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摘要：自行车是重要的交通方式之一，已成为世界各国居民喜爱的交通、运动休闲和娱乐性产品。然而，自行车本身也存在进一步改善的空间，除了常规的反光设施以外，转向提示装置也是一种既经济又高效的安全装置值得研究推广。因此在确定本文开发对象为单片机系统基础下，利用角度、转向传感器开发自行车转向安全提示系统后，用角度传感器测量自行车拐弯时的最大拐角，超出安全阀值也可以发出警报提示音，这样不至于拐弯角度过大时造成翻车事故。另外利用单片机系统在转向时可以设置转向提示灯装置，在骑行中直行和拐弯状态下都可以通过提示灯来向行人或者司机展示自己的骑行路线。最后，利用单片机系统把以上的警报装置组合起来形成自行车转向安全提示系统，进而大大提高了骑行安全。

关键词：自行车转向安全；单片机系统；角度传感器

1.研究背景

根据中国海关代码分类，自行车主要分为竞赛型自行车、山地自行车、越野自行车及其他自行车。我国自行车行业发展历史悠久，拥有广泛的用户基础，形成了较为完善的产业链和配套体系，在天津、上海、江苏、浙江和广东等地逐步构建起产业集群，且近年来在生产能力、工艺设计和产品质量等方面的水平均有所提高。我国自行车行业的发展已进入成熟期，行业规模增长放缓，质量效益有所提升，行业运行具有“产量稳、效益优”的特点。在共享单车的带动下，我国自行车产量在2017年达到历史新高，但总产量仍然维持在适度规模以内，随着共享单车领域趋于理性，国内自行车市场在2018年开始调整，全行业回归均衡发展。2020年我国自行车产量为4436.8万辆，预计2021年中国自行车产量稳定在4827.1万辆。虽然自行车数量处于逐步上升的情况，但是每年发生交通事故的比例也很惊人。一旦出现交通事故后，对自身会造成很大的伤害，甚至引发生命危险。目前，从法律法规、骑行人安全意识等方面都存在较多问题。

2.研究意义

2.2对于普通骑行者的意义。

对于普通骑行者来说，自行车是一种代步工具，自行车被用于上下班，买菜，短距离的移动，已经和普通人的生活紧密相连，不可取代，不可分离了。但是就是因为这种息息相关的原因，随着我国的机动车的增加，骑行安全知识还未全面普及，自行车车祸发生率在逐年上升，自行车转向安全提示系统的设计对于保护普通人的生命健康有着很重要的意义

2.3对与自行车运动员的意义

对于自行车的运动员、自行车越野运动员、极限运动员等，速度对于他们来说是一种极致的追求，但是越是速度越快，骑行的危险系数也就会相应的伴随着上升，对生命的危险程度也会不断的增加，因此自行车转向安全提示系统的设计与实现对与自行车运动员也有着非常积极的意义。总之除了常规的反光设施以外，转向提示装置也是一种既经济又高效的安全装置。基于单片机系统，利用角度、转向传感器开发自行车转向安全提示系统及装置对于自行车的推广以及骑行者的安全问题具有很大的积极意义。

3.项目内容

3.1设计思路

已知普通自行车的安全速度是15-20km/h，如果竞速要求的话保持在25-35km/h最佳，根据《道路交通安全法》第五十八条规定，电动自行车在非机动车道内行驶时，最高时速不得超过十五公里。所以我们可以利用速度传感器分别测量自行车直行和拐弯时的速度，超过最高安全时速时发出警报，利用角度和转向传感器测量自行车拐弯时的最大拐角，超出安全阀值也可以发出警报提示音，另外利用单片机系统在转向时可以设置转向提示灯装置，在骑行中直行和拐弯状态下都可以通过提示灯来向行人或者司机展示自己的骑行路线，大大提高了骑行安全。

3.2角度报警模块

首先，利用角度传感器测量自行车拐弯时的最大安全拐角，得到不同特征的人的转向安全角度，再将得到的数据输入系统，做为安全阀值，超出安全阀值发出警报。

3.3左右转向提示灯模块

利用单片机系统在转向时设置转向提示灯装置，在骑行中直行和拐弯状态下都可以通过提示灯来向行人或者司机展示自己的骑行路线，大大提高了骑行安全。

3.4单片机系统

3.4.1单片机的原理

单片机主要用途是做生产设备的控制器，做智能仪表的核心部件，由于单片机体积微小，可以植入任何一个设备和仪表当中，因此它也是嵌入式技术的核心部件。它般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。嵌入式系统般指非PC系统，它包括硬件和软件两部分。

