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第一章 绪论
1.1 引言
我国是全球知名的自行车使用大国。随着社会经济的发展和居民生活质量的提升，自行车已不再局限于传统的代步功能，逐渐演变为集休闲、健身与娱乐于一体的综合性工具 [1]。在此趋势下，人们对自行车附加功能的需求日益增长，尤其是具备多种实用特性的智能辅助设备。多功能自行车数字里程表正是顺应这一需求而迅速发展的产物。科学合理且外观美观的里程表设计不仅具有实际应用价值，也提升了骑行体验。
目前，传统的机械式里程表多见于汽车与摩托车中，其测量精度有限，且在自行车上的应用较为少见。因此，开发一种高精度、易操作的数字化多功能自行车里程表显得尤为必要。近年来，“禁摩令”的实施对摩托车出行造成了一定限制，同时绿色环保理念的推广进一步推动了公共交通及非机动交通工具的发展，其中自行车凭借其便捷性与零排放优势，在城市短途出行中占据了重要地位。
智能化改造后的自行车展现出更高的灵活性与实用性，逐步成为现代人日常通勤的重要选择。相比之下，传统自行车的功能已难以满足当前用户对信息获取与安全保障的需求。因此，智能自行车及其配套系统的研发意义重大。特别是本文所研究的数字里程表系统，能够灵活安装于各类自行车上，使用过程简便高效。
该系统可实时显示骑行速度、累计里程和行驶时间等关键数据，帮助骑行者全面掌握行程状态，并实现对骑行行为的科学管理。此外，当车速超过预设阈值时，系统会自动发出报警提示，有效提升骑行安全性。作为一种新型电子装置，该设备在推动自行车系统升级方面发挥着积极作用，为用户提供更加快捷、安全的出行方式。
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该设备支持快速安装与拆卸，便于携带与多车通用，极大增强了使用的便利性。在成本控制方面，整体设计方案注重经济性与可量产性，适合企业规模化生产，具备良好的市场前景和发展潜力。本文将围绕该数字里程表系统的具体实现展开详细阐述。
整个系统由硬件与软件两大模块构成，采用模块化设计理念，确保各部分协调运行。电路结构简洁明了，后续章节将对其具体构成进行深入解析。硬件部分以多个基于单片机的小型子系统集成而成，各个功能单元在整体架构中承担独立职责，保障系统稳定运行。软件层面则主要采用C语言进行编程开发，该语言以其高效性与稳定性著称，有助于提升系统响应速度与运行可靠性。软硬件协同工作，共同维持系统的正常运作与精准控制。
1.2 研究背景
随着物联网技术与嵌入式系统的不断进步，智能交通设备正经历快速迭代。自行车作为绿色出行的代表，在智慧城市建设和健康生活方式倡导中扮演着越来越重要的角色。尤其是在共享单车广泛普及之后，自行车重新回归大众视野，并融入城市交通体系的核心组成部分。这一现象促使相关智能配件的技术革新步伐加快，其中骑行数据监测设备——如数字里程表——成为研究热点之一。
早期的自行车仪表多为纯机械结构，依赖齿轮传动实现里程记录，存在精度低、易磨损、无法扩展功能等问题。而现代电子技术的发展为解决这些问题提供了可能。利用传感器采集信号，结合微控制器处理数据，并通过液晶屏直观展示结果，已成为主流技术路径。尤其在单片机技术日益成熟的背景下，低成本、高性能的智能仪表方案得以实现。
本研究基于STC89S51单片机平台，配合NJK双线霍尔传感器与LCD1602液晶显示屏，构建了一个结构简单、响应灵敏、运行稳定的自行车数字里程测量系统。该系统不仅能实时准确地显示当前速度与总行驶里程，还具备超速预警功能，能够在骑行过程中及时提醒用户，增强安全性。
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该设计原理清晰，安装操作简便，适用于各类普通自行车的改装升级，特别适合广大骑行爱好者使用。通过对现有技术的整合优化，本文旨在提出一套完整可行的智能自行车里程表解决方案，推动自行车智能化进程，助力绿色出行生态建设。
1.3 研究意义
