【正文】 停車等待計時、計費； 應該具有防止作弊的系統(tǒng)，以保護乘客的利益； 能根據(jù)時間自動改變計 費標準； 能打印收據(jù)； 具有語音播報的功能，提示乘客。 以上的功能是根據(jù)不同的出租車計價器來綜合得到的結(jié)果，但是由于功能眾多，設計起來困難，所以沒有實現(xiàn)其全部功能。 此次 設計的計價器由主控器控制，能根據(jù)時間自動切換模式，例如 6： 00~22： 00為白天模式（起步價為 7元）、 22： 00~6： 00 為晚上計價模式（起步價為 元）、中途等待處理（在進入計價界面后，車輪沒有轉(zhuǎn)動的時候自動開始計時，如果超過 1分鐘，總金額自動增加 1元），可由按鍵手動控制單價、時間調(diào)整、背光燈亮度、兩種模式下的起步價等設置。由傳 感器來來檢測發(fā)動機主軸的轉(zhuǎn)數(shù)，以此推算行走里程。由掉電儲存保護單價以及時間等基本設置。時間控制由時鐘模塊進行控制，當斷電的時候有專門的電池對時鐘模塊進行供電，以保證時間的準確性。 系統(tǒng)框圖 為了實現(xiàn)上述功能，列出系統(tǒng)框圖，如圖 ： 第 3 頁 共 50 頁 3 圖 系統(tǒng)框圖 系統(tǒng)的工作原理 通常計價器采用 ,在主機模塊中預先已寫入了有關(guān)程序和數(shù)據(jù)的信息 ,如基本距離、續(xù)程距離、候時時間的規(guī)定值 ,與收費標準規(guī)定相應的收費價格值 ,不同出租條件 下收費的變化比率 ,附加車費值計費方式等數(shù)據(jù)和與收費辦法相應的車費計算與控制程序等 ,并且在計價器安裝前已根據(jù)不同車型選定好 K 值。在工作過程中其主要的功能都是由單片機中的定時器 /計數(shù)器來實現(xiàn)。 本設計重點是設計主機模塊，并將各個硬件的功能顯示在選定的顯示器上。其中硬件和顯示部分是由主機模塊控制，各種功能的顯示由顯示電路來完成。設計中選用時鐘模塊來保證基本的時間和日期顯示的正確性，掉電存儲來存儲基礎(chǔ)設置信息，顯示電路作為基本的輸出設備。 在出租車轉(zhuǎn)軸上加裝傳感器，以便獲得 “ 行駛里程信號 ” 。利用單主機模塊行計數(shù)，從而 計算出里程及所需要的金額。然后傳送給顯示電路顯示所有的信息。本系統(tǒng)可以實現(xiàn)單價、里程及金額，并能對所有的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行設置。 3 硬件 系統(tǒng)設計 主機模塊 主機主要是用來實現(xiàn)信號采集的處理、計算，以及控制顯示、存儲和實現(xiàn)按鍵功能的模塊，它可以有兩種選擇方案： 方案一 ： 采用數(shù)字電路控制。將傳感器輸出的脈沖信號，經(jīng)過放大整形作為移位寄存器的脈沖，實現(xiàn)計價，但是考慮到這種電路過于簡單，性能不夠穩(wěn)定，而且不能調(diào)節(jié)單價，也不能根據(jù)天氣調(diào)節(jié)計費標準，電路不夠?qū)嵱谩? 主機模塊 顯示電路 鍵盤控制 掉電存儲 信號采集 里程、單價、總金額、狀態(tài)等顯示 第 4 頁 共 50 頁 4 方案二 ： 采用單片機控制。利用單片機豐富的 I/O 端口，及其控制的靈活性，實現(xiàn)基本的里程計價功能和價格調(diào)節(jié)、時鐘顯示功能。 綜合考慮采用方案二比較好。 單片機可分為 4位單片機、 8位單片機、 16位單片機、 32位單片機。 在這里 選擇的是 8位單片機 89SC51。 8051 芯片的引腳分為三部分： I/O 口線、控制口線盒電源及時鐘。 由于這里是通過輪胎轉(zhuǎn)數(shù)計算里程及金額，所以需要計數(shù)。 本設計 在這里是通過中斷 INT1 來計數(shù)的，當沒接收到一個中斷，自動在里程中增加 19（常用出租車輪胎周長為 ，可以根據(jù)情況改變），利用 Price = qibujia + ((licheng*danjia)/10/1000) + jiange 可以得出金額，通過 LCD1602 進行顯示。 單片機接口如圖 圖 單片機接口圖 第 5 頁 共 50 頁 5 信號采集 主要是通過傳感器對 采集車軸轉(zhuǎn)數(shù)，通過主機模塊進行計算，從而得出里程，金額等信息。 通過對傳感器的工作方法研究發(fā)現(xiàn)，傳感器 A44E 是比較符合此次設計的原理。 