CN103786824A - 电动自行车的里程、速度测量显示及限速装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动自行车的里程、速度测量显示及限速装置，包括控制器、信号采集模块、按键选择模块、里程/速度显示模块、报警模块、电机驱动模块和电源模块，信号采集模块与控制器连接，按键选择模块与控制器连接，里程/速度显示模块与控制器连接，报警模块与控制器连接，电机驱动模块与控制器连接，电源模块与控制器、信号采集模块、按键选择模块、里程/速度显示模块、报警模块和电机驱动模块连接，给各个模块提供电源VCC。该装置能准确的测量并显示电动自行车的里程和速度，在电动自行车即将超速时发出报警信号，在超速时关断其电机的工作电源。

Description

电动自行车的里程、速度测量显示及限速装置

技术领域

本发明涉及一种电动自行车的里程、速度测量显示及限速装置。

背景技术

电动自行车因其环保、节能、轻便以及价格便宜等优点，被越来越多的人用来作为交通代步工具。现有的电动自行车上一般没有设置显示里程、速度的装置，骑车的人不知道自己骑了多远，也不知道骑车的速度，不了解自己的行车状况，以至于不能随时调整行车速度和行驶时间。在汽车、摩托车上一般设有里程表和速度表（测量行驶里程、速度并显示），汽车上的里程表和速度表成本较高，摩托车上的里程表和速度表主要采用光敏电阻与高亮度的发光二极管配合来对里程、速度进行测量，其根据光电流的变化发出脉冲，从而测量里程，并计算出速度，但是光敏电阻对光特别敏感，在白天行驶时，外界光源容易导致光敏电阻发出错误信号，同时光敏电阻对环境的要求较高，如果光敏电阻或发光二极管被泥沙或灰尘所覆盖，光敏电阻就不能再进行测量，并且在雾天和雨天，光敏电阻的效果也不好。

在国标GB17761-1999的“电动自行车通用技术条件”中规定电动自行车的最高时速不能超过20km/h，一些厂家生产的电动自行车虽然都设了限速器，但是有的厂家为了提高销售量，特意给使用者留下限速器可拆的尾巴，使用者只需要将限速器与控制器上的一根线剪断，车速在到达最高速度之前就不会受限；而一些使用者为了追求快速行驶往往采用这种手段，给电动自行车道路交通管理带来了麻烦，同时车速过快也极易发生交通事故。

发明内容

本发明的目的是提供一种电动自行车的里程、速度测量显示及限速装置，以准确的测量并显示电动自行车的里程和速度，在电动自行车即将超速时发出报警信号，在超速时关断其电机的工作电源。

本发明所述的电动自行车的里程、速度测量显示及限速装置，包括控制器、信号采集模块、按键选择模块、里程/速度显示模块、报警模块、电机驱动模块和电源模块，信号采集模块与控制器连接，将采集到的脉冲信号送入控制器内处理，按键选择模块与控制器连接，输入选择显示里程或速度信号，里程/速度显示模块与控制器连接，显示经控制器处理后得到的里程或速度，报警模块与控制器连接，在电动自行车的速度超过第一设定速度时发出报警信号，电机驱动模块与控制器连接，接收控制器的控制并在电动自行车的速度超过第二设定速度（该第二设定速度大于第一设定速度）时关断电动自行车的电机的工作电源，电源模块与控制器、信号采集模块、按键选择模块、里程/速度显示模块、报警模块和电机驱动模块连接，给各个模块提供电源VCC。

进一步，控制器采用80系列或89系列的单片机，该单片机的9脚接上电复位电路，18、19脚接晶振，31、40脚接电源VCC，20脚接地，32～39脚通过排阻接电源VCC。

按键选择模块包括开关和第一上拉电阻，开关的一端接地，另一端接单片机的10脚，第一上拉电阻的一端接电源VCC，另一端接单片机的10脚。当开关闭合时，单片机的10脚输入低电平，里程/速度显示模块显示车速，当开关断开时，单片机的10脚输入高电平，里程/速度显示模块显示里程。

信号采集模块包括开关型霍尔传感器、二分频器、第二上拉电阻、第五电阻、第六电阻和第五三极管，所述开关型霍尔传感器的电源端接电源VCC，接地端接地，输出端接单片机的12脚，并通过第二上拉电阻接电源VCC，所述二分频器的电源端接电源，接地端、复位端接地，时钟输入端接开关型霍尔传感器的输出端，输出端通过第六电阻接第五三极管的基极，第五三极管的发射极接地，集电极接单片机的13脚，并通过第五电阻接电源VCC。与开关型霍尔传感器配合使用的磁钢安装在电动自行车的轮子上，随轮子转动，开关型霍尔传感器安装在轮壳上靠近轮子，且固定不动；在轮子转动时，开关型霍尔传感器就会有脉冲信号输出，脉冲信号直接送入单片机内，对轮子转动圈数计数，电动自行车的里程=计数值×轮子周长，脉冲信号经二分频器分频后送入单片机内，对轮子转动一圈的时间进行定时，电动自行车的速度=轮子周长／定时时间。