本课题的研究具有显著的现实意义和技术推广价值。首先，从用户角度出发，骑行者可通过该系统实时了解自身运动状态，包括速度变化、行程距离及骑行时长等信息，有利于制定合理的锻炼计划，提升健身效果。其次，系统内置的超速报警机制可在特定场景（如校园、公园或社区道路）中起到安全警示作用，降低意外发生的风险。
从技术层面看，该项目实现了传感器技术、单片机控制与人机交互界面的有效融合，展示了嵌入式系统在民用产品中的典型应用场景。同时，系统的模块化设计思路也为后续功能拓展（如加入GPS定位、蓝牙传输、数据存储等功能）奠定了基础，具备较强的延展性。
此外，该设计采用常见元器件，整体成本低廉，易于批量生产与维护，符合当前消费类电子产品“高性能、低成本”的发展趋势。对于推动传统自行车向智能化转型、促进智慧交通配套设施完善具有积极意义。
1.4 国内外研究现状
在国外，智能骑行设备的发展起步较早，欧美国家已有众多成熟品牌推出集成度高、功能丰富的智能码表产品，部分高端型号支持ANT+、Bluetooth协议连接心率带、功率计等外设，形成完整的骑行数据分析系统。然而，这类产品普遍价格较高，且操作复杂，不太适合普通消费者日常使用。
国内相关研究虽相对滞后，但近年来发展迅猛。许多高校与科技公司开始关注基于单片机的低成本智能仪表开发，重点集中在数据采集准确性、系统稳定性及功耗优化等方面。已有部分研究成果实现了基本的速度与里程计算功能，并尝试引入无线通信模块以增强交互能力。
尽管如此，现有产品在人机交互友好性、安装便捷性和环境适应性方面仍有提升空间。本研究在吸收国内外先进技术经验的基础上，聚焦于实用性与普及性，力求打造一款操作简单、性能可靠、价格亲民的智能自行车里程表系统。
1.5 研究内容
本文主要围绕智能自行车数字里程表的系统设计展开研究，具体内容包括：
- 分析霍尔传感器的工作原理及其在转速检测中的应用；
- 提出基于STC89S51单片机的系统总体架构方案；
- 完成硬件电路的设计与关键元器件选型；
- 开展系统软件流程设计，采用C语言编写控制程序；
- 实现LCD1602液晶屏的数据动态刷新与超速报警逻辑；
- 对系统整体性能进行测试与结果分析，验证其准确性与稳定性。
通过上述工作，最终构建出一个功能完整、运行可靠的智能自行车里程测量系统，为后续产品化提供理论依据与实践参考。
第二章 硬件设计
2.1 霍尔传感器的工作原理
霍尔传感器是一种基于霍尔效应的磁敏元件，能够将磁场的变化转化为电信号输出。在本系统中，选用NJK系列双线霍尔传感器安装于自行车前叉固定位置，对应车轮辐条上粘贴一块小型永磁体。每当车轮旋转一周，磁体经过传感器一次，便会触发一次脉冲信号。
这些脉冲信号被送入单片机进行计数处理，结合车轮周长参数即可计算出当前行驶速度与累计里程。由于霍尔传感器具有非接触式检测、响应速度快、抗干扰能力强等优点，非常适合用于自行车转速监测场景。
2.2 里程表系统设计方案
系统整体采用“传感采集—信号处理—数据显示”三层架构模式。传感器负责采集原始运动信号，单片机作为核心控制器完成数据运算与逻辑判断，LCD1602显示屏则用于实时呈现各项骑行信息。系统支持手动清零、自动休眠等功能，兼顾实用性与节能需求。
2.3 里程表系统硬件设计方案
硬件部分主要包括以下模块：主控单元（STC89S51单片机）、信号输入模块（霍尔传感器）、显示模块（LCD1602）、电源管理模块以及报警提示电路。各模块之间通过标准接口连接，布线清晰，便于调试与维护。
2.3.1 里程表系统硬件设计方案分析
主控芯片STC89S51是一款高性能CMOS 8位微控制器，内置4KB闪存程序存储器和128字节RAM，支持多次擦写，适合小规模控制系统开发。其I/O口资源充足，可直接驱动LCD1602并接收外部中断信号。
霍尔传感器输出的脉冲信号接入单片机的外部中断引脚（INT0），每次中断触发即表示车轮转动一圈。系统通过定时器T0记录单位时间内中断次数，进而换算成瞬时速度。总里程则通过累加每次转动的距离得出，数据保存在内部RAM中，断电后可通过备用电池维持记忆（可选配置）。
LCD1602模块用于显示当前速度、总里程、骑行时间等信息，采用标准16引脚接口，工作电压为5V，支持4位或8位数据模式。本设计采用4位模式以节省I/O资源。报警电路由蜂鸣器与三极管组成，当检测到速度超过设定阈值时，单片机输出高电平驱动蜂鸣器发声提示。
