基于PIC微控制器的數(shù)字車速表和里程表電路

測量車輛或電機(jī)的速度/轉(zhuǎn)速一直是我們嘗試的迷人項(xiàng)目。因此，在本項(xiàng)目中，我們將使用工業(yè)就緒的PIC微控制器構(gòu)建一個。我們將使用一塊磁鐵和一個霍爾傳感器來測量速度。還有其他方法/傳感器可以測量速度，但是，使用霍爾傳感器很便宜，也可用于任何類型的電機(jī)/車輛。通過做這個項(xiàng)目，我們還將提高我們學(xué)習(xí)PIC16F877A的技能，因?yàn)樵擁?xiàng)目涉及中斷和定時器的使用。在該項(xiàng)目結(jié)束時，您將能夠計算任何旋轉(zhuǎn)物體所覆蓋的速度和距離，并將其顯示在 16x2 LCD 屏幕上。讓我們從這個帶有PIC的數(shù)字車速表和里程表電路開始。

所需材料：

1. PIC16F877A
2. 7805 穩(wěn)壓器
3. 霍爾效應(yīng)傳感器 （US1881/04E）
4. 16*2液晶顯示屏
5. 一小塊磁鐵
6. 連接線
7. 電容器
8. 面包板。
9. 電源

計算速度和覆蓋距離：

在我們實(shí)際開始構(gòu)建電路之前，讓我們了解如何使用霍爾傳感器和磁鐵來計算車輪的速度。

霍爾傳感器是一種可以根據(jù)磁鐵的極性檢測磁鐵存在的設(shè)備。我們將一小塊磁鐵貼在車輪上，并將霍爾傳感器放置在其附近，以便每次車輪旋轉(zhuǎn)時，霍爾傳感器都會檢測到它。然后，我們使用PIC微控制器上的定時器和中斷來計算車輪完全旋轉(zhuǎn)所需的時間。

知道所花費(fèi)的時間后，我們可以使用以下公式計算 RPM，其中 1000/時間將給我們 RPS，進(jìn)一步將其乘以 60 將得到 RPM

rpm = (1000/timetaken) * 60;

其中（1000/時間）給出rps（每秒轉(zhuǎn)數(shù)），乘以60將rps轉(zhuǎn)換為rpm（每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)）。

現(xiàn)在要計算車輛的速度，我們必須知道車輪的半徑。在我們的項(xiàng)目中，我們使用了半徑僅為3厘米的小玩具輪。但是， 我們假設(shè)車輪的半徑為30厘米 （0.3米），以便我們可以可視化讀數(shù)。

該值也乘以 0.37699，因?yàn)槲覀冎?速度 = （RPM（直徑 * Pi）/ 60）。 公式簡化為

v= radius_of_wheel * rpm * 0.37699;

一旦我們計算出速度，我們還可以使用類似的方法計算覆蓋的距離。通過我們的霍爾和磁鐵布置，我們知道輪子旋轉(zhuǎn)了多少次。我們還知道車輪的半徑，使用它我們可以找到車輪的周長，假設(shè)車輪的半徑為 0.3m（R），周長 PiRR 的值將為 0.2827。這意味著每次霍爾傳感器與磁體相遇時，車輪都會覆蓋 0.2827 米的距離。

Distance_covered = distance_covered + circumference_of_the_circle

因?yàn)?，現(xiàn)在我們知道這個項(xiàng)目將如何工作，讓我們繼續(xù)我們的電路圖并開始構(gòu)建它。

電路圖和硬件設(shè)置：

這個車速表和里程表項(xiàng)目的電路圖非常簡單，可以構(gòu)建在面包板上。如果您一直遵循PIC教程，那么您還可以重用我們用于學(xué)習(xí)PIC微控制器的硬件。在這里，我們使用了與PIC微控制器一起為LED閃爍構(gòu)建的相同 性能板 ，如下所示：

PIC16F877A MCU 的引腳連接如下表所示。

構(gòu)建項(xiàng)目后，如下圖所示

如您所見，我用兩個盒子將電機(jī)和一個霍爾傳感器放置在附近的位置。您可以將磁鐵固定在旋轉(zhuǎn)物體上，并完好無損地靠近它的霍爾傳感器，使其能夠檢測到磁鐵。

