摘要：随着社会的发展，越来越快的生活节奏，使人们承担着巨大的生活压力。能源与环境的挑战, 发展节能与新能源的交通工具设备技术成为了必然。随着消费水平日益增长，科研技术的不断刷新, 人们不再仅仅关注出行的快捷方便, 更多地重视到了自身的健康情况，因此户外有氧运动成为了大家的首选。 自行车在我国有很好的群众基础，户外骑行的群体近几年来增长很快。但是自行车有很多不方便的地方。本项目的研究目的就是解决不方便的问题，使骑车出行与开车同样方便，让户外骑行成为人民户外运动首选，从而提高国民的身体素质。
关键字：单片机、自行车、智能辅助系统
一、引言
随着社会的发展，越来越快的生活节奏，使人们承担着巨大的生活压力。能源与环境的挑战, 发展节能与新能源的交通工具设备技术成为了必然。随着消费水平日益增长，科研技术的不断刷新, 人们不再仅仅关注出行的快捷方便, 更多地重视到了自身的健康情况，因此户外有氧运动成为了大家的首选。自行车在我国有很好的群众基础，户外骑行的群体近几年来增长很快。与开车相比骑自行车有如下几个弊端：1、上锁不方便；2、无行驶里程记录；3、爬坡吃力；4、解锁麻烦、易丢失；本项目的研究目的就是解决以上几个问题，使骑车出行与开车同样方便，让户外骑行成为人民户外运动首选，从而提高国民的身体素质。
二、总体设计方案
目前国内外对自行车的产品开发多注重于色彩的设计、新材料、新工艺、新结构的应用，很少对自行车有序的添加测速，测距，警报，灯光等功能，并将各输出结果呈现在触摸板上。对于测速这一方面，公路自行车上面已有研究并且加以运用。但是对于测距，自行车方面并没有大范围普及。像家用轿车一样的警报和灯光系统，更是没用被运用到自行车上面。目前来说，在没有接近警报提醒的情况下，自行车驾驶者可能能会因为转弯或者急停被电动车所撞到。所以打算做-一个集警报和灯光一体化的装置。
该设计是以MSP430f149单片机为控制芯片，通过12V电源供电。系统结构从交流输入，整流滤波，驱动电路再到主控电路。各功能模块包括测距系统，测速系统，智能灯光系统和距离小于安全距离报警系统等。主要通过对各传感器信息的采集与处理，实现测速，测距，智能灯光等。MSP430f149单片机是一种低损耗、高性能、CMOS 八位微处理器，片内有4k字节的在线可重复编程、快速擦除快速写入程序的存储器，能重复写入/擦除1000次，数据保存时间为十年。它与MCS-51系列单片机在指令系统和引脚.上完全兼容，不仅可完全代替MCS-51系列单片机，而且能使系统具有许多MCS-51系列产品没有的功能。MSP430f149单片机可构成真正的单片机最小应用系统，缩小系统体积，增加系统的可靠性，降低系统的成本。
三、硬件电路设计
硬件电路的设计单片机最小系统模块为控制中心，电源模块功能，电机驱动模块实现开锁，超声波测距传感器模块，霍尔测速模块，蜂鸣器模块，光敏电阻传感器实现测速，测距，警报，智能灯光。通过DMTFT-28触摸屏模块实现显示以及密码锁和驱动电机工作。无刷直流电动机是在有刷直流电动机的基础上发展起来的，就它们内部发生的电磁过程来说，本质上无多大差别。无刷直流电动机是随着电子技术的迅速发展而发展起来的-.种新型直流电动机。它是现代科学技术和军事装备中重要的机电元件之一。无刷直流电动机是以法拉第的电磁感应定律为基础，而又以新兴的电子技术、数字技术和各种物理原理为后盾，因此它具有很强的生命力。在无刷直流电动机中，借助反映主转子位置的位置传感器的输出信号，通过电子换向线路去驱动与电枢绕组联结的响应的功率开关元件，使电枢绕组依次馈电，从而在主定子上产生跳跃式的旋转磁场，拖动永磁转子旋转。随着转子的转动，位置传感器不断地送出信号，以改变电枢绕组的通电状态，使得在某一磁极下导体中的电流方向始终保持不变,这就是无刷直流电动机的无接触式换流过程的实质。下面介绍一下各模块。
3.1超声波测距模块，蜂鸣器模块电路
系统通过超声波测距模块(HC- SR04)，测出距离前方的距离。
测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2.将距离做一个判断，如果该距离小于设置的安全距离，蜂鸣器则发出警报反之不发出警报。
3.2霍尔测速模块
小磁铁通过霍尔传感器(ES3144)时，霍尔传感器产生一个相应的脉冲，计算出两个连续脉冲的间隔时间，就可以计算出被测转速。转速为测量传感器输出的脉冲信号的频率再乘以60。
3.3 光敏电阻模块
通过光敏电阻实现根据光照强度自动开关灯光。若灯光暗淡，则开启灯光反之不开启灯光。
3.4 DMTFT-28触摸屏模块，电机驱动模块，电机模块
设置一个六位数密码，当触摸屏开启时显示1-9以及0，删除确定字样。当密码输入正确时，通过PWM波给电机驱动模块(L298N)供电使电机驱动机械开锁，系统各功能正常工作，并且将距离，速度显示在触摸屏上，否则触摸屏提示密码错误。3.5直行车智能辅助系统
直行车智能辅助系统是采了模块化设计，分别为把手的控制端、电池模块、摩擦轮驱动模块、车锁模块，这种设计方案的好处是方便维护，也可以就某个功能单独使用。把手的控制端为指纹识别模块和旋转编码器模块，其主要功能是控制车锁的开关和摩擦轮的轮速大小。摩擦轮驱动模块是采用舵机摆动无刷电机，让摩擦轮贴合后车轮从而获得无刷电机的动能。在控制摩擦轮的同时也可以控制舵机的开合角度，这样可以保持突发危险时人员的安全。
车锁模块是有U型锁和指纹模块组成，当确认车主指纹时U型锁才弹开。同时只有再车锁模块打开时摩擦轮模块才能接受控制，这样可以有效防止误触。里程计数模块是由霍尔元件与磁铁组成，当车轮行走一圈就记一次数据，从而达到里程计数的目的，此模块有体积小好安装的优点。
上述这些模块可以适配大部分山地自行车，只需要简单的安装就可以改装到自己的自行车上。经过长时间的设计与修改，制作出上述自行车智能辅助系统的基本模型。通过各项实验，证明我们所采用的理论与设计方案可运用，自行车智能辅助系统适应人体运动，并在合适的时间里达到实际之出所设想的效果，能节省人们大量的精力。
四、软件代码调试
系统开始工作，首先初始化看门狗定时器，外部中断。初始化结束后开始循环，单片机各个模块开始工作，然后将采集的数据发送给单片机。单片机分析数据后将信息通过DMTFT-28触摸屏显示出来。
结束语：
以MSP430F149作为主控芯片，设计的自行车智能辅助系统，经过多次试验其测距测速灯光和安全距离警报效果良好，加上以DMTFT-28触摸屏为基础设计的触摸屏密码锁使得该系统更加的贴近智能化。此设计能更好的提高人们在骑行时的安全性，多样性。自行车智能辅助系统能够有效解决上锁不方便和有行驶里程记录以及有效解决爬坡吃力，能够成为有助力的系统，同时也能够解决解锁麻烦和易丢失的问题。
参考文献
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