自行車(chē)安全信號(hào)指示系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊宸+王璐瑤+胡乃升+陳漢明

摘 要：自行車(chē)作為人們娛樂(lè)、休閑、工作的代步工具，在高度信息化的社會(huì)中發(fā)揮著不可替代的作用，但是與汽車(chē)等機(jī)動(dòng)車(chē)輛相比，由于其不具有轉(zhuǎn)向指示及剎車(chē)指示，安全性大打折扣。文章以STC12C5A60S2單片機(jī)為核心，以控制模塊為輸入部分，以尾燈模塊、LED點(diǎn)陣屏模塊等為輸出部分，以keil uvision為軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試與實(shí)驗(yàn)，成功實(shí)現(xiàn)了自行車(chē)轉(zhuǎn)向、剎車(chē)制動(dòng)以及雙閃預(yù)警等電子顯示功能，從而使得自行車(chē)的安全性得到提高，給廣大騎行者的安全多了一份保障。

關(guān)鍵詞：自行車(chē) 安全 信號(hào)指示 單片機(jī)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）02（c）-0140-05

Abstract：As a transportation of entertainment， leisure and work， bicycles play an irreplaceable role in a highly information-based society .However， compared with motor vehicles such as automobiles， bicycles are less safe because they do not have steering instructions and braking instructions. Taking the STC12C5A60S2 microcontroller as the core， the control module as the input part， the taillight module， the LED dot matrix screen module as the output part， the keil uvision as the software development environment， after repeated testing and experiment， the system successfully realized the bicycle steering， braking system， dual-flash warning and other electronic display， which makes the safety of bicycles to be improved， so that the cyclists are more safe.

Key Words：Bicycle；Safety；Signal indication；Single chip microcomputer

自行車(chē)，人類(lèi)偉大的發(fā)明，方便了人們的出行，鍛煉了人們的身體。但在中國(guó)這個(gè)自行車(chē)王國(guó)里，自行車(chē)數(shù)量居全球第一且遠(yuǎn)超其他國(guó)家。相應(yīng)地，因自行車(chē)安全性不高而導(dǎo)致的交通事故越來(lái)越頻繁，其中在轉(zhuǎn)彎及過(guò)馬路時(shí)是最容易發(fā)生的。所以，給自行車(chē)加裝可以警示后方車(chē)輛的裝置就顯得十分必要了。

1 制作設(shè)計(jì)思路

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 模塊設(shè)計(jì)

1.2.1 控制模塊

為了警示他人，自行車(chē)安全信號(hào)指示系統(tǒng)設(shè)計(jì)了左轉(zhuǎn)key-left鍵和右轉(zhuǎn)key-right鍵（見(jiàn)圖2），這兩個(gè)按鍵分別位于自行車(chē)的左右車(chē)把上；剎車(chē)制動(dòng)時(shí)觸發(fā)復(fù)位開(kāi)關(guān)key-stop1或者key-stop2（見(jiàn)圖3），這兩個(gè)觸發(fā)復(fù)位開(kāi)關(guān)由車(chē)閘自動(dòng)檢測(cè)，按下車(chē)閘時(shí)開(kāi)關(guān)自動(dòng)閉合；預(yù)警時(shí)按key-warning鍵；若想用聲音提醒旁邊的路人及車(chē)輛，可按下key-ring，蜂鳴器就會(huì)發(fā)出1 kHz的聲音（如圖4）。

其電路圖見(jiàn)圖5。

1.2.2 主控模塊

這是整個(gè)系統(tǒng)的核心部件，上面安裝了它的大腦——增強(qiáng)型8051單片機(jī)（國(guó)產(chǎn)的STC12C5A60S2），以及它的“手表”——晶振以及兩個(gè)30pF的起振電容（見(jiàn)圖6）。這里接受所有使用者發(fā)出的指令，進(jìn)行信息處理之后控制顯示部分工作。主控板電路圖見(jiàn)圖7。

1.2.3 LED點(diǎn)陣屏模塊

LED點(diǎn)陣屏安裝在車(chē)座下方，它有8×8即64個(gè)紅色LED燈（見(jiàn)圖8），可以在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)從下到上滾動(dòng)顯示整個(gè)系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱(chēng)“BSIS”，在自行車(chē)行駛過(guò)程中左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)時(shí)閃爍顯示轉(zhuǎn)向指示箭頭“←”“→”。LED顯示屏的驅(qū)動(dòng)模式共有兩種——逐點(diǎn)掃描和逐列掃描。逐點(diǎn)掃描有著不可比擬的優(yōu)越性——亮度均勻。采用逐點(diǎn)掃描時(shí)，每一個(gè)時(shí)刻都只有一個(gè)LED點(diǎn)亮，但由于人眼的視覺(jué)暫留效應(yīng)，無(wú)法察覺(jué)快速刷屏，看到的就是一個(gè)完整的圖像（見(jiàn)圖9）。