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电源部分采用两节AA电池供电（3V），经稳压芯片升压至5V供系统使用，保证电压稳定。整体电路设计紧凑，元器件布局合理，具备良好的电磁兼容性与环境适应性。
2.4 程序设计
软件部分采用模块化编程思想，使用Keil C51开发环境编写源代码。主要程序模块包括：主函数、中断服务程序、数据显示子程序、速度计算函数、里程累计函数及报警判断逻辑。
系统上电后首先进行初始化操作，包括IO口配置、定时器设置、LCD初始化等。随后进入主循环等待中断触发。每当霍尔传感器产生脉冲，引发外部中断，程序即调用计数与时间更新函数。定时器每秒刷新一次屏幕显示内容，确保数据实时性。
超速判断在主循环中周期性执行，若当前速度大于预设限值（如20km/h），则启动报警标志位，控制蜂鸣器鸣响；低于限值后自动关闭报警。所有参数均可通过硬件按键临时调整，提升用户体验。
第三章 软件设计
3.1 里程表系统软件设计方案分析与研究
软件系统的设计目标是实现数据采集的准确性、处理的实时性以及界面显示的稳定性。整个程序围绕单片机的中断机制与定时器功能展开，确保每一圈车轮转动都能被精确捕捉，避免漏计或多计现象。
为了提高系统的抗干扰能力，软件中加入了去抖动处理和滤波算法，对连续多个脉冲的时间间隔进行比对，排除异常信号干扰。同时，采用浮点数运算提高速度计算精度，并通过四舍五入保留一位小数输出，使数据显示更加直观。
此外，程序设置了低功耗模式：当长时间无脉冲输入（表示车辆静止）时，系统自动关闭LCD背光和部分I/O口，进入待机状态；一旦检测到新的运动信号，立即唤醒恢复正常工作，从而延长电池使用寿命。
3.2 外频收发模块软件设计
虽然本系统未配备无线通信功能，但在软件架构中预留了外频收发模块接口，便于未来扩展。例如可增加nRF24L01无线模块，将骑行数据发送至手机APP或其他终端设备，实现远程监控与数据存储。
对应的软件设计包含串行通信协议定义、数据打包格式、校验机制等内容。单片机通过SPI或UART接口与无线模块通信，定期发送当前速度、里程、时间等信息包。接收端可根据需要进行数据解析与可视化展示。
此扩展功能虽未在本次测试中实现，但已在软件底层预留函数接口与引脚定义，后续升级无需大幅修改原有代码，体现了系统良好的可扩展性。
第四章 测试
4.1 测试
为验证系统功能的完整性与运行稳定性，进行了多轮实地测试。测试内容包括：脉冲计数准确性、速度显示实时性、里程累计误差、超速报警响应时间、LCD显示清晰度以及整机功耗表现。
测试结果显示，在不同路况与骑行速度下，系统均能准确捕捉每一个脉冲信号，未出现丢帧或误判情况。速度显示刷新频率达到每秒一次，反应迅速。与GPS测距对比，里程累计误差小于3%，满足日常使用要求。报警功能在设定速度以上能即时触发，蜂鸣器声音清晰可辨。
LCD在强光与弱光环境下均可正常读取，背光调节功能有效改善夜间可视性。整机电流待机状态下低于10mA，续航能力较强。综合来看，系统各项指标均达到预期设计目标，具备较高的实用价值。
第五章 总结
本文针对智能自行车数字里程表进行了系统性研究与设计，完成了基于STC89S51单片机的硬件搭建与软件编程工作。通过霍尔传感器采集车轮转动信号，结合单片机运算处理，实现了对骑行速度、总里程和时间的实时显示，并具备超速报警功能。
系统结构简单、成本低廉、安装方便，适用于普通自行车的智能化升级。测试结果表明，该设备运行稳定、数据准确、响应及时，能够满足骑行爱好者的日常需求。同时，模块化设计为后续功能拓展提供了良好基础，具有较强的推广应用前景。
未来可在现有基础上引入无线传输、数据存储、APP联动等功能，进一步提升产品的智能化水平与用户体验。
致谢
感谢参与本项目研究的相关技术支持人员及资料提供方。同时感谢所有为本课题提供建议与帮助的同行专家。
参考文献
- [1] 李明. 自行车智能配件发展现状与趋势分析[J]. 电子技术应用, 2020, 46(5): 12-15.
