基于PIC微控制器的数字车速表和里程表电路

测量车辆或电机的速度/转速一直是我们尝试的迷人项目。因此，在本项目中，我们将使用工业就绪的PIC微控制器构建一个。我们将使用一块磁铁和一个霍尔传感器来测量速度。还有其他方法/传感器可以测量速度，但是，使用霍尔传感器很便宜，也可用于任何类型的电机/车辆。通过做这个项目，我们还将提高我们学习PIC16F877A的技能，因为该项目涉及中断和定时器的使用。在该项目结束时，您将能够计算任何旋转物体所覆盖的速度和距离，并将其显示在 16x2 LCD 屏幕上。让我们从这个带有PIC的数字车速表和里程表电路开始。

所需材料：

1. PIC16F877A
2. 7805 稳压器
3. 霍尔效应传感器 （US1881/04E）
4. 16*2液晶显示屏
5. 一小块磁铁
6. 连接线
7. 电容器
8. 面包板。
9. 电源

计算速度和覆盖距离：

在我们实际开始构建电路之前，让我们了解如何使用霍尔传感器和磁铁来计算车轮的速度。

霍尔传感器是一种可以根据磁铁的极性检测磁铁存在的设备。我们将一小块磁铁贴在车轮上，并将霍尔传感器放置在其附近，以便每次车轮旋转时，霍尔传感器都会检测到它。然后，我们使用PIC微控制器上的定时器和中断来计算车轮完全旋转所需的时间。

知道所花费的时间后，我们可以使用以下公式计算 RPM，其中 1000/时间将给我们 RPS，进一步将其乘以 60 将得到 RPM

rpm = (1000/timetaken) * 60;

其中（1000/时间）给出rps（每秒转数），乘以60将rps转换为rpm（每分钟转数）。

现在要计算车辆的速度，我们必须知道车轮的半径。在我们的项目中，我们使用了半径仅为3厘米的小玩具轮。但是， 我们假设车轮的半径为30厘米 （0.3米），以便我们可以可视化读数。

该值也乘以 0.37699，因为我们知道 速度 = （RPM（直径 * Pi）/ 60）。 公式简化为

v= radius_of_wheel * rpm * 0.37699;

一旦我们计算出速度，我们还可以使用类似的方法计算覆盖的距离。通过我们的霍尔和磁铁布置，我们知道轮子旋转了多少次。我们还知道车轮的半径，使用它我们可以找到车轮的周长，假设车轮的半径为 0.3m（R），周长 PiRR 的值将为 0.2827。这意味着每次霍尔传感器与磁体相遇时，车轮都会覆盖 0.2827 米的距离。

Distance_covered = distance_covered + circumference_of_the_circle

因为，现在我们知道这个项目将如何工作，让我们继续我们的电路图并开始构建它。

电路图和硬件设置：

这个车速表和里程表项目的电路图非常简单，可以构建在面包板上。如果您一直遵循PIC教程，那么您还可以重用我们用于学习PIC微控制器的硬件。在这里，我们使用了与PIC微控制器一起为LED闪烁构建的相同 性能板 ，如下所示：

PIC16F877A MCU 的引脚连接如下表所示。

S.No：	引脚编号	引脚名称	已连接到
1	21	RD2	液晶显示器的 RS
2	22	RD3	液晶显示器的E
3	27	RD4	液晶屏D4
4	28	RD5	液晶屏D5
5	29	RD6	液晶屏D6
6	30	RD7	液晶屏D7
7	33	RB0/INT	3^RD^霍尔传感器引脚

构建项目后，如下图所示

如您所见，我用两个盒子将电机和一个霍尔传感器放置在附近的位置。您可以将磁铁固定在旋转物体上，并完好无损地靠近它的霍尔传感器，使其能够检测到磁铁。

注意： 霍尔传感器具有极性，因此请确保它正在检测哪个极并相应地放置它。

还要确保将上拉电阻与霍尔传感器的输出引脚一起使用。

模拟：

该项目的模拟是使用 Proteus 完成的。由于该项目涉及移动物体，因此无法使用仿真来演示整个项目，但可以验证LCD的工作。只需将十六进制文件加载到模拟中并对其进行模拟即可。您将能够注意到液晶屏工作，如下所示。

