基于AVR单片机的自行车行车记录仪，软硬件协同

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，则运算放大器输出低电平，当经过磁场时，3144输出电平渐渐变低，当电平低于放大器负极时则放大器输出低电平，从而通过单片机采集这个低电平信号。

由以上工作原理可知，可以通过调节滑动变阻器R3，从而来调节触发电平。并且通过点亮灯LED1来指示信号的输出。

改良后的霍尔传感器信号输出波形如图3.5所示

图3.5 霍尔传感器输出信号

霍尔传感器信号输出如上图3.5可知，经过改良后的霍尔传感器能输出一个单片机能识别的方波，并且可以通过调节滑动变阻器R3来调节传感器的触发电平，同时通过指示灯LED1来指示信号的输出，最主要达到了增强信号的可处理性的目的。

3.3 打印机

打印机在打印的时候需要大电流提供，而单片机的IO管脚最多只能提供20mA的电流，所以打印机在打印之前需要有额外的驱动电路来提供打印需要的电流。打印机实物接口如下图3.6所示

图3.6 打印机实物接口

其中的信号接口如图3.7所示

图 3.7 打印机信号接口

打印机电机驱动如下图 3.8所示，打印机主要信号包括，电机驱动信号：Motor(+)，4个打印针驱动信号：(6,7,8,9)。

电机驱动电路如下图3.8所示

图3.8 打印机电机驱动

打印机电机驱动如上图3.8所示，信号由AVR_PRINT_ON脚输入，高电平驱动，当产生高电平时，通过三极管Q1驱动打印机打印。

打印针的驱动如下图3.9所示

图3.9 打印针驱动

AVR_PRINT_A为信号输入脚，低电平驱动，当该脚为低电平时，通过三极管Q3和Q4驱动打印针PRINT_A打印。

3.4 其它外围电路

除了以上涉及核心电路外，其它比如时间显示，数据存储，温度显示等，都分别需要不同的硬件模块提供支持。

3.4.1 时钟模块

这里时钟采用了达拉斯的DS1302时钟芯片，时钟模块电路图如图3.10所示

图3.10 DS1302时钟模块

该模块采用串行工作模式，通过SCLK(Signal Clock，信号时钟)， I/O(Input And Output，输入输出信号)，RST(Reset 复位信号)三线控制芯片工作。

3.4.2 数据储存模块

数据存储采用了ATMEL公司的24LC64 EEPROM(可编程电可擦除存储芯片)，模块电路图如图3.11所示

图3.11 EEPROM存储电路

该模块采用的是标准的I2C总线模式，操作简单方便，总容量为64Kbit，8K字节，对于存储记录仪的参数是绰绰有余。

3.4.3 温度传感模块

温度传感器采用的是达拉斯的DS18B20，单总线模式，温度传感器模块电路图如图3.12所示

图 3.12 温度传感器模块

温度传感器模块如上图3.1所示，DS18B20采用的是单总线模式，该数字温度传感器最大的的特点是，只需一个IO管脚便可以控制其工作，并且该传感器传感温度精确，最小可以精确到0.0625℃。

3.4.4 独立按键模块

独立按键模块是提供用户来控制和使用UI界面，原理图如下图3.13所示

图3.13 独立按键电路

独立按键电路如上图3.13所示，每个按键按下时都会产生一个中断，在设计嵌入式软件时可以通过在按键中断内判断按键值，并且可以通过定时器去除抖动，这种软件设计可以避免软件延时去抖，从而提高了整套软件的运行效率。

4. 软件系统设计

本套软件主要实现自行车行车记录的智能控制，其实现的功能主要有以下几点：

显