- 张伟. 基于单片机的车载数字仪表设计[D]. 北京交通大学, 2019.
- 王磊. 霍尔传感器在转速测量中的应用研究[J]. 传感器世界, 2021, 27(3): 22-25.
- 刘洋. 智能自行车关键技术综述[J]. 物联网技术, 2022, 12(4): 33-36.
- 陈刚. LCD1602在嵌入式系统中的驱动实现[J]. 单片机与嵌入式系统应用, 2020, 20(7): 45-48.
1.3 研究意义
尽管现代科技迅猛发展，新型交通工具层出不穷，自行车作为一种重要的出行工具依然未被取代。尤其是在共享单车广泛推广之后，自行车重新回归大众日常生活，展现出其不可替代的便捷性与环保优势。目前，在汽车和摩托车中普遍配备油量计等测量装置，这类设备多为精度较低的机械式仪表。相比之下，自行车极少装配里程计量设备，尤其缺乏集数字化、多功能于一体的显示系统。针对这一现状，开发一种新型的数字式多功能自行车里程表具有现实意义。 本文聚焦于自行车里程表的数字化实现，基于单片机技术设计了一款结构简单、运行稳定的智能里程测量装置。系统以STC89C51单片机为核心处理器，采用NJK双线霍尔传感器进行速度信号采集，并通过LCD1602液晶显示屏实时呈现骑行速度与累计里程数据。该装置具备响应迅速、读数准确、稳定性强等特点，能够有效提升骑行过程中的信息获取体验。1.4 国内外研究现状
早在1920年，英国著名经济学家皮古（A.C. Pigou）就在其《福利经济学》中首次提出道路使用应收取费用的理念，为后续拥堵定价理论奠定了基础。20世纪60年代，Walters（1961年）与Vickrey（1969年）分别对该理论进行了深化与发展，成为拥堵定价领域的两大代表性模型。 Walters提出了边际成本定价模型（静态模型），主张道路收费应等于边际社会成本与边际私人成本之差，从而纠正因外部性导致的资源配置失衡，将传统的免费通行模式转变为基于成本回收的动态调节机制。而Vickrey则构建了“瓶颈收费理论”，认为在高峰时段，用户排队等待的时间本身就是一种隐性成本；通过设置合理的通行费用来替代排队时间，可实现出行者的成本最小化选择，同时优化整体交通流的均衡状态。 我国学者在拥堵定价方面的研究起步较晚，但在理论探索与实践应用方面已取得一定成果。黄海军与杨海将最优控制理论引入拥堵定价分析，考虑路段交通流动力学特性，拓展了边际定价原则的应用范围，并探讨了不同道路属性与收费方案的组合效果。王健、胡云泉、安石等人基于非总量模型研究发现，征收拥堵费会影响出行效用函数，进而改变交通方式结构。 刘廷婷等学者提出应将拥堵收费政策与公共交通发展协同推进，构建一体化的城市交通调控体系。他们建立了弹性需求条件下的双层规划模型：上层目标为最大化路网净收益，约束条件为不超过道路通行能力；下层模型反映出行者路径选择行为，旨在最小化个体出行成本。为此，设计了遗传算法与模拟退火相结合的混合优化方法（GA-SA）用于求解模型。 钟少平与邓伟提出了动态拥堵定价策略，构建了涵盖多种交通方式的综合收费模型，分析了不同出行群体在收费政策下的行为响应。罗庆宇基于2004年上海居民出行调查数据，建立了多元Logit模型，评估拥堵收费对出行结构的影响。结果显示，实施收费后，私家车出行比例显著下降，而公共交通、步行及自行车的使用率有所上升。 徐旺等人结合北京中关村区域的实际交通数据，运用多Agent仿真模型模拟居民在不同收费标准下的出行决策变化。模拟结果表明：随着拥堵费的提高，选择驾车出行的比例持续降低，而转向公交、步行和自行车的比例相应增加。1.5 研究内容
本部分首先介绍了课题的研究背景及其现实意义，梳理了国内外关于自行车里程表及相关技术的发展现状，总结了国外典型城市在交通管理方面的实践经验以及国内城市的初步探索，在此基础上明确了本文的研究思路和技术路线，并对全文的主要研究内容进行了概括说明。 第二部分围绕基于单片机的智能自行车数字里程表展开系统设计研究，详细阐述了系统的总体架构、硬件模块选型、软件流程设计，并完成了电路功能的测试与性能分析。第二章 硬件设计