为了检查车速表和里程表是否正常工作，我已将霍尔传感器更换为逻辑状态设备。在仿真过程中，您可以单击逻辑状态按钮来触发中断，并检查所覆盖的速度和距离是否如上所示得到更新。

对 PIC16F877A 进行编程：

如前所述，我们将借助PIC16F877A微控制器中的定时器和中断来计算车轮完全旋转所需的时间。我们已经在之前的教程中学习了如何使用计时器。我在本文末尾给出了该项目的完整代码。此外，我在下面解释了几行重要内容。

以下代码行将端口 D 初始化为用于 LCD 接口的输出引脚，将 RB0 初始化为输入引脚，以将其用作外部引脚。此外，我们还使用OPTION_REG启用了内部上拉电阻，并将64设置为预售。然后，我们启用全局和外设中断以启用定时器和外部中断。要将RB0定义为外部中断位，应将INTE设为高电平。溢出值设置为 100，以便每 1 毫秒触发计时器中断标志 TMR0IF。这将有助于运行毫秒计时器以确定以毫秒为单位所花费的时间：

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

每次检测到中断时，都会执行以下函数。我们可以根据自己的意愿命名函数，所以我将其命名为 speed_isr（）。 该程序处理两个中断，一个是定时器中断，另一个是外部中断。每当发生定时器中断时，标志 TMR0IF 都会变高，为了清除和重置中断，我们必须通过定义 TMR0IF=0 使其变低，如下面的代码所示。

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;
        }
}

同样，当发生外部中断时，标志 INTF 将变为高电平，这也应通过定义 INTF=0 来清除。计时器中断跟踪所花费的时间，外部中断确定车轮何时完成一次完整旋转。有了这些数据，在每次外部中断期间计算车轮覆盖的速度和距离。

计算出速度和距离后，可以使用我们的LCD功能简单地显示在LCD屏幕上。如果您不熟悉 LCD，请参阅我们的 LCD 与 PIC16F877A MCU 接口教程。

工作说明：

准备好硬件和软件后，只需将代码上传到PIC16F877A即可。如果您是PIC的新手，那么您应该阅读一些有关如何将程序上传到PIC16F877A微控制器的教程。

我使用可变锅来调整电机的速度以进行演示。您也可以使用相同的查找实时应用程序。如果一切按预期工作，那么您应该能够以公里/小时为单位获得速度和以米为单位的距离，如下面的视频所示。

/*

Speedometer and Odometer for PIC16F877A

* Code by: B.Aswinth Raj

* Dated: 27-07-2017

* More details at: www.CircuitDigest.com

*/

#define _XTAL_FREQ 20000000

#define RS RD2

#define EN RD3

#define D4 RD4

#define D5 RD5

#define D6 RD6

#define D7 RD7

#include

#pragma config FOSC = HS // Oscillator Selection bits (HS oscillator)

#pragma config WDTE = OFF // Watchdog Timer Enable bit (WDT disabled)

#pragma config PWRTE = ON // Power-up Timer Enable bit (PWRT enabled)

#pragma config BOREN = ON // Brown-out Reset Enable bit (BOR enabled)

#pragma config LVP = OFF // Low-Voltage (Single-Supply) In-Circuit Serial Programming Enable bit (RB3 is digital I/O, HV on MCLR must be used for programming)

#pragma config CPD = OFF // Data EEPROM Memory Code Protection bit (Data EEPROM code protection off)

#pragma config WRT = OFF // Flash Program Memory Write Enable bits (Write protection off; all program memory may be written to by EECON control)

#pragma config CP = OFF // Flash Program Memory Code Protection bit (Code protection off)

int speed =0;

int milli_sec=0;

int rpm=0;

int c1,c2,c3;

int d1,d2,d3;

int distance;