进一步，里程/速度显示模块包括型号为74LS373的锁存器、型号为LM016L的液晶显示器、型号为74LS00的四2输入与非门、可调电阻、黄色发光二极管、第三电阻、第三三极管、绿色发光二极管、第四电阻和第四三极管，所述锁存器的1脚接地，3、4、7、8、13、14、17、18脚接单片机的39～32脚，11脚接单片机的30脚，2、5脚接所述液晶显示器的4、5脚，所述液晶显示器的7～14脚接单片机的39～32脚，1脚接地，2脚接电源VCC，3脚通过可调电阻接电源VCC，所述四2输入与非门的1、2脚接单片机的16、17脚，3脚接液晶显示器的6脚，第三三极管的基极接单片机的8脚，发射极接地，集电极通过第三电阻接黄色发光二极管的负极，黄色发光二极管的正极接电源VCC，第四三极管的基极接单片机的7脚，发射极接地，集电极通过第四电阻接绿色发光二极管的负极，绿色发光二极管的正极接电源VCC。可调电阻用于调节液晶显示器的对比度，黄色发光二极管用于在所述液晶显示器显示里程时点亮，绿色发光二极管用于在所述液晶显示器显示速度时点亮。

进一步，报警模块包括第一三极管、第二电阻、红色发光二极管和蜂鸣器，所述第一三极管的基极接单片机的11脚，发射极接电源VCC，集电极通过第二电阻接红色发光二极管的正极，红色发光二极管的负极接地，蜂鸣器的正极接第一三极管的集电极，负极接地。在电动自行车的速度达到第一设定速度时（即将要超速时），红色发光二极管点亮，蜂鸣器鸣叫，发出报警信号。

电机驱动模块包括第二三极管和续流二极管，第二三极管的基极接单片机的4脚，发射极接地，集电极接续流二极管的正极，续流二极管的负极接电机的工作电源VDD；电机的一端接电源VDD，另一端接第二三极管的集电极。未超速时，在单片机控制下第二三极管导通，驱动电机正常工作，超速时，在单片机的控制下第二三极管截止，关断电机的工作电源VDD，电动自行车进入惯性行驶状态，当速度降到某一速度时，第二三极管导通，电机恢复正常工作状态。

本发明采用开关型霍尔传感器进行里程、速度测量，采用液晶显示器显示里程/速度，从而准确地测量并显示了电动自行车的里程和速度，骑车人能更好地了解自己的行车状况并及时作出调整，开关型霍尔传感器频响快，可靠性高，在恶劣的环境中也能准确的进行测量，液晶显示器人机界面友好，相比数码管显示比较省电；采用红色发光二级管和蜂鸣器在即将超速时报警，提醒骑车人降低速度，在超速时，将电动自行车的电机关断，限制其速度，使用者不能将其拆除，避免了电动自行车超速行驶，方便了电动自行车的道路交通管理，同时也减少了因车速过快而发生交通事故的概率。

附图说明

图1为本发明的电路原理框图

图2为本发明中控制器以及按键选择模块的电路图。

图3为本发明中信号采集模块的电路图。

图4为本发明中里程/速度显示模块的电路图。

图5为本发明中报警模块的电路图。

图6为本发明中电机驱动模块的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示的电动自行车的里程、速度测量显示及限速装置，包括控制器1、信号采集模块2、按键选择模块3、里程/速度显示模块4、报警模块5、电机驱动模块6和电源模块7；信号采集模块2、按键选择模块3、里程/速度显示模块4、报警模块5和电机驱动模块6都与控制器1连接，电源模块7与控制器1、信号采集模块2、按键选择模块3、里程/速度显示模块4、报警模块5和电机驱动模块6连接，给各个模块提供电源VCC。

电源模块7采用现有的稳压电路将电动自行车上的蓄电池提供的电源转换为电源VCC。

如图2所示，控制器1采用型号为80C52的单片机U1，该单片机U1的9脚通过第三电容C3接电源VCC，并通过第一电阻R1接地，单片机U1的18脚通过第一电容C1接地，19脚通过第二电容C2接地，晶振X1一端接单片机U1的18脚，另一端接单片机U1的19脚，单片机U1的31脚和40脚都接电源VCC，20脚接地，32脚～39脚通过排阻RP1接电源VCC。按键选择模块3包括开关K1和第一上拉电阻R8，开关K1的一端接地，另一端接单片机U1的10脚，第一上拉电阻R8的一端接电源VCC，另一端接单片机U1的10脚。