霍爾傳感器 A44E 工作原理，在輸入端輸入電壓 Vcc，經(jīng)穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后加載霍爾電視發(fā)生器兩端，根據(jù)霍爾效應與昂立，當霍爾片處在磁場中時，在垂直于磁場的方向通以電流，則與這二者相 垂直的方向?qū)a(chǎn)生霍爾電勢差 Vh 輸出，該 Vh 信號經(jīng)過放大器放大后送至施密特觸發(fā)器整形，使其成為方波輸送到 OC 門輸出，當施加的磁場達到工作點（即 OPB ）時，觸發(fā)器輸出高電壓（相對于地電位），使三極管導通，此時 OC 門輸出端輸出低電壓，通常稱這種狀態(tài)為開。當施加的磁場達到釋放點（即 rPB ）時，觸發(fā)器輸出低電壓，三極管截止，是 OC 門輸出高電壓，這種狀態(tài)為關(guān)。工作 原理圖如圖 ： 圖 集成開關(guān)型霍爾傳感器原理圖 霍爾傳感器的外形及接線如圖 圖 集成霍爾開關(guān)外形及接線 由于上述原因， 在 此次設計中 采用的是 霍爾傳感器 A44E。 里程計算是通過安裝在車輪上的霍爾傳感器 A44E 檢測到的信號，送到單片機，經(jīng)處理計算 ,送給顯示單元，其原理如圖 4 所示。 第 6 頁 共 50 頁 6 圖 傳感器測距示意圖 在霍爾電勢發(fā)生器的兩端加上電壓 VCC 后，根據(jù)霍耳效應原理，當霍耳片處在磁 場中時，霍爾傳感器的輸出端輸出低電平。當車輪轉(zhuǎn)動一圈時小磁鐵提供一個磁場，則霍爾傳感器輸出一次低電平完成一次數(shù)據(jù)采集。此次設計選擇了 口作為信號的輸入端，內(nèi)部采用外部中斷 0，車輪每轉(zhuǎn)一圈，霍爾開關(guān)就檢測并輸出信號，引起單片機的中斷，對脈計數(shù)。通過計算將脈沖增加體現(xiàn)在金額和里程上。 防作弊電路的設計 隨著出租車的增多，人們乘坐出租車出行最關(guān)心的就是出租車有作弊器，在這里我設計了一個防作弊電路，用來保證計價器的安全性。 出租車一般作弊的原理是給傳感器的輸入端加入一個低電平信號，從而讓計數(shù) 系統(tǒng)飛快的進行加操作，從而達到作弊的目的。而 如果沒有前置的電路很容易人為的給單片機一個低電平，使計數(shù)增加，達到作弊的效果。當添加光電耦合器后，由光電耦合器控制傳感器的電源，每檢測到一個脈沖，在中斷服務子程序里立即關(guān)閉傳感器電源，正常情況因為傳感器的輸出關(guān)閉，輸出應該變?yōu)楦唠娖?，這時馬上再檢測輸入端的信號，如果此時輸入變?yōu)楦唠娖剑f明當前檢測到的脈沖確實是車輪滾動產(chǎn)生的，是真實的計數(shù)輸入，累計加一。但如果檢測到輸入繼續(xù)為低電平，只能說明有額外的低電平脈沖加載在傳感器的輸出端，是作弊，系統(tǒng)不進行累加，防止作弊。 下面就是作弊系統(tǒng)的原理圖。如圖 ： 霍爾傳感器 車輪 小磁鐵 單片機 第 7 頁 共 50 頁 7 圖 作弊及防作弊電路 按鍵及據(jù)顯示單元的設計 在這里可以通過按鍵來實現(xiàn)對時間和日期的修改，對兩種模式下起步價的設置，還能修改單價，可以在價位起伏的時候司機進行自己調(diào)整。 各鍵盤設置的功能如圖所示： 多功能鍵 上調(diào) 下調(diào) 切換 清除 計價 圖 鍵盤功能示意圖 按下對應按鍵時調(diào)用對應的程序執(zhí)行功能，其中復位按鍵還包含一個空車指示燈進行輔助顯示。 掉電存儲單元的設計 當用戶每次通過出租車計價器更改數(shù)據(jù)的時候， 應該把更改后的數(shù)據(jù)保存，這樣不用斷電時候都要重新進行基本信息的設置，這就是掉電保護模塊的作用。可以進行存儲的芯片有很多種，在這個設計中采用了 AT24C03 這款芯片。 AT24C02S 是一個 2k串行 CMOS EPROM，內(nèi)部有 256 個 8 位字節(jié)， CATALYST 公司的先進 CMOS 技術(shù)實質(zhì)上減少了器件的功耗， AT24C02 還有一個 16 字節(jié)頁寫緩沖器。 當 司機 每次按下計價鍵的時候，通過程序每次都會自動從 AT24C02 中讀取信息，這樣就達到了對起步價、單價等設置信息的保護。 AT24C02 管腳描述如表 1 第 8 頁 共 50 頁 8 表 AT24C02 管腳描述 管腳名稱 功能 A0、 A A2 器件地址選擇 SDA 串行數(shù)據(jù) /地址 SCL 串行時鐘 WP 寫保護 Vcc +~ Vss 地 AT24C02 實物所對應的引腳如圖 圖 AT24C02 在設計中 只 需要用到 SCL 和 SDA 以及電源引腳，所有只需要將 SCL 和 SDA 加到單片機的數(shù)據(jù)端，其他引腳接地就可以了。