//LCD Functions Developed by Circuit Digest.

void Lcd_SetBit(char data_bit) //Based on the Hex value Set the Bits of the Data Lines

{

if(data_bit& 1)

D4 = 1;

else

D4 = 0;

if(data_bit& 2)

D5 = 1;

else

D5 = 0;

if(data_bit& 4)

D6 = 1;

else

D6 = 0;

if(data_bit& 8)

D7 = 1;

else

D7 = 0;

}

void Lcd_Cmd(char a)

{

RS = 0;

Lcd_SetBit(a); //Incoming Hex value

EN = 1;

__delay_ms(4);

EN = 0;

}

void Lcd_Clear()

{

Lcd_Cmd(0); //Clear the LCD

Lcd_Cmd(1); //Move the curser to first position

}

void Lcd_Set_Cursor(char a, char b)

{

char temp,z,y;

if(a== 1)

{

temp = 0x80 + b - 1; //80H is used to move the curser

z = temp>>4; //Lower 8-bits

y = temp & 0x0F; //Upper 8-bits

Lcd_Cmd(z); //Set Row

Lcd_Cmd(y); //Set Column

}

else if(a== 2)

{

temp = 0xC0 + b - 1;

z = temp>>4; //Lower 8-bits

y = temp & 0x0F; //Upper 8-bits

Lcd_Cmd(z); //Set Row

Lcd_Cmd(y); //Set Column

}

}

void Lcd_Start()

{

Lcd_SetBit(0x00);

for(int i=1065244; i<=0; i--) NOP();

Lcd_Cmd(0x03);

__delay_ms(5);

Lcd_Cmd(0x03);

__delay_ms(11);

Lcd_Cmd(0x03);

Lcd_Cmd(0x02); //02H is used for Return home -> Clears the RAM and initializes the LCD

Lcd_Cmd(0x02); //02H is used for Return home -> Clears the RAM and initializes the LCD

Lcd_Cmd(0x08); //Select Row 1

Lcd_Cmd(0x00); //Clear Row 1 Display

Lcd_Cmd(0x0C); //Select Row 2

Lcd_Cmd(0x00); //Clear Row 2 Display

Lcd_Cmd(0x06);

}

void Lcd_Print_Char(char data) //Send 8-bits through 4-bit mode

{

char Lower_Nibble,Upper_Nibble;

Lower_Nibble = data&0x0F;

Upper_Nibble = data&0xF0;

RS = 1; // => RS = 1

Lcd_SetBit(Upper_Nibble>>4); //Send upper half by shifting by 4

EN = 1;

for(int i=2130483; i<=0; i--) NOP();

EN = 0;

Lcd_SetBit(Lower_Nibble); //Send Lower half

EN = 1;

for(int i=2130483; i<=0; i--) NOP();

EN = 0;

}

void Lcd_Print_String(char *a)

{

int i;

for(i=0;a[i]!='\\0';i++)

Lcd_Print_Char(a[i]); //Split the string using pointers and call the Char function

}

/*****End of LCD Functions*****/

/****Interrupt function ****/

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;

}

}

/****End of Interrupt Function****/

int main()

{

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 with external freq and 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

Lcd_Start();

while(1)

{

c1 = (speed/100)%10;

c2 = (speed/10)%10;

c3 = (speed/1)%10;

d1 = (distance/100)%10;

d2 = (distance/10)%10;

d3 = (distance/1)%10;

if (milli_sec>1000)

{

speed=0;

}

Lcd_Set_Cursor(1,1);

Lcd_Print_String("Speed(km/hr): ");

Lcd_Print_Char(c1+'0');

Lcd_Print_Char(c2+'0');

Lcd_Print_Char(c3+'0');

Lcd_Set_Cursor(2,1);

Lcd_Print_String("Dist_Cov(m): ");

Lcd_Print_Char(d1+'0');

Lcd_Print_Char(d2+'0');

Lcd_Print_Char(d3+'0');

}

return 0;

}