随着经济的持续发展，电动车行业迅速崛起，逐渐在交通工具领域中取代了传统自行车的地位。尽管如此，自行车的使用并未完全退出人们的生活。相反，随着大众对健康生活方式的重视程度不断提升，健身与运动成为日常关注的重点，自行车作为一种低碳、环保且简便的出行方式，再次受到青睐。
除了作为代步工具外，自行车还兼具娱乐、休闲和锻炼身体的多重功能，这些价值正被越来越多的人所认识。同时，骑行自行车有助于减少汽车尾气排放，降低环境污染，在我国这样一个人口大国，环境保护的重要性日益凸显。因此，推广绿色出行方式具有深远意义。
为了提升骑行体验，合理设计一款能够实时显示骑行数据的代码表显得尤为重要。本文针对自行车爱好者的需求，设计了一款结构简单、功能实用的智能码表系统，可实时显示骑行速度（公里/小时）及累计里程数。
该系统以单片机为核心控制单元，采用STC89C52作为主控芯片，具备较强的硬件处理能力。数据采集方面，利用霍尔传感器获取车轮旋转过程中产生的电脉冲信号，并通过脉冲计数法进行数据处理。通过对脉冲频率的分析，系统可准确换算出车轮转速与当前行驶速度，实现数据的有效提取与应用。目前，这种基于脉冲信号的数据处理方法已被广泛应用于实际场景中，技术成熟且效果稳定。
此外，系统还能在计程表上实时显示多种骑行参数，如实时速度、行驶时间、单次行程与总里程等，并具备数据记录与监控功能，便于用户回顾骑行轨迹与运动表现。
整个智能自行车码表系统由四大模块组成：数据采集模块、单片机控制模块、LED数码管显示模块以及数据存储模块。其中，数据采集任务由霍尔传感器完成，它负责检测车轮转动时触发的磁场变化，并输出相应的脉冲信号。这些信号被送入单片机进行运算处理，最终通过LED数码管直观地显示出当前速度和累计里程信息。
2.1 霍尔传感器的工作原理
霍尔传感器是一种基于霍尔效应的磁电转换装置，主要用于检测磁场的存在及其变化情况。根据其输出特性，霍尔传感器可分为两类：霍尔线性器件和霍尔开关器件。前者输出连续的模拟信号，后者则输出高低电平构成的数字信号。
传感器内部集成了信号放大电路和波形整形电路。由于原始感应信号较弱，需先经过放大处理以满足后续电路的输入要求。随后，通过波形整形电路将放大的模拟信号转化为标准TTL电平信号，使其能够与单片机直接连接并通信。
处理后的脉冲信号被传送到单片机的外部中断引脚INT0。每当检测到一个脉冲，即表示车轮旋转一定角度；当累计脉冲达到对应1公里行程的数量时，系统触发一次中断，更新并显示最新的里程数据。
霍尔元件因其结构紧凑、体积小、功耗低、响应速度快、动态范围宽、使用寿命长以及支持非接触式测量等优点，已广泛应用于自动控制、检测技术和信息处理等多个领域。未来，随着微电子技术的进步，霍尔传感器将朝着更高灵敏度、更高精度和更强稳定性的方向不断发展。
为实现数据持久化，每次骑行结束后，系统会将当前总里程等关键数据写入EEPROM存储器中，确保下次启动时可在原有基础上继续累加计数，从而实现断电记忆功能。[此处为图片1]
键盘部分作为人机交互接口，用于控制系统运行状态，实现功能切换与参数设置，例如切换显示内容（速度/里程/时间）、清零单次里程等操作。整个系统的运行流程如图2.1所示。
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2.2 里程表系统设计方案
本系统的设计围绕高可靠性、低功耗与易操作性展开。通过霍尔传感器实时采集车轮转动信号，经由单片机进行中断计数与算法处理，结合内置计时机制计算出瞬时速度与行驶距离。所有结果均通过LED数码管清晰呈现，方便用户随时查看。
数据存储模块采用EEPROM芯片，保障重要骑行数据在断电后不丢失。同时，系统预留扩展接口，便于后期增加温度、坡度或GPS定位等功能模块，提升整体智能化水平。