如图2、图3所示，信号采集模块2包括型号为CS3040的开关型霍尔传感器U4、型号为CD4024的二分频器U2、第二上拉电阻R7、第五电阻R5、第六电阻R6和第五三极管Q5；其中，开关型霍尔传感器U4的1脚接电源VCC，2脚接地，3脚接单片机U1的12脚且通过第二上拉电阻R7接电源VCC；二分频器U2的14脚接电源，2脚和7脚接地，1脚接开关型霍尔传感器U4的3脚，12脚通过第六电阻R6接第五三极管Q5的基极，第五三极管Q5的发射极接地，集电极接单片机U1的13脚且通过第五电阻R5接电源VCC。

如图2、图4所示，里程/速度显示模块4包括型号为74LS373的锁存器U5、型号为LM016L的液晶显示器LCD1、型号为74LS00的四2输入与非门U3：A、可调电阻RV1、黄色发光二极管D3、第三电阻R3、第三三极管Q3、绿色发光二极管D4、第四电阻R4和第四三极管Q4；其中，锁存器U5的1脚接地，3、4、7、8、13、14、17、18脚接单片机U1的39～32脚，锁存器U5的11脚接单片机U1的30脚，锁存器U5的2脚、5脚分别接液晶显示器LCD1的4脚、5脚，液晶显示器LCD1的7～14脚接单片机U1的39～32脚，液晶显示器LCD1的1脚接地，2脚接电源VCC，3脚通过可调电阻RV1接电源VCC，四2输入与非门U3：A的1脚、2脚分别接单片机U1的16脚、17脚，四2输入与非门U3：A的3脚接液晶显示器LCD1的6脚，第三三极管Q3的基极接单片机U1的8脚，发射极接地，集电极通过第三电阻R3接黄色发光二极管D3的负极，黄色发光二极管D3的正极接电源VCC，第四三极管Q4的基极接单片机U1的7脚，发射极接地，集电极通过第四电阻R4接绿色发光二极管D4的负极，绿色发光二极管D4的正极接电源VCC。

如图2、图5所示，报警模块5包括第一三极管Q1、第二电阻R2、红色发光二极管D1和蜂鸣器LS1，第一三极管Q1的基极接单片机U1的11脚，发射极接电源VCC，集电极通过第二电阻R2接红色发光二极管D1的正极，红色发光二极管D1的负极接地，蜂鸣器LS1的正极接第一三极管Q1的集电极，负极接地。

如图2、图6所示，电机驱动模块6包括第二三极管Q2和续流二极管D2，第二三极管Q2的基极接单片机U1的4脚，发射极接地，集电极接续流二极管D2的正极，续流二极管D2的负极接电机M的工作电源VDD，电机M的一端接电源VDD，另一端接第二三极管Q2的集电极。

在使用时，将与开关型霍尔传感器U4配合使用的磁钢安装在电动自行车的轮子上，随轮子转动，将开关型霍尔传感器U4安装在轮壳上靠近轮子，且固定不动（磁钢与开关型霍尔传感器正面相对的距离控制在5mm左右）。

其工作原理如下：

在行驶时，电动自行车的轮子转动带动磁钢转动，当磁钢经过开关型霍尔传感器U4时，开关型霍尔传感器U4就会产生一个脉冲信号，该脉冲信号以外部中断0的方式输入到单片机U1内，单片机U1内的计数器对脉冲进行计数（即对轮子转动圈数计数），单片机U1根据公式：里程=计数值×轮子周长（轮子周长为已知条件），计算得到电动自行车的里程，上述脉冲信号经二分频器U2分频后以外部中断1的方式输入到单片机U1内，单片机U1以分频后的信号控制定时器T1的启停，当输入为低电平时定时器T1停止，当输入为高电平时，定时器T1启动，每次定时器T1的定时时间刚好是轮子转动一圈的时间，根据公式：速度=轮子周长／定时时间，计算得到电动自行车的速度。

当开关K1处于断开状态时，单片机U1的10脚输入高电平，选择显示里程，单片机U1的8脚输出高电平，第三三极管Q3导通，黄色发光二极管D3点亮，绿色发光二极管D4熄灭，同时单片机U1输出控制液晶显示器LCD1显示里程。

当开关K1闭合时，单片机U1的10脚输入低电平，选择显示车速，单片机U1的7脚输出高电平，第四三极管Q4导通，绿色发光二极管D4点亮，黄色发光二极管D3熄灭，同时单片机U1输出控制液晶显示器LCD1显示车速；当单片机U1检测到车速达到第一设定速度19km/h时，则输出高电平使第一三极管Q1导通，红色发光二极管D1点亮，蜂鸣器LS1鸣叫，提醒骑车人降低速度；如果骑车人仍然继续加速，单片机U1检测到车速达到第二设定速度21km/h时，则输出低电平使第二三极管Q2截止，从而关断电机M的工作电源VDD，电机停止工作，电动自行车依靠惯性滑行，当电动自行车滑行的速度降低到15km/h时，单片机U1控制第二三极管导通，电机M接通工作电源VDD，电机M恢复正常工作状态。