原理圖如圖 圖 AT24C02 接口圖 顯示模塊 顯示部分要求顯示單價、里程、總 金額和另外擴展的時鐘顯示等各種信息 。 在 應用系統(tǒng)中，使用的顯示器主要有 LED（發(fā)光二極管）和 LCD（液晶顯示器）。這兩種顯示器成本低廉，配置靈活。 LED 是發(fā)光二極管 Light Emitting Diode 的英文縮寫 ， 是 由 發(fā) 光 二 極 管 顯 示 字 段 的 顯 示 器 件 。 LCD 顯 示 器 的 原 文 是Liquid Crystal Display， 其工作原理就是利用液晶的物理特性：通電時排列變得有 第 9 頁 共 50 頁 9 序，使光線容易通過；不通電時排列混亂，阻止光線通過，說簡單點就是讓液晶如閘門般地阻隔或讓光線穿透。 因此有下面 兩種方案可以選擇： 方案一 ：采用液晶顯示器（ LCD）顯示。液晶屏功能強大，可顯示各種字體的數(shù)字、漢字、圖象，還可以自定義顯示內(nèi)容，顯示內(nèi)容也較豐富；方便操作者讀取信息及一些擴展功能的實現(xiàn)。占用系統(tǒng) IO 口較少，有效地節(jié)約系統(tǒng)資源，使整個系統(tǒng)更加人性化。 方案二 ：采用 LED 數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管具有編程簡單，夜間顯示效果好，但只能顯示有限的符號和數(shù)碼字，而且顯示內(nèi)容有限。能完成題目中的基本要求，如果還要增加具體功能的提示，則比較難實現(xiàn)。 根據(jù)上述分析選用方案一。 液晶顯示是一種極低功耗的顯 示器件。在袖珍式儀表或低功耗應用系統(tǒng)中使用較大。它是在上、下玻璃電極之間封入向列型液晶材料，根據(jù)需要，將電極作成各種文字、數(shù)字、圖形，就可以獲得各種狀態(tài)顯示。液晶顯示器的驅(qū)動方式一般有靜態(tài)驅(qū)動和時分割驅(qū)動方式兩種。各種的顯示模塊可以用于不同的地方，如：筆端型可以用來顯示漢字。 LCD 的優(yōu)點主要包括零輻射、低功耗、散熱小、體積小、圖像還原精確、字符顯示銳利等 ，而且液晶的功耗和 LED 比起來要小的多。 由于 在 這里需要在第一界面顯示日期，時間，星期等信息，本來可以選擇帶有字庫，可以顯示漢字的 MzLH0112864。但是最后由于定元件以及價位的原因 最終 選擇了LCD1602 這款液晶顯示芯片。 主參數(shù)及接口信號 下面是 LCD1602 的基本參數(shù)和各個引腳的功能，必須根據(jù)下面的參數(shù)來設計顯示電路的原理圖。如表 ： 表 LCD1602 主參數(shù) LCD1620 顯示容量： 16X2 個字符 芯片工作電壓： 工作電流： (5V) 最佳工作電壓： 5V 字符尺寸： (WXH)mm 第 10 頁 共 50 頁 10 表 LCD1602 接口信號 說明 編號 符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明 1 VSS 電源地 9 D2 DATAI/O 2 VDD 電源正極 10 D3 DATAI/O 3 VL 液晶顯示偏壓信號 11 D4 DATAI/O 4 RS 數(shù)據(jù)命令選擇端（ H/L） 12 D5 DATAI/O 5 R/W 讀寫數(shù)據(jù)端（ H/L） 13 D6 DATAI/O 6 E 使能信號 14 D7 DATAI/O 7 D0 DATAI/O 15 BLA 背光源正極 8 D1 DATAI/O 16 BLK 背光源負極 顯 示模塊硬件電路設計 根據(jù) LCD1602 的基本工作參數(shù)和引腳接口信號的介紹，設計出顯示電路，如圖 ： 如圖 所示，此模塊電路電源電壓為 5V，由接口 VCC 引入，上電后可看到發(fā)光二極管被點亮。數(shù)據(jù)端 8 位接分別由單片機的 P1 I/O 口與其線連接， 3 個控制端口分別有P05~P06 端口來控制， 8 位雙向數(shù)據(jù)線 7~14 與單片機的 P1 端口相連，實現(xiàn)液晶與單片機的通信。液晶對比度通過 1620 的第三腳接可調(diào)電阻來提供可調(diào)。 第 11 頁 共 50 頁 1