基于AVR单片机的自行车行车记录仪，包括软硬件具体方案

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2.2 解决的主要内容

1. 如何利用好强大的MEGA64单片机资源而不浪费，以及充分理解该单片机相关的控制单元内在的物理逻辑，由此才能深入的理解单片机的运行以及启动过程，并发现问题时能得到及时解决。

2. 行车记录仪的硬件设计— 记录仪总共涉及到温度，时间，电源，液晶，打印机等多个模块组成，在设计硬件时需要充分考虑到各种干扰，美观度等因素。

3. 多层菜单设计— 多层菜单是一个比较复杂的逻辑，如果设计不好会导致整个工程的混乱，使代码变得难于理解，甚至不能继续接下去的工作，所以多层菜单设计需要一个较好的算法来实现它。

4. 各种总线协议驱动— 单片机内置IIC,SPI等总线协议，在温度获取，flash存储中等都需要用到这些总线，所以这些总线协议的驱动也是比较关键的。

5. 打印机驱动电路— 在本设计中，用到了EPSON的M-150II打印机，其工作电流大，需要专门的硬件驱动电路，在设计这一块电路时，必须做好和主控板(记录仪)的接口，以方便用户进行数据导出和统计。

2.3 实现的主要功能

1. 显示实时速度和平均速度

2. 显示总里程和单次行车里程

3. 显示时间和温度

4. 节电保护

5. 行车信息存储

6. 用户菜单UI界面

7. 时间修改

8. 轮径设置，里程设置，等一些参数的设置

9. 打印行车记录统计信息

10. 贪吃蛇小游戏

3. 硬件系统设计

3.1 主控板

主控板主要包括：CPU，Atmega64；时钟芯片，DS1302；存储芯片，24LC64；JTAG在线仿真接口；中断独立按键模块；LED调试电路；12864液晶显示接口；DS18B20温度传感器接口；霍尔传感器接口；打印机驱动板接口。

对单片机的选择主要有以下要求：

1. 在存储方面，使用的是ATMEL公司的AT24LC64 EEPROM存储器，该小存储器走的是IIC总线模式，虽然可以用一般的单片机模拟IIC总线，但是为了提高效率则必须选择具有IIC总线接口的单片机，这个一般的51单片机已经不能满足，所以需考虑其它单片机。

2. 时钟模块，用的是达拉斯的DS1302芯片，只需普通的端口操作就能完成。

3. 打印机模块，有下面的打印机实现原理可知，我们必须选择具有双边沿触发的单片机，有这个功能的单片机ATMEL的AVR系列的中高端单片机能满足，比如Atmega64及以上的单片机都具有这一功能。

4. 霍尔传感器，霍尔传感器测速必须具有两个内置外设，一个是外部下降沿中断，一个是内部定时器。

5. 内存空间要求：在做用户界面以及制作贪吃蛇等游戏时都必须开很大的缓存，所以必须具备一定的内存容量，初步估计需要2K内存以上。

由以上几点分析，这里我选择了ATMEL公司的AVR系列单片机Atmega64，该款单片机价格便宜，功能强大，能满足上面几点的全部要求。

结论：最终选择的单片机为ATMEL公司的Atmega64八位高性能单片机。

主控系统的核心如图3.1所示。

图3.1 核心板最小系统

3.2 霍尔传感器

霍尔传感器是实现行车记录仪最核心的部件，记录仪的核心记录参数(车速)，便是由霍尔传感器实现的，所以在制作霍尔传感器时必须严格把关。

3.2.1霍尔传感器工作原理

霍尔传感器，顾名思义，利用的是霍尔效应。

霍尔效应的本质是：固体材料中的载流子在外加磁场中运动时，因为受到洛仑兹力的作用而使轨迹发生偏移，并在材料两侧产生电荷积累，形成垂直于电流方向的电场，最终使载流子受到的洛仑兹力与电场斥力相平衡，从而在两侧建立起一个稳定的电势差即霍尔电压。正交电场和电流强度与磁场强度的乘积之比就是霍尔系数。平行电场和电流强度之比就是电阻率。大量的研究揭示：参加材料导电过程的不仅有带负电的电子，还有带正电的空穴。

本记录仪中使用的霍尔元件A3144E正是利用这一效应而产生的。其实物结构图如图3.2所示

图3.2 霍尔元件结构图

霍尔元件工作原理：实物结构图如上图3.2所示，3脚为信号脚，1脚和2脚分别接电源和地。在没有经过磁场时，输出为高电平，当磁场渐渐变强时，则输出的电平会渐渐变低，当磁场周期性的出现时，在输出脚便会出现一个正弦波电压，霍尔元件信号输出如图3.3所示

图3.3 霍尔元件信号输出

3.2.2 霍尔传感器改良

如上图3.3所示在周期性磁场的作用下，霍尔元件，A3144E输出的是一个周期性的正弦波，而单片机能识别的只是1或0的高低电平，如果把这个信号直接接单片机则有很多缺点：

• 单片机无法识别该信号除了高电平和低电平时的电平

• 霍尔元件灵敏度低，只有在磁铁靠的很近的时候才有反应

针对以上缺点，需要对霍尔传感器进行改良，目的为了提高灵敏度和改善输出波形，改良的电路图如图3.4所示

图3.4 改良的霍尔传感器

工作原理：改良的霍尔传感器如上图3.4所示，在没有磁场的情况下，3144输出高电平，则运算放大