数字式自行车车速表电路及制作设计方案

一、引言

随着科技的不断发展，自行车作为一种环保、健康的出行工具，其相关的智能化设备也越来越受到人们的关注。数字式自行车车速表能够精确地测量自行车的行驶速度，并以数字的形式直观地显示出来，为骑行者提供了极大的便利。本文将详细介绍一种数字式自行车车速表的电路设计及制作方案，包括电路原理、元器件选型、电路搭建以及调试方法等内容。

二、设计要求

测量范围：能够准确测量自行车的速度，测量范围为 0 - 60km/h。

测量精度：测量精度应达到 ±1km/h。

显示方式：采用数字显示方式，清晰直观地显示车速。

电源供应：使用电池供电，以方便自行车骑行时的使用。

体积小巧：整体设计应体积小巧，便于安装在自行车上，不影响自行车的正常骑行。

三、设计原理

数字式自行车车速表的工作原理主要基于霍尔效应传感器来检测自行车车轮的转速，然后通过微控制器对转速信号进行处理和计算，最终将计算得到的车速值以数字形式显示出来。具体原理如下：

霍尔效应传感器：霍尔效应传感器安装在自行车车轮附近，当车轮转动时，车轮上安装的磁铁会经过霍尔效应传感器，使霍尔效应传感器产生一个脉冲信号。脉冲信号的频率与车轮的转速成正比。

微控制器：微控制器接收霍尔效应传感器传来的脉冲信号，并对脉冲信号进行计数和处理。通过测量单位时间内的脉冲数量，结合车轮的周长等参数，微控制器可以计算出自行车的行驶速度。

显示模块：微控制器将计算得到的车速值输出到显示模块，显示模块以数字形式将车速值显示出来，供骑行者查看。

四、电路设计

（一）电路框图

[此处插入电路框图，电路框图应包含霍尔效应传感器、微控制器、显示模块、电源模块等部分，并清晰表示各部分之间的连接关系]

（二）各部分电路设计

霍尔效应传感器电路

• 元器件选型：选用 A3144 霍尔效应传感器。A3144 是一款集电极开路输出的霍尔效应传感器，具有灵敏度高、稳定性好、抗干扰能力强等优点。其工作电压范围为 3 - 24V，能够满足本设计中电池供电的要求。

• 电路原理：A3144 的电源引脚 VCC 接电源正极，接地引脚 GND 接电源负极，输出引脚 OUT 连接到微控制器的输入引脚。当有磁场靠近 A3144 时，其输出引脚 OUT 会输出低电平；当磁场离开时，输出引脚 OUT 会输出高电平。这样，A3144 就会在车轮转动过程中产生一系列的脉冲信号，这些脉冲信号作为微控制器的输入信号。

微控制器电路

• 元器件选型：选用 STC89C52 单片机作为微控制器。STC89C52 是一款 8 位单片机，具有高性能、低功耗、丰富的片内资源等特点。其内部集成了 8KB 的 Flash 程序存储器、256B 的数据存储器、32 个 I/O 口、3 个 16 位定时器 / 计数器等资源，能够满足本设计中对脉冲信号的计数、处理以及与显示模块通信等功能的需求。

• 电路原理：STC89C52 的电源引脚 VCC 接电源正极，接地引脚 GND 接电源负极。复位引脚 RST 通过一个复位电路连接到电源正极，复位电路由一个电容和一个电阻组成，用于在系统上电时对单片机进行复位操作。时钟引脚 XTAL1 和 XTAL2 外接一个晶振和两个电容，组成单片机的时钟电路，为单片机提供稳定的时钟信号。霍尔效应传感器输出的脉冲信号连接到单片机的一个外部中断引脚，单片机通过外部中断来对脉冲信号进行计数。

显示模块电路

• 元器件选型：选用四位共阴极数码管作为显示模块。四位共阴极数码管可以同时显示四位数字，能够满足本设计中对车速值显示的需求。为了驱动数码管，选用 74HC595 移位寄存器作为数码管的驱动芯片。74HC595 是一款 8 位串行输入、并行输出的移位寄存器，具有数据存储和移位功能，能够方便地实现对数码管的动态扫描显示。

• 电路原理：74HC595 的电源引脚 VCC 接电源正极，接地引脚 GND 接电源负极。串行数据输入引脚 SER 连接到单片机的一个 I/O 口，用于接收单片机发送的串行数据。移位时钟引脚 SRCLK 和存储时钟引脚 RCLK 分别连接到单片机的另外两个 I/O 口，用于控制数据的移位和存储。74HC595 的并行输出引脚 Q0 - Q7 连接到数码管的段选引脚，用于控制数码管显示的数字内容。数码管的位选引脚通过一个三极管驱动电路连接到单片机的 I/O 口，单片机通过控制位选引脚的电平来选择要显示的数码管位。

电源模块电路

• 元器件选型：选用 4 节 5 号干电池作为电源，4 节 5 号干电池串联后的电压为 6V，能够满足本设计中各元器件的工作电压要求。为了稳定电源电压，在电源输出端接入一个三端稳压芯片 LM7805。LM7805 是一款常用的正电压稳压芯片，能够将输入电压稳定在 5V 输出，为微控制器、霍尔效应传感器等元器件提供稳定的电源。

• 电路原理：4 节 5 号干电池的正极连接到 LM7805 的输入引脚 IN，负极连接到 LM7805 的接地引脚 GND。LM7805 的输出引脚 OUT 输出稳定的 5V 电压，为电路中的其他元器件供电。在 LM7805 的输入和输出端分别接入一个电容，用于滤波，减少电源噪声对电路的影响。

五、元器件清单

六、制作步骤

绘制电路板：根据电路设计，使用电路板设计软件绘制电路板原理图和 PCB 图。在绘制 PCB 图时，要注意元器件的布局和布线，尽量减小电路板的体积，同时保证电路的稳定性和可靠性。

制作电路板：将绘制好的 PCB 图发送到电路板制作厂家进行制作，或者使用 PCB 制作工具自己制作电路板。制作完成后，对电路板进行检查，确保电路板上没有短路、断路等问题。

焊接元器件：按照元器件清单，将各个元器件逐一焊接到电路板上。在焊接过程中，要注意焊接质量，避免虚焊、短路等问题。焊接完成后，再次对电路板进行检查，确保元器件焊接正确。

调试电路：将电池安装到电池盒中，给电路通电。使用示波器等工具检查霍尔效应传感器输出的脉冲信号是否正常，微控制器是否能够正确接收和处理脉冲信号，显示模块是否能够正确显示车速值。如果发现问题，要及时进行排查和解决。

安装到自行车上：将制作好的数字式自行车车速表安装到自行车上，将霍尔效应传感器安装在车轮附近，确保车轮转动时磁铁能够经过霍尔效应传感器。将显示模块安装在自行车的车把上，方便骑行者查看车速值。安装完成后，进行实际骑行测试，检查车速表的测量精度和稳定性是否满足设计要求。

七、结论

通过以上设计方案，我们成功地设计并制作了一款数字式自行车车速表。该车速表采用霍尔效应传感器检测车轮转速，通过微控制器对转速信号进行处理和计算，并使用数码管显示车速值。经过实际测试，该车速表能够准确地测量自行车的行驶速度，测量精度达到了设计要求，显示清晰直观，体积小巧，便于安装在自行车上使用。本设计方案具有一定的实用性和推广价值，可为自行车智能化设备的设计提供参考。