自行车安全信号指示系统设计

2017-06-19杨宸王璐瑶胡乃升陈汉明

科技创新导报 2017年6期

杨宸+王璐瑶+胡乃升+陈汉明

摘要：自行车作为人们娱乐、休闲、工作的代步工具，在高度信息化的社会中发挥着不可替代的作用，但是与汽车等机动车辆相比，由于其不具有转向指示及刹车指示，安全性大打折扣。文章以STC12C5A60S2单片机为核心，以控制模块为输入部分，以尾灯模块、LED点阵屏模块等为输出部分，以keil uvision为软件开发环境，经过反复测试与实验，成功实现了自行车转向、刹车制动以及双闪预警等电子显示功能，从而使得自行车的安全性得到提高，给广大骑行者的安全多了一份保障。

关键词：自行车安全信号指示单片机

中图分类号：TP27 文献标识码：A 文章编号：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，人类伟大的发明，方便了人们的出行，锻炼了人们的身体。但在中国这个自行车王国里，自行车数量居全球第一且远超其他国家。相应地，因自行车安全性不高而导致的交通事故越来越频繁，其中在转弯及过马路时是最容易发生的。所以，给自行车加装可以警示后方车辆的装置就显得十分必要了。

1 制作设计思路

1.1 系统结构

系统结构如图1所示。

1.2 模块设计

1.2.1 控制模块

为了警示他人，自行车安全信号指示系统设计了左转key-left键和右转key-right键（见图2），这两个按键分别位于自行车的左右车把上；刹车制动时触发复位开关key-stop1或者key-stop2（见图3），这两个触发复位开关由车闸自动检测，按下车闸时开关自动闭合；预警时按key-warning键；若想用声音提醒旁边的路人及车辆，可按下key-ring，蜂鸣器就会发出1 kHz的声音（如图4）。

其电路图见图5。

1.2.2 主控模块

这是整个系统的核心部件，上面安装了它的大脑——增强型8051单片机（国产的STC12C5A60S2），以及它的“手表”——晶振以及两个30pF的起振电容（见图6）。这里接受所有使用者发出的指令，进行信息处理之后控制显示部分工作。主控板电路图见图7。

1.2.3 LED点阵屏模块

LED点阵屏安装在车座下方，它有8×8即64个红色LED灯（见图8），可以在系统启动时从下到上滚动显示整个系统，简称“BSIS”，在自行车行驶过程中左转或右转时闪烁显示转向指示箭头“←”“→”。LED显示屏的驱动模式共有两种——逐点扫描和逐列扫描。逐点扫描有着不可比拟的优越性——亮度均匀。采用逐点扫描时，每一个时刻都只有一个LED点亮，但由于人眼的视觉暂留效应，无法察觉快速刷屏，看到的就是一个完整的图像（见图9）。

LED点阵屏模块电路图见图10。

1.2.4 尾灯模块

5个超高亮红色的食人鱼尾灯（见图11、12）有两个作用——刹车指示和转向指示，当自行车刹车时，LED灯从两边向中间快速地依次点亮，起到自行车刹车指示作用；当自行车向右（左）转向时，会产生从左（右）向右（左）的流水灯效果，和LED点阵屏指示方向相同，起到补充作用（由于LED点阵屏亮度不是很高），同时也有美观效果。

尾灯模块电路图见图13。

1.2.5 速度里程显示模块

为了方便骑行者知道自己的速度及行驶里程，该系统设计了一个相对独立的模块——速度里程显示模块。通过观察安装在车把中央的1602液晶显示屏（见图14、15），速度以及该次上电所行驶的里程便一目了然。基本原理是：采用了光电门（见图16）进行检测车轮的转动，用单片机内部的定时器/计数器进行测量转一圈的时间，再通过MCU的计算即可得出行驶速度以及里程（见图17）。另外，还加入了蜂鸣器（见图18），上电时“滴”响一声，另外在按下微动开关后，蜂鸣器就会报警，以此来提醒他人，这样就可以不需要原先车子上的机械铃了。

图18液晶屏下的蜂鸣器速度里程显示模块电路图（见图19）。

1.2.6 电源模块

系统供电方式为3节5号1.5 V干电池供电。由于电源开关很不稳定，在较剧烈振动时会重启系统，所以采用了非常稳定的扭子开关（见图20、21）。

1.3 各子系统连接

每个模块上均安装了排针，其目的就是为了连接。排针所对应的是杜邦线，但是单根杜邦线长度明显不足，所以将一些漆包线接入杜邦线以增加长度，接口处用热缩管包好，稳定又不失美观。在线路比较集中的地方用一次性自锁式尼龙扎带绑好，并且尽量让接线与车闸的线扎在一起（见图22～25）。

1.4 系统测试

一切准备就绪之后，将电源开关拨到了“ON”上，“BSIS”正常显示，按下按键相应的显示部分均可正常工作，显示效果图见图26～29。

总之，与市场上的同类产品相比，该系统具有以下几个特点：显示部分多样；按键更加符合人体力学设计；刹车检测由自行车闸自动检测；转向部分由自行车骑行人员直接控制，稳定性强；采用可编程芯片控制，程序开源，可拓展性强。希望能够给广大的骑行者一些安全感。

2 结语

此论文所研究的产品是笔者经过市场调研基础上设计的，具有应用范围广、使用简单、自动化程度高、成本低等优点，使用后希望能给广大骑行者的安全多一份保障。以后的研究过程中考虑用单片机内置的EEPROM来实现掉电储存、利用车轮转动或太阳能发电提供电能，进一步提高自行车的自动化程度。

参考文献

[1] 杜洋.爱上单片机[M].北京：人民邮电出版社，2014.