基于太阳能的智能自行车灯系统

王硕 戈佳磊 郝峥荣 郭益军 胡体铃

摘 要：该文介绍的基于太阳能的智能自行车灯系统主要分为3个部分，前车灯系统、后车灯系统以及电源储蓄模块，2个车灯系统均以89S51作为主控芯片。前车灯系统主要利用自行车车速以及上下坡时倾角的变化，来控制车灯的亮度，而后车灯系统则是通过超声波传感器感应与车后方障碍物距离，当小于安全距离时，蜂鸣器报警，车尾灯闪烁，从而提醒后车注意跟车距离，保证行车安全。

关键词：太阳能；89S51 陀螺仪；霍尔传感器；超声波测距

中图分类号：TP368.1 文献标志码：A

0 引言

随着社会的快速发展，普通的生活方式已经很难满足人们快节奏的生活需求，智能、健康、节能的生活必将是未来人们的首要选择，太阳能智能自行车便是在这个理念的基础上提出的一个创新型想法。该款自行车基于先进的现代科学技术，象嵌入式系统等，利用可再生的清洁能源，象太阳能、动能等，再加上新型的传感器，象坡度传感器以及障碍物传感器等，从而达到节能减排以及高度智能化的目的。在这个道路越来越拥堵的现代社会，汽车、飞机等交通工具的智能化进程在不断加速，自行车当然也要向前发展。

我国也大力支持自行车行业朝着更加智能的方向发展。2016年6月26日，国务院总理李克强来到飞鸽自行车天津胜利路体验店新型自行车，并表示：“我愿为中国自行车 做广告，更愿为‘中国制造智能升级‘坐台。在《中国自行车行业“十三五”发展规划》 中也提到会从“提高创新能力、推进智能生产”等方面发展中国自行车产业经济。

同年12月8日，亚洲自行车产业联盟（ABA）年会在印度举行，我国自行车协会也参加了该次年会，与日本、韩国、俄罗斯印度等国在论坛、展会、骑行等方面进行产业交流。目前我国甚至是国际市场中，绝大多数的自行车都仅具有日常代步功能，很多自行车并没有配备夜灯以及障碍物感知的功能，夜晚的行车照明以及安全便成了很大的问题。因此，能 够实现节能减排、自动控灯的智能自行车，便具有很大的市场竞争能力以及发展前景。

1 系统总体设计

考虑到自行车有前后2个车灯，因此针对其不同的作用单独进行设计。后车灯的主要作用是提醒后方来车，因此选用超声波距离传感器实时监控与后方来车的距离，当小于设置的安全距离时，尾灯闪烁，蜂鸣器报警，起到提醒后车的作用。前车灯作为照明车灯，利用三轴陀螺仪检测车身倾角，当自行车处于上坡和下坡路段时，车灯会随之变亮，当然，还利用霍尔传感器实时监测车辆行驶速度，当速度比较快时，车灯也会随之变亮。

2 硬件设计

采用ST公司的STC89S51单片机作为主控制器，STC89S51是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，带有8K 系统内可编程 Flash 存储器，该单片机功耗低、接口丰富、成本低廉，完全能满足该设计要求。

太阳能发电模块运用太阳能发电板为12V7AH锂蓄电池组供电，锂蓄电池通過升降压模块为控制板和车灯提供合适的电压，外接USB接口，可为手机等设备充电，并且为手机设置合适的位置，方便人们查看地图以及使用导航，方便了人们的长时间骑行以及旅行。

测量坡度系统由三轴加速度传感器、微处理器、信号调理电路和人机交互电路组成，首先进行初始化设置，即设置好传感器检测的初始化，设置测量范围，设置器件带宽和输出数据速率，选择电源模式，中断使能设置，之后进行数据的读取，之后进行参数修改，使该系统正常运行。为骑行者提供了该系统的路况信息，方便人们骑行时选择合适的档位，让人可以更加省力，舒适地骑行。运用障碍物检测传感器与蜂鸣器相连，当周围有障碍物时蜂鸣器响，该系统虽简单，但也有一定的实用性，可以更好地保障人骑行时的安全。

测速模块主要利用霍尔传感器，在车轮装定霍尔传感器对应的磁铁或者小铁片，再把霍尔传感器固定在相应位置的车架上，然后用处理器接收并记录脉冲个数，由于车轮转一圈会有一个脉冲，因此只需记录脉冲间隔时间，再根据车轮半径，便可得出行驶速度，将脉冲个数累计，就可以得到行驶里程。在此基础上加入蓝牙模块，将自行车行驶速度和里程实时上传到手机APP，使骑行者能够方便而又快捷地查询自己的骑行速度。

3 软件设计

单片机上电开始工作时，先进行外部中断、定时器、液晶显示屏的初始化。

对于前车灯系统，先检测设置按键是否被按下，若按键按下，可修改当前的速度上限。在修改好需要设置的数据或者设置按键没被按下时，单片机开始对速度和倾角进行检测，此时程序不断地检测到霍尔传感器传来的脉冲所触发的中断以及陀螺仪上传的倾角数据，从而计算出车轮速度、行车里程以及车身倾角，当自行车速度超过了速度上限或车身出现较大的倾角时，报警电路报警，前车灯灯光变亮。

对于后车灯系统，先检测按键是否被按下，若按键按下，则可修改安全距离值。修改好数据且按键没有被按下时，单片机开始实时上传超声波传感器检测到的后方障碍物的距离，当上传的距离小于设定的安全距离时，触发报警系统，蜂鸣器发出报警且车尾灯开始闪烁。

4 仿真测试

依据整个系统的设计思想，利用Proteus软件对测速模块以及测距模块进行仿真，使用按键模拟霍尔传感器产生的脉冲，对测速模块进行仿真，可以看到LCD屏实时显示出了按键按下的速度，利用按键模拟实时距离，从LCD屏中可以看到障碍物实时距离。

5 结语

采用太阳能板作为发电源且外接USB口，既节约资源又方便生活；采用霍尔传感器、超声波传感器以及陀螺仪，降低了模块成本，使设计结构更加简单化，便于后期维护。

参考文献

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