注意： 霍爾傳感器具有極性，因此請確保它正在檢測哪個極并相應(yīng)地放置它。

還要確保將上拉電阻與霍爾傳感器的輸出引腳一起使用。

模擬：

該項(xiàng)目的模擬是使用 Proteus 完成的。由于該項(xiàng)目涉及移動物體，因此無法使用仿真來演示整個項(xiàng)目，但可以驗(yàn)證LCD的工作。只需將十六進(jìn)制文件加載到模擬中并對其進(jìn)行模擬即可。您將能夠注意到液晶屏工作，如下所示。

為了檢查車速表和里程表是否正常工作，我已將霍爾傳感器更換為邏輯狀態(tài)設(shè)備。在仿真過程中，您可以單擊邏輯狀態(tài)按鈕來觸發(fā)中斷，并檢查所覆蓋的速度和距離是否如上所示得到更新。

對 PIC16F877A 進(jìn)行編程：

如前所述，我們將借助PIC16F877A微控制器中的定時器和中斷來計算車輪完全旋轉(zhuǎn)所需的時間。我們已經(jīng)在之前的教程中學(xué)習(xí)了如何使用計時器。我在本文末尾給出了該項(xiàng)目的完整代碼。此外，我在下面解釋了幾行重要內(nèi)容。

以下代碼行將端口 D 初始化為用于 LCD 接口的輸出引腳，將 RB0 初始化為輸入引腳，以將其用作外部引腳。此外，我們還使用OPTION_REG啟用了內(nèi)部上拉電阻，并將64設(shè)置為預(yù)售。然后，我們啟用全局和外設(shè)中斷以啟用定時器和外部中斷。要將RB0定義為外部中斷位，應(yīng)將INTE設(shè)為高電平。溢出值設(shè)置為 100，以便每 1 毫秒觸發(fā)計時器中斷標(biāo)志 TMR0IF。這將有助于運(yùn)行毫秒計時器以確定以毫秒為單位所花費(fèi)的時間：

TRISD = 0x00; //PORTD declared as output for interfacing LCD
    TRISB0 = 1;        //DEfine the RB0 pin as input to use as interrupt pin
    OPTION_REG = 0b00000101;  // Timer0 64 as prescalar // Also Enables PULL UPs
    TMR0=100;       // Load the time value for 1ms; delayValue can be between 0-256 only
    TMR0IE=1;       //Enable timer interrupt bit in PIE1 register
    GIE=1;          //Enable Global Interrupt
    PEIE=1;         //Enable the Peripheral Interrupt
    INTE = 1;          //Enable RB0 as external Interrupt pin

每次檢測到中斷時，都會執(zhí)行以下函數(shù)。我們可以根據(jù)自己的意愿命名函數(shù)，所以我將其命名為 speed_isr（）。 該程序處理兩個中斷，一個是定時器中斷，另一個是外部中斷。每當(dāng)發(fā)生定時器中斷時，標(biāo)志 TMR0IF 都會變高，為了清除和重置中斷，我們必須通過定義 TMR0IF=0 使其變低，如下面的代碼所示。

void interrupt speed_isr()
{
        if(TMR0IF==1) // Timer has overflown
    { 
        TMR0IF=0;       // Clear timer interrupt flag
        milli_sec++;
    }

        if (INTF==1)
        {
           rpm = (1000/milli_sec) * 60;
           speed = 0.3 * rpm * 0.37699; // (Assuming the wheel radius to be 30cm)
           INTF = 0;          // clear the interrupt flag
            milli_sec=0; 
            distance= distance+028.2;
        }
}

同樣，當(dāng)發(fā)生外部中斷時，標(biāo)志 INTF 將變?yōu)楦唠娖?，這也應(yīng)通過定義 INTF=0 來清除。計時器中斷跟蹤所花費(fèi)的時間，外部中斷確定車輪何時完成一次完整旋轉(zhuǎn)。有了這些數(shù)據(jù)，在每次外部中斷期間計算車輪覆蓋的速度和距離。

計算出速度和距離后，可以使用我們的LCD功能簡單地顯示在LCD屏幕上。如果您不熟悉 LCD，請參閱我們的 LCD 與 PIC16F877A MCU 接口教程。

工作說明：

準(zhǔn)備好硬件和軟件后，只需將代碼上傳到PIC16F877A即可。如果您是PIC的新手，那么您應(yīng)該閱讀一些有關(guān)如何將程序上傳到PIC16F877A微控制器的教程。

我使用可變鍋來調(diào)整電機(jī)的速度以進(jìn)行演示。您也可以使用相同的查找實(shí)時應(yīng)用程序。如果一切按預(yù)期工作，那么您應(yīng)該能夠以公里/小時為單位獲得速度和以米為單位的距離，如下面的視頻所示。