自行车发电及安全预警系统设计

摘要：自行车发电及安全预警系统是通过自行车车轮转动发电的方式实现自发电。该系统以盛群公司的HT46F49E单片机为核心智能控制单元，能够实现自行车速度的测量和显示，并能根据需要设定极限速度，在实际骑行时通过声光进行超速预警。另外，该系统能够在光线较弱时或夜间自动开启照明和警示灯，提醒其他交通参与者，提高骑行者的人身安全指数。自行车发电及安全预警系统具有价格低、实用性强、可靠性高、功能齐全、智能化而且环保节能等特点。
关键词：自行车；发电；安全；预警

0 引言
科技的发展，改变着人类的生活起居，同时也改变着整个世界。大量的不可再生资源被人类掠夺式地开采利用，环境恶化越来越严重，人类的文明、安全、生存受到了越来越大的威胁。面临种种困境，人类终于有所醒悟，思考寻找可持续发展的科学发展之道。
如今，交通运输、制造、建筑等行业的迅速发展，能源消耗巨大、环境污染严重，无疑是环保节能问题考虑的重点。而人们在交通工具，特别是汽车的大量使用方面承受着能源浪费和环境恶化的高昂代价，使整个世界有些不堪重负。这时，人们期盼着新型节能环保交通工具的出现。但在新型环保交通工具出现之前，自行车仍然是最好的选择。然而，自行车是“皮包铁”，骑行自行车，安全成了我们关注的重点问题。
装有自行车发电及安全预警系统(以下简称自行车预警系统)的自行车，通过自行车车轮转动发电的方式实现自供电，同时能够实现自行车速度的测量和显示，并能根据需要设定极限速度，在实际骑行时通过声光进行超速预警。另外，该系统能够在光线较弱时或夜间自动开启照明和警示灯，提醒其他交通参与者，提高骑行者的人身安全指数。自行车发电及安全预警系统具有价格低、实用性强、可靠性高、功能齐全、智能化而且环保节能等特点，在一定程度上解决了自行车骑行过程中的安全问题。

1 自行车预警系统结构
1．1 自行车预警系统整体架构
自行车预警系统主要由发电单元、控制中心、灯光控制单元、车速控制单元和温度测量单元构成，结构框图如图1所示。发电单元为系统运行提供能源，控制中心是整个系统的核心，完成传感器数据处理和系统运行控制，灯光控制单元完成光照强度测量和灯光控制，车速控制单元完成速度的测量、显示和预警，温度测量单元完成温度的测量和显示。

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1．2 自行车预警系统硬件结构
自行车预警系统的硬件结构组成如图2所示。当自行车运行时，车轮的转动将驱动小型发电机工作，在经过桥式整流、电容滤波以及7806稳压处理之后，便可以给蓄电池充电，而由蓄电池为系统提供电能。盛群单片机46F49E是控制中心的核心部件，在单片机的控制下，由温度传感器DS18B20完成温度测量和显示，光敏电阻完成光线测量，系统根据测量数据控制警示灯和照明灯的开启，霍尔传感器完成速度测量，在速度超过设定值时系统将通过灯光和蜂鸣器进行超速报警。

2 自行车预警系统软件结构
在自行车预警系统启动时，首先执行的是初始化，然后检测环境温度并显示，同时完成车速和里程测定、显示和判断。这里我们预设了阈值速度，当在触发条件成立的情况下，自动预警系统的相应功能将会启动，通过声音和灯光提醒骑行人控制速度。另外，该系统能够对光线进行检测，在光线较弱时或夜间自动开启照明和警示灯，提醒其他交通参与者，提高骑行者的人身安全指数。系统软件结构如图3所示。

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3 自行车预警系统的工作原理
3．1 系统基本工作原理及功能
自行车预警系统是基于盛群单片机的电子控制系统，利用自行车转动所得到的电能对蓄电池进行充电，然后用蓄电池给系统供电，系统在主芯片控制下实现自行车车速和环境温度的测定、显示以及超速报警，并检测周围的光线明暗度，自动开启警示灯。
3．2 自行车预警系统功能的实现
HT46F49E系列单片机外部结构简单，能耗低，集成度高，功能强。考虑到本系统的硬件结构不是很复杂，所需的单片机的接口较少，以HT46F49E单片机为控制核心是比较合适的选择。
系统用到了该单片机的外部中断、定时器中断、PB口的全部引脚以及PA口和PC口的部分引脚，还使用到了单片机集成的AD转换功能。单片机通过并口驱动液晶显示器，完成显示功能，并驱动开关三极管控制警示灯、照明灯和蜂鸣器；通过外部中断获得霍尔传感器脉冲信号，进行速度测量；通过串口连接温度传感器DS18B20进行通信以获取温度数据；通过单片机自带的AD转换器对光敏电阻值进行测量，达到间接测量光线强度的目的。

4 自行车预警系统测试和结论
4．1 系统的测试条件和方法
系统的测试是在一部完好的自行车上进行的，首先安装好自行车预警系统，然后依次对各个部件进行测试，如图4所示。测试是按照发电装置、温度测量、车速和行驶里程测量、光线测量、显示以及安全预警的顺序来进行的。

4．2 测试结论
自行车车速测定时，由于实验选用的自行车的车轮周长为2m，测试点设置了两个，对于速度测定的精度只是粗略地设定为m级(测试点设置得越多，系统测得数据的精度越高)。对行驶里程的测定，因与速度有相同的误差因素，所以测试的路程与实际路程的误差绝对值是小于1m的。
此外，本系统的转动发电单元、灯光控制单元、温度测量单元和显示单元工作正常。各项参数的误差在允许的范围内，由于本系统对参数的测量和电源控制不需要太高的精度，所以系统的功能是能够满足使用要求的。