Claims (4)

1.一种电动自行车的里程、速度测量显示及限速装置，其特征是：包括控制器（1）、信号采集模块（2）、按键选择模块（3）、里程/速度显示模块（4）、报警模块（5）、电机驱动模块（6）和电源模块（7），信号采集模块与控制器连接，将采集到的脉冲信号送入控制器内处理，按键选择模块与控制器连接，输入选择显示里程或速度信号，里程/速度显示模块与控制器连接，显示经控制器处理后得到的里程或速度，报警模块与控制器连接，在电动自行车的速度超过第一设定速度时发出报警信号，电机驱动模块与控制器连接，接收控制器的控制并在电动自行车的速度超过第二设定速度时关断电机的工作电源，电源模块与控制器、信号采集模块、按键选择模块、里程/速度显示模块、报警模块和电机驱动模块连接，给各个模块提供电源VCC。

2.根据权利要求1所述的电动自行车的里程、速度测量显示及限速装置，其特征是：

控制器（1）采用80系列或89系列的单片机（U1），该单片机（U1）的9脚接上电复位电路，18、19脚接晶振，31、40脚接电源VCC，20脚接地，32～39脚通过排阻（RP1）接电源VCC；

按键选择模块（3）包括开关（K1）和第一上拉电阻（R8），开关（K1）的一端接地，另一端接单片机（U1）的10脚，第一上拉电阻（R8）的一端接电源VCC，另一端接单片机（U1）的10脚；

信号采集模块（2）包括开关型霍尔传感器（U4）、二分频器（U2）、第二上拉电阻（R7）、第五电阻（R5）、第六电阻（R6）和第五三极管（Q5），所述开关型霍尔传感器（U4）的电源端接电源VCC，接地端接地，输出端接单片机（U1）的12脚，并通过第二上拉电阻（R7）接电源VCC，所述二分频器（U2）的电源端接电源，接地端、复位端接地，时钟输入端接开关型霍尔传感器（U4）的输出端，输出端通过第六电阻（R6）接第五三极管（Q5）的基极，第五三极管（Q5）的发射极接地，集电极接单片机（U1）的13脚，并通过第五电阻（R5）接电源VCC。

3.根据权利要求1或2所述的电动自行车的里程、速度测量显示及限速装置，其特征是：里程/速度显示模块（4）包括型号为74LS373的锁存器（U5）、型号为LM016L的液晶显示器（LCD1）、型号为74LS00的四2输入与非门（U3：A）、可调电阻（RV1）、黄色发光二极管（D3）、第三电阻（R3）、第三三极管（Q3）、绿色发光二极管（D4）、第四电阻（R4）和第四三极管（Q4），所述锁存器（U5）的1脚接地，3、4、7、8、13、14、17、18脚接单片机（U1）的39～32脚，11脚接单片机（U1）的30脚，2、5脚接所述液晶显示器（LCD1）的4、5脚，所述液晶显示器（LCD1）的7～14脚接单片机（U1）的39～32脚，1脚接地，2脚接电源VCC，3脚通过可调电阻（RV1）接电源VCC，所述四2输入与非门（U3：A）的1、2脚接单片机（U1）的16、17脚，3脚接液晶显示器（LCD1）的6脚，第三三极管（Q3）的基极接单片机（U1）的8脚，发射极接地，集电极通过第三电阻（R3）接黄色发光二极管（D3）的负极，黄色发光二极管（D3）的正极接电源VCC，第四三极管（Q4）的基极接单片机（U1）的7脚，发射极接地，集电极通过第四电阻（R4）接绿色发光二极管（D4）的负极，绿色发光二极管（D4）的正极接电源VCC。

4.根据权利要求3所述的电动自行车的里程、速度测量显示及限速装置，其特征是：

报警模块（5）包括第一三极管（Q1）、第二电阻（R2）、红色发光二极管（D1）和蜂鸣器（LS1），所述第一三极管（Q1）的基极接单片机（U1）的11脚，发射极接电源VCC，集电极通过第二电阻（R2）接红色发光二极管（D1）的正极，红色发光二极管（D1）的负极接地，蜂鸣器（LS1）的正极接第一三极管（Q1）的集电极，负极接地；

电机驱动模块（6）包括第二三极管（Q2）和续流二极管（D2），第二三极管（Q2）的基极接单片机（U1）的4脚，发射极接地，集电极接续流二极管（D2）的正极，续流二极管（D2）的负极接电机的工作电源VDD。

Images