综上所述，该智能码表系统不仅满足了骑行者对基础数据监测的需求，也为进一步开发多功能骑行终端提供了可行的技术路径。
近年来，尽管部分城市实施的摩托车限行政策对两轮交通工具的发展造成了一定影响，但当前环保导向的交通策略在推动公共交通使用的同时，也间接促进了非机动出行方式的兴起。其中，自行车凭借其便捷性与环境友好特性，在日常出行中占据了重要地位。
随着技术进步，传统自行车的功能局限性逐渐显现，而智能自行车经过系统化升级后，灵活性和实用性显著增强，正逐步成为短途出行的首选工具。特别是智能里程表系统的设计，为人们的日常通勤和运动锻炼提供了有力支持。该装置可灵活安装于各类自行车之上，操作简便，用户能够实时掌握骑行速度、行驶距离以及运动时长，实现对骑行过程的科学管理。
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系统具备超速提醒功能，有效提升了骑行安全性。作为一种新型电子辅助设备，其模块化设计不仅便于安装与拆卸，而且整体开发成本较低，适合大规模生产与推广，具有广阔的应用前景和发展空间。接下来将详细介绍该里程表系统的整体设计方案。
整个系统由硬件与软件两大部分构成，采用模块化架构，确保软硬件之间高效协同，共同构建稳定运行的整体系统。电路结构设计简洁，利于维护与扩展。
硬件部分基于多个小型功能电路集成而成，各单元在系统运作中承担特定职责。核心控制芯片选用STC89S51单片机，该芯片基于8051内核，内置8KB可编程ROM，属于新一代高性能、低功耗的51系列单片机产品，满足系统高速处理与节能需求。
外围组件包括霍尔传感器、复位按键、LCD1602显示屏及报警装置。霍尔传感器采用NPN型常开触点结构，用于采集车轮旋转过程中产生的脉冲信号，并将其传输至单片机的外部计数器接口进行处理。复位键负责初始化系统寄存器，清除历史数据，为下一次骑行做好准备。LCD1602则实时显示当前速度与累计里程信息。当车速或骑行距离超过预设阈值时，报警器会自动触发，提醒骑行者注意安全或调整运动强度。
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2.3 里程表系统硬件设计方案
软件部分由主程序与定时器中断服务程序组成，设定定时周期为三秒。每间隔三秒，系统自动进入中断程序，依据该时间段内接收到的脉冲数量，计算前轮转动圈数，并结合车轮周长公式得出对应里程。速度值通过将三秒内的行驶距离换算为小时单位（km/h）获得。
每次测量完成后，当前三秒段的里程数据被保存并累加到总里程中，随后脉冲计数清零，新数据更新至LCD屏幕显示。这一机制保证了数据连续性和准确性。
2.3.1 里程表系统硬件设计方案分析
智能自行车里程表的硬件体系较为专业，主控芯片实际采用的是STC89C52单片机。系统以电脉冲计数为核心方法，通过对霍尔传感器所采集的脉冲信号进行分析，实现对车速和转速的转化处理，使数据适用于脉冲计量法。该方式目前已被广泛应用于自行车数据监测领域，具备较高的实用价值。
系统整体由四大模块组成：数据采集模块、单片机控制模块、LED数码显示模块以及数据存储模块。其中，数据采集由霍尔传感器完成，其感应车轮旋转产生的脉冲信号，并送入MCU进行运算处理，最终通过数码管或液晶屏呈现速度、总里程等关键参数。
霍尔传感器输出的脉冲信号接入单片机的外部中断INT0引脚，利用中断机制实现精确计数。每当累计脉冲达到代表1公里的距离时，INT0触发一次中断，驱动LED数码管更新显示当前行驶里程。同时，相关数据会被写入EEPROM存储单元，确保断电后信息不丢失，下次启动时可继续累加计算，实现持久化记忆功能。
键盘模块提供人机交互界面，支持用户对系统功能进行设置、切换与控制。整个系统的工作流程如图2.3所示。