LED點(diǎn)陣屏模塊電路圖見(jiàn)圖10。

1.2.4 尾燈模塊

5個(gè)超高亮紅色的食人魚(yú)尾燈（見(jiàn)圖11、12）有兩個(gè)作用——?jiǎng)x車(chē)指示和轉(zhuǎn)向指示，當(dāng)自行車(chē)剎車(chē)時(shí)，LED燈從兩邊向中間快速地依次點(diǎn)亮，起到自行車(chē)剎車(chē)指示作用；當(dāng)自行車(chē)向右（左）轉(zhuǎn)向時(shí)，會(huì)產(chǎn)生從左（右）向右（左）的流水燈效果，和LED點(diǎn)陣屏指示方向相同，起到補(bǔ)充作用（由于LED點(diǎn)陣屏亮度不是很高），同時(shí)也有美觀效果。

尾燈模塊電路圖見(jiàn)圖13。

1.2.5 速度里程顯示模塊

為了方便騎行者知道自己的速度及行駛里程，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的模塊——速度里程顯示模塊。通過(guò)觀察安裝在車(chē)把中央的1602液晶顯示屏（見(jiàn)圖14、15），速度以及該次上電所行駛的里程便一目了然?；驹硎牵翰捎昧斯怆婇T(mén)（見(jiàn)圖16）進(jìn)行檢測(cè)車(chē)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器進(jìn)行測(cè)量轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間，再通過(guò)MCU的計(jì)算即可得出行駛速度以及里程（見(jiàn)圖17）。另外，還加入了蜂鳴器（見(jiàn)圖18），上電時(shí)“滴”響一聲，另外在按下微動(dòng)開(kāi)關(guān)后，蜂鳴器就會(huì)報(bào)警，以此來(lái)提醒他人，這樣就可以不需要原先車(chē)子上的機(jī)械鈴了。

圖18液晶屏下的蜂鳴器速度里程顯示模塊電路圖（見(jiàn)圖19）。

1.2.6 電源模塊

系統(tǒng)供電方式為3節(jié)5號(hào)1.5 V干電池供電。由于電源開(kāi)關(guān)很不穩(wěn)定，在較劇烈振動(dòng)時(shí)會(huì)重啟系統(tǒng)，所以采用了非常穩(wěn)定的扭子開(kāi)關(guān)（見(jiàn)圖20、21）。

1.3 各子系統(tǒng)連接

每個(gè)模塊上均安裝了排針，其目的就是為了連接。排針?biāo)鶎?duì)應(yīng)的是杜邦線(xiàn)，但是單根杜邦線(xiàn)長(zhǎng)度明顯不足，所以將一些漆包線(xiàn)接入杜邦線(xiàn)以增加長(zhǎng)度，接口處用熱縮管包好，穩(wěn)定又不失美觀。在線(xiàn)路比較集中的地方用一次性自鎖式尼龍?jiān)鷰Ы壓?，并且盡量讓接線(xiàn)與車(chē)閘的線(xiàn)扎在一起（見(jiàn)圖22～25）。

1.4 系統(tǒng)測(cè)試

一切準(zhǔn)備就緒之后，將電源開(kāi)關(guān)撥到了“ON”上，“BSIS”正常顯示，按下按鍵相應(yīng)的顯示部分均可正常工作，顯示效果圖見(jiàn)圖26～29。

總之，與市場(chǎng)上的同類(lèi)產(chǎn)品相比，該系統(tǒng)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：顯示部分多樣；按鍵更加符合人體力學(xué)設(shè)計(jì)；剎車(chē)檢測(cè)由自行車(chē)閘自動(dòng)檢測(cè)；轉(zhuǎn)向部分由自行車(chē)騎行人員直接控制，穩(wěn)定性強(qiáng)；采用可編程芯片控制，程序開(kāi)源，可拓展性強(qiáng)。希望能夠給廣大的騎行者一些安全感。

2 結(jié)語(yǔ)

此論文所研究的產(chǎn)品是筆者經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)研基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的，具有應(yīng)用范圍廣、使用簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，使用后希望能給廣大騎行者的安全多一份保障。以后的研究過(guò)程中考慮用單片機(jī)內(nèi)置的EEPROM來(lái)實(shí)現(xiàn)掉電儲(chǔ)存、利用車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)或太陽(yáng)能發(fā)電提供電能，進(jìn)一步提高自行車(chē)的自動(dòng)化程度。

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