硬件包括处理器/微处理器、存储器及外设器件和/O端口、图形控制器等。软件部分包括操作系统软件（OS（要求实时和多任务操作）和应用程序编程。有时设计人员把这两种软件组合在一起。应用程序控制着系统的运作和行为;而操作系统控制着应用程序编程与硬件的交互作用。嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。嵌入式微处理器般就具备以下4个特点：

1.对实时多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的中断响应时间，从而使内部的代码和实时内核心的执行时间减少到最低限度。

2.具有功能很强的存储区保护功能。这是由于嵌入式系统的软件结构已模块化，而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用，需要设计强大的存储区保护功能，同时也有利于软件诊断。

3.可扩展的处理器结构，以能最迅速地开展出满足应用的最高性能的嵌入式微处理器。

4.嵌入式微处理器必须功耗很低，尤其是用于便携式的无线及移动的计算和通信设备中靠电池供电的嵌入式系统更是如此，如需要功耗只有mW甚至μW级。

3.4.2单片机的作用

单片机、亦称单片微电脑或单片微型计算机。它是把中央处理器（cpu）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、输入/输出端口（1/O）等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。这种微型计算机因其制作在一块芯片上而被称为单片机。单片机是大规模集成电路技术发展的产物。单片机具有性能高、速度快、体积小、价格低、稳定可靠、应用广泛、通用性强等突出优点。

单片机的设计目标主要是“增强”控制能力，满足实时控制（就是快速反应）方面的需要。因此。它在硬件结构、指令系统、1/O端口、功率消耗及可靠性等方面均有其独特之处。其最显著的特点之一就是具有非常有效的控制功能。因此，单片机又常常被人称为微控制器（MCU或μc）。

3.4.3单片机的特点

1.高集成度，体积小，可靠性高。

2.控制功能强

3.低电压，低功耗，便于生产

4.易扩展片内具有计算机正常运行所必需的部件。5.优异的性能价格比单片机的性能极高。

5.单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器等领域。

5.创新点

5.1我们的产品可以面向不同的人群

例如6-15周岁儿童，身材较小，可以设置单独的安全阀值，40-58周岁，或60岁以上老人等等，都可以根据不同身高体重，不同身体状态及年龄按需设置，按需安装。

5.2我们的产品根据不同的自行车分类可以输入不同的角度

公路自行车：用来在平滑公路路面上使用的车种，由于平滑路面阻力较小，公路自行车的设计更大考量高速，往往使用可减低风阻的下弯把手，较窄的高气压低阻力外胎，挡位较高，且轮径比一般的登山越野车都大，由于车架和配件不须像山地车一样需要加强，所以往往重量较轻，在公路上骑行时效率很高。由于车架无需加强又往往采用简单高效的菱形设计，公路车是最为优美的自行车。

山地自行车：山地自行车起源于1977年美国旧金山。设计为骑乘于山区的车种，通常具有变速器可变换省力或快速的档位，有些会在车架安装避震器，部分的轮胎胎皮是巧克力胎纹以便于在无铺面的路面骑乘。山地车零件的尺寸一般为英制单位。车圈为24/26/29英寸，轮胎尺寸一般为1.0-2.5英寸。车架尺寸也以英制为单位，例如14、17、19来表示车架尺寸的大小。

广告自行车：广告自行车是由中国国家专利局授权的薄壳型车架制作的特殊自行车，利用车架表面积发布广告的专业广告自行车。

双人/多人自行车：又称为协力车，由两人以上协同出力，由第一位控制方向。

折叠车：是为了便于携带与装进车内而设计的车种，有些地方的铁路及航空等公共交通工具允许旅客随身携带可折叠收合并装袋的自行车。

公共自行车，是“公共自行车出行系统”的简称。该系统通常以城市为单位进行部署、建设，由数据中心、驻车站点、驻车电子防盗锁、自行车（含随车锁具、车辆电子标签）及相应的通讯、监控设备组成。

5.3我们的产品能够提高骑行者的安全水平

左右转向提示灯可以大大减少骑行的危险，对于一些在转弯时害怕，或者汽车无法判断附近的自行车是否转弯时，转向灯都提供了对方很大的方便，道路千万条，安全第一条，转向灯为安全做出了保障，是很大的创新点。

6.前景分析

我们可以将产品面向不同人群，儿童，成年人，老人销售，可以面向专业运动自行车骑行者，还可以面向共享单车公司如美团、哈啰等共享单车公司，它为自行车骑行安全做出了保障，现在共享单车已经成为年轻人出行的常用工具，自行车绿色环保，未来将会一致大力推行绿色出行，所以自行车一定需要这种安全保障，为骑行者减少骑行担忧，也减少悲剧发生。我们相信本装置一定会具有广阔的应用市场。

参考文献

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2022年度大学生创新创业训练计划项目：自行车转向安全提示系统设计与实现（ s202211802030）