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通过对比分析，本文选用TI公司推出的CC2530射频芯片作为系统的核心组件。该芯片具备多项突出特性：（1）内置高性能、低功耗的增强型8051微控制器，符合工业标准；（2）提供32KB、64KB、128KB和256KB可编程FLASH存储空间，便于应用程序存储关键数据，同时配备8KB RAM，支持多种供电模式下的数据保持功能；（3）支持硬件级调试，配备功能强大且灵活的开发工具；（4）集成符合IEEE 802.15.4协议的RF收发模块，具备优异的接收灵敏度与抗干扰能力；（5）包含一个标准MAC定时器以及多个通用定时器；（6）支持精确的数字化RSSI/LQI检测，并在硬件层面实现CSMA/CA机制；（7）内置电池电压监测单元和温度传感模块；（8）配备两个高性能USART串行通信接口，共21个通用I/O引脚，其中两个引脚可提供高达20mA的灌电流与拉电流能力；（9）支持8通道ADC输出，配置灵活，同时集成了AES安全协处理器以提升数据安全性；（10）工作电压范围宽（2.0V–3.6V），功耗极低，在休眠模式下电流消耗仅为1μA，待机状态下低于0.4μA。其功能引脚分布如图2.4所示。 [此处为图片1] 图2.4 CC2530功能引脚示意图 其中，DVDD为数字电源引脚；AVDD1～AVDD5为模拟电源输入端；P2_0～P2_4、P1_0～P1_7、P0_0～P0_7为数字I/O端口；XOSC2M_Q1和XOSC32M_Q2为32MHz晶振连接引脚；P2_3与P2_4用于接入32.768kHz晶振；RF_P和RF_N为差分射频收发端口；RESET_N为外部复位信号输入引脚。 CC2530的外围应用电路主要由晶振电路和射频前端电路构成。系统外接两组晶振：一组由32MHz石英谐振器与两个匹配电容组成，用于为主控系统提供高精度时钟源并驱动RF模块运行；另一组为32.768kHz石英谐振器配合两个电容构成，主要用于睡眠定时器及看门狗定时器的计时基准。电容C11、C12与C13、C14的参数选择需兼顾振荡稳定性与启动速度，本设计中分别采用27pF和15pF电容。32MHz晶振电路与32.768kHz晶振电路的具体实现分别如图2.5和图2.6所示。 [此处为图片2] 图2.5 32MHz晶振电路 [此处为图片3] 图2.6 32.768kHz晶振电路 射频电路部分主要包括天线单元及巴伦匹配网络。RF_P与RF_N作为一对差分信号引脚，连接至巴伦匹配电路，实现各节点之间的无线信号收发功能。完整的CC2530射频电路结构如图2.7所示。 [此处为图片4] 图2.7 CC2530射频电路图 2.3.2 控制模块设计 控制模块的外围电路包括复位电路、时钟电路以及仿真调试接口。考虑到STM32F207ZGT6芯片对电源噪声敏感，且对时钟稳定性和系统可靠性要求较高，因此采用了如图2.8所示的复合式复位方案，支持上电自动复位与手动按键复位两种方式，有效提升系统的运行稳定性。 [此处为图片5] 图2.8 复位电路 控制器内部集成实时时钟模块，可实现时间计数、报警中断及唤醒功能。为确保计时精度并方便实际使用，需额外设计专用的外部时钟电路，其具体电路连接如图2.9所示。 [此处为图片6] 图2.9 时钟电路 系统还配置了标准20针JTAG/SWD仿真接口，便于程序下载与在线调试。该接口分别连接至STM32的PB4、PB3、PA13、PA14、PA15及REST引脚，对应的接口电路如图2.10所示。 [此处为图片7] 图2.10 仿真调试电路 在本系统架构中，通过跳线将STM32主控模块与Zigbee通信模块进行互联。设计RS232串行接口的目的在于方便用户通过USART向主控单元下载应用程序。MAX232芯片负责完成3.3V逻辑电平与RS232标准电平之间的转换。由于ENC28J60以太网控制器和CC2530均工作于3.3V电压环境，系统采用常见的5V直流电源输入，经AMS1117-3.3稳压芯片转换后获得稳定的3.3V供电电压。电源管理电路如图2.11所示。 [此处为图片8] 图2.11 电源电路图 2.4 软件程序设计 软件系统由主程序和定时器中断服务程序共同构成。设定定时周期为三秒，每间隔三秒触发一次中断，进入里程与速度计算流程。中断程序依据三秒内采集到的脉冲数量，判断自行车前轮转动圈数，并结合车轮周长公式计算出对应时间段内的行驶距离。速度值则通过将三秒内累计里程除以时间（换算为小时单位）得出，最终转换为km/h表示。每次计算完成后，当前三秒段的里程数据被保存，原脉冲计数值清零，新的里程累加值更新并发送至LCD显示屏显示。整体程序执行流程如图2所示。 [此处为图片9] 图2 程序设计流程图 程序按照既定逻辑编写：首先初始化相关寄存器配置，随后进入等待状态，直至定时中断触发。中断发生后，在三秒周期内完成瞬时速度与行驶里程的计算。计算结束后，清除已处理的脉冲计数，保留最新的里程数据并与历史累计值合并存储。主要程序代码框架如下： 第三章 软件设计当前，多数里程表采用机械结构或模拟数字电路进行设计。这类传统装置普遍存在体积庞大、测量精度不高、显示不直观、能耗较高以及功能单一等问题。相比之下，基于单片机开发的里程表则具备更小的体积、更强的控制能力，并展现出多功能性、低功耗和便于携带的优势。
智能里程表能够实时准确地展示多项数据，如当前时间、累计行驶里程、单次行程距离、瞬时速度以及平均速度等信息。在自行车智能化发展的背景下，通过引入现代科技手段，尤其是以单片机为核心的控制系统，使传统自行车实现了技术升级。这种改进不仅提升了骑行体验，也顺应了现代科技发展趋势，在未来出行工具中展现出广阔的应用前景。基于51单片机设计的自行车里程表系统，已成为推动自行车智能化进程的重要一步。
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通过对整个系统的仿真与调试，测试结果能较好地接近预期目标，尤其在误差控制方面表现良好，显著提高了数据采集与处理的准确性。该系统结构简单、易于实现，特别适合预算有限但热衷于动手实践的大学生自行制作。对于机电类、电气工程及电子信息等相关专业的学生而言，亲自动手搭建这样一个里程计，不仅能加深对专业知识的理解，还能将理论应用于实际，增强学习兴趣与动手能力，兼具运动与教育双重价值。
从软件架构来看，系统主要包括射频收发模块和以太网控制器模块两部分的设计。射频模块基于CC2530芯片，需在其上移植Z-Stack协议栈，并编程完成无线数据的发送与接收功能；而以太网控制器部分则依托主控芯片STM32，需移植μC/OS-II操作系统和LwIP协议栈，同时编写相应的驱动程序，构建TCP服务器，实现以太网与串口之间的稳定通信。
3.1 里程表系统软件设计方案分析与研究
里程表系统的软件部分主要使用C语言进行开发，是保障系统正常运行的核心环节。整体软件设计遵循自上而下的编程思想，采用模块化结构，有利于后期维护与功能扩展。
传感器组件由磁铁与霍尔元件构成，通常被安装于车轮附近的固定位置。其中，磁铁固定在车轮辐条或轴心部位，霍尔传感器则置于前叉内侧或其他相对静止的位置。两者一般通过粘贴方式安装，操作简便且成本低廉，有助于大规模推广应用。
安装过程中需注意两个关键因素：一是安装位置，应确保霍尔传感器到轮轴中心的距离与磁铁到轴心的距离相等，以便磁场变化处于最佳感应区域；二是安装方向，应在安装前让磁铁靠近传感器进行测试，若输出信号无变化（如读数始终为0），则需调整其相对方向直至获得有效响应。合理校准方向可确保传感器稳定工作。
此外，在软件系统中还需集成对传感器状态的检测与数据分析机制。例如，当搭载该系统的智能自行车从起点行进至下一个参考点（如从第一棵树到第二棵树）时，系统会自动计算并显示已行驶的距离。此时，通过比对实际测量值与系统显示值之间的差异，可在预设误差范围内评估里程表的可靠性与测量精度。
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