初步估計(jì)需要2K內(nèi)存以上，而Atmega64擁有4K內(nèi)存，能夠完全滿足。

更重要的是，這款單片機(jī)價(jià)格便宜，只要20余元便能購(gòu)置一片，所以選擇這個(gè)單片機(jī)時(shí)比較合適的。

下面將從硬件系統(tǒng)，軟件系統(tǒng)，各個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)原理，軟硬件調(diào)試這幾個(gè)方面來(lái)詳細(xì)的講述這一個(gè)系統(tǒng)。

2. 系統(tǒng)框架

2.1 系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)圖如圖2.1所示

圖2.1 系統(tǒng)框架圖

2.1.2 主控板

如上圖2.1所示，主控板為系統(tǒng)核心，主要包含單片機(jī)ATmega64(ATEML公司8位中高端單片機(jī))以及，各個(gè)模塊接口。

2.1.3 打印機(jī)

如上圖2.1所示，打印機(jī)模塊需要一個(gè)驅(qū)動(dòng)板以及一個(gè)打印機(jī)模塊，打印機(jī)為EPSON公司的M-150II微型打點(diǎn)打印機(jī)，一行可以打96個(gè)點(diǎn)。

2.1.4 存儲(chǔ)模塊

如上圖2.1所示，存儲(chǔ)模塊用的是ATMEL公司的AT24LC64 EEPROM(電可擦除編寫存儲(chǔ)器)存儲(chǔ)器，大小一共是8千字節(jié)。

2.1.5 溫度傳感器

如上圖2.1所示，溫度傳感器用的達(dá)拉斯公司的DS18B20單總線數(shù)字溫度傳感器，支持多個(gè)掛同一條總線，且測(cè)試溫度較準(zhǔn)。

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(jì)中將看到對(duì)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(gè)點(diǎn)，高64個(gè)點(diǎn)，故名12864，并且自帶中文字庫(kù)，可顯示區(qū)域大。

2.2 解決的主要內(nèi)容

如何利用好強(qiáng)大的MEGA64單片機(jī)資源而不浪費(fèi)，以及充分理解該單片機(jī)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(jī)的運(yùn)行以及啟動(dòng)過(guò)程，并發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)能得到及時(shí)解決。

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

多層菜單設(shè)計(jì)— 多層菜單是一個(gè)比較復(fù)雜的邏輯，如果設(shè)計(jì)不好會(huì)導(dǎo)致整個(gè)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(jì)需要一個(gè)較好的算法來(lái)實(shí)現(xiàn)它。

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

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