基于AVR單片機的自行車行車記錄儀，軟硬件協(xié)同

自行車行車記錄儀包括主控板，打印機驅(qū)動板，霍爾傳感器，12864液晶顯示器，EPSON微型打點打印機這五部分。該記錄儀能記錄實時的行車速度，行車總里程，單次行車?yán)锍?，以及歷史最高行車速度，具備外部環(huán)境溫度顯示，總里程設(shè)置，行車信息打印等功能，是面向自行車愛好者的一個高精度，功能強大的行車記錄儀。

功能上，在設(shè)計行車記錄儀時，以Atmega64單片機為核心，AT24LC64 EEPROM,DS1302，12864液晶顯示器，霍爾傳感器等構(gòu)成外圍電路，行車記錄儀的核心部件是霍爾傳感器，在下面講述原理的時候會進(jìn)行詳細(xì)的描述。顯示部分由12864液晶來完成，該液晶控制簡單，顯示區(qū)域大，低功耗，適合電池供電，可以通過設(shè)計菜單，從而來實現(xiàn)記錄儀強大的功能。打印部分由EPSON M-150II微型打點打印機來完成，用戶可以通過打印機記錄行車的統(tǒng)計信息，以及最近一次的行車信息，各種里程信息以及時速，時間等信息，用戶可以通過保管打印的信息，對自己的行車生涯進(jìn)行統(tǒng)計。

系統(tǒng)軟件設(shè)計包含用戶UI界面，以及各個外圍電路的驅(qū)動兩大部分。使用的編譯器是AVR官方推薦的ICCAVR，其中外圍的驅(qū)動部分主要包括： DS1302時鐘芯片驅(qū)動;DS18B20溫度傳感器驅(qū)動;24LC64 EEPROM驅(qū)動;EPSON M-150II微型打點打印機驅(qū)動;12864液晶驅(qū)動

硬件電路制作使用Protel DXP設(shè)計制做PCB板。分主控板和打印機驅(qū)動板焊接調(diào)試，進(jìn)行性能和功能測試。

本系統(tǒng)硬件部分結(jié)構(gòu)簡單，軟件部分使用自己設(shè)計UI界面，使用方便，中文顯示，可操作性強，具有比較好的市場前景。

1. 引言

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

首先，對于國產(chǎn)碼表來說，缺點主要有:

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

即時速度顯示混亂，其實這是計算精度不夠造成，速度高于25M/S以后(特別是30M/S以后)當(dāng)前速度就開始有波動，速度越快波動越大，這個問題還導(dǎo)致最高速度不可信，所以在設(shè)計時選擇的CPU必須是具有較高計算速度，且實時性能較好的，這里選用了AVR的MEGA64高性能8位單片機，此單片機資源豐富，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現(xiàn)，它不能像國外的SIGMA那樣清除指定的數(shù)據(jù)，而是全部清零重置，連總里程和時鐘都清零了，所以這個設(shè)計也是非常的失敗的，需要改進(jìn)。

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

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

最后一點對于普通用戶來說都是比較反感的，說明書以及液晶上的顯示都是全英文的，而且液晶顯示簡單，說明書也只是一個小紙片而已，對自行車碼表沒點了解、沒有點鉆研精神還不一定能搞清里面的功能和用法。

再次，對于外國的碼表來說，觀點主要有以下：

除了以上的第六個缺點以外，其它缺點基本都是不存在的，但是一個比較致命的要害是價格高，一般的消費群體買不起。就拿比較出名的德國品牌sigma，最便宜的到70多，但是功能實在單一。而功能強大，性能又好的則貴至好幾百元，上千元不等，型號很多，價格范圍波動也很大。

最后，總結(jié)出不管是國內(nèi)還是國外碼表，都存在以下缺點：

顯示都是英文，對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，行車總時間的記錄等等，并且通過液晶查看，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)。

實現(xiàn)該系統(tǒng)所需要的知識如下：

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

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

在存儲方面，使用的是ATMEL公司的AT24LC64 EEPROM存儲器，該存儲器走的是IIC(ATMEL公司開發(fā)的兩線串行總線)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。

打印機模塊，有下面的打印機實現(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，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，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，而Atmega64擁有4K內(nèi)存，能夠完全滿足。

更重要的是，這款單片機價格便宜，只要20余元便能購置一片，所以選擇這個單片機時比較合適的。

下面將從硬件系統(tǒng)，軟件系統(tǒng)，各個模塊的實現(xiàn)原理，軟硬件調(diào)試這幾個方面來詳細(xì)的講述這一個系統(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ATmega64(ATEML公司8位中高端單片機)以及，各個模塊接口。

2.1.3 打印機

如上圖2.1所示，打印機模塊需要一個驅(qū)動板以及一個打印機模塊，打印機為EPSON公司的M-150II微型打點打印機，一行可以打96個點。

2.1.4 存儲模塊

如上圖2.1所示，存儲模塊用的是ATMEL公司的AT24LC64 EEPROM(電可擦除編寫存儲器)存儲器，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，支持多個掛同一條總線，且測試溫度較準(zhǔn)。