【正文】 停車等待計(jì)時(shí)、計(jì)費(fèi)； 應(yīng)該具有防止作弊的系統(tǒng)，以保護(hù)乘客的利益； 能根據(jù)時(shí)間自動(dòng)改變計(jì) 費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)； 能打印收據(jù)； 具有語音播報(bào)的功能，提示乘客。 以上的功能是根據(jù)不同的出租車計(jì)價(jià)器來綜合得到的結(jié)果，但是由于功能眾多，設(shè)計(jì)起來困難，所以沒有實(shí)現(xiàn)其全部功能。 此次 設(shè)計(jì)的計(jì)價(jià)器由主控器控制，能根據(jù)時(shí)間自動(dòng)切換模式，例如 6： 00~22： 00為白天模式（起步價(jià)為 7元）、 22： 00~6： 00 為晚上計(jì)價(jià)模式（起步價(jià)為 元）、中途等待處理（在進(jìn)入計(jì)價(jià)界面后，車輪沒有轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候自動(dòng)開始計(jì)時(shí)，如果超過 1分鐘，總金額自動(dòng)增加 1元），可由按鍵手動(dòng)控制單價(jià)、時(shí)間調(diào)整、背光燈亮度、兩種模式下的起步價(jià)等設(shè)置。由傳 感器來來檢測發(fā)動(dòng)機(jī)主軸的轉(zhuǎn)數(shù)，以此推算行走里程。由掉電儲(chǔ)存保護(hù)單價(jià)以及時(shí)間等基本設(shè)置。時(shí)間控制由時(shí)鐘模塊進(jìn)行控制，當(dāng)斷電的時(shí)候有專門的電池對時(shí)鐘模塊進(jìn)行供電，以保證時(shí)間的準(zhǔn)確性。 系統(tǒng)框圖 為了實(shí)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(jì)價(jià)器采用 ,在主機(jī)模塊中預(yù)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(shí)時(shí)間的規(guī)定值 ,與收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定相應(yīng)的收費(fèi)價(jià)格值 ,不同出租條件 下收費(fèi)的變化比率 ,附加車費(fèi)值計(jì)費(fèi)方式等數(shù)據(jù)和與收費(fèi)辦法相應(yīng)的車費(fèi)計(jì)算與控制程序等 ,并且在計(jì)價(jià)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(jī)中的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)。 本設(shè)計(jì)重點(diǎn)是設(shè)計(jì)主機(jī)模塊，并將各個(gè)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(jī)模塊控制，各種功能的顯示由顯示電路來完成。設(shè)計(jì)中選用時(shí)鐘模塊來保證基本的時(shí)間和日期顯示的正確性，掉電存儲(chǔ)來存儲(chǔ)基礎(chǔ)設(shè)置信息，顯示電路作為基本的輸出設(shè)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(jī)模塊行計(jì)數(shù)，從而 計(jì)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(shí)現(xiàn)單價(jià)、里程及金額，并能對所有的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)置。 3 硬件 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 主機(jī)模塊 主機(jī)主要是用來實(shí)現(xiàn)信號采集的處理、計(jì)算，以及控制顯示、存儲(chǔ)和實(shí)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(shí)現(xiàn)計(jì)價(jià)，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(jià)，也不能根據(jù)天氣調(diào)節(jié)計(jì)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，電路不夠?qū)嵱谩? 主機(jī)模塊 顯示電路 鍵盤控制 掉電存儲(chǔ) 信號采集 里程、單價(jià)、總金額、狀態(tài)等顯示 第 4 頁 共 50 頁 4 方案二 ： 采用單片機(jī)控制。利用單片機(jī)豐富的 I/O 端口，及其控制的靈活性，實(shí)現(xiàn)基本的里程計(jì)價(jià)功能和價(jià)格調(diào)節(jié)、時(shí)鐘顯示功能。 綜合考慮采用方案二比較好。 單片機(jī)可分為 4位單片機(jī)、 8位單片機(jī)、 16位單片機(jī)、 32位單片機(jī)。 在這里 選擇的是 8位單片機(jī) 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(shí)鐘。 由于這里是通過輪胎轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)算里程及金額，所以需要計(jì)數(shù)。 本設(shè)計(jì) 在這里是通過中斷 INT1 來計(jì)數(shù)的，當(dāng)沒接收到一個(gè)中斷，自動(dòng)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(jìn)行顯示。 單片機(jī)接口如圖 圖 單片機(jī)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(jī)模塊進(jìn)行計(jì)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(shè)計(jì)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(yīng)與昂立，當(dāng)霍爾片處在磁場中時(shí)，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)?huì)產(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(dāng)施加的磁場達(dá)到工作點(diǎn)（即 OPB ）時(shí)，觸發(fā)器輸出高電壓（相對于地電位），使三極管導(dǎo)通，此時(shí) OC 門輸出端輸出低電壓，通常稱這種狀態(tài)為開。當(dāng)施加的磁場達(dá)到釋放點(diǎn)（即 rPB ）時(shí)，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(shè)計(jì)中 采用的是 霍爾傳感器 A44E。 里程計(jì)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(jī)，經(jīng)處理計(jì)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(yīng)原理，當(dāng)霍耳片處在磁 場中時(shí)，霍爾傳感器的輸出端輸出低電平。當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)一圈時(shí)小磁鐵提供一個(gè)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(shè)計(jì)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(jī)的中斷，對脈計(jì)數(shù)。通過計(jì)算將脈沖增加體現(xiàn)在金額和里程上。 防作弊電路的設(shè)計(jì) 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(shè)計(jì)了一個(gè)防作弊電路，用來保證計(jì)價(jià)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(gè)低電平信號，從而讓計(jì)數(shù) 系統(tǒng)飛快的進(jìn)行加操作，從而達(dá)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(jī)一個(gè)低電平，使計(jì)數(shù)增加，達(dá)到作弊的效果。當(dāng)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(gè)脈沖，在中斷服務(wù)子程序里立即關(guān)閉傳感器電源，正常情況因?yàn)閭鞲衅鞯妮敵鲫P(guān)閉，輸出應(yīng)該變?yōu)楦唠娖?，這時(shí)馬上再檢測輸入端的信號，如果此時(shí)輸入變?yōu)楦唠娖?，說明當(dāng)前檢測到的脈沖確實(shí)是車輪滾動(dòng)產(chǎn)生的，是真實(shí)的計(jì)數(shù)輸入，累計(jì)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(jìn)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(jī) 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(shè)計(jì) 在這里可以通過按鍵來實(shí)現(xiàn)對時(shí)間和日期的修改，對兩種模式下起步價(jià)的設(shè)置，還能修改單價(jià)，可以在價(jià)位起伏的時(shí)候司機(jī)進(jìn)行自己調(diào)整。 各鍵盤設(shè)置的功能如圖所示： 多功能鍵 上調(diào) 下調(diào) 切換 清除 計(jì)價(jià) 圖 鍵盤功能示意圖 按下對應(yīng)按鍵時(shí)調(diào)用對應(yīng)的程序執(zhí)行功能，其中復(fù)位按鍵還包含一個(gè)空車指示燈進(jìn)行輔助顯示。 掉電存儲(chǔ)單元的設(shè)計(jì) 當(dāng)用戶每次通過出租車計(jì)價(jià)器更改數(shù)據(jù)的時(shí)候， 應(yīng)該把更改后的數(shù)據(jù)保存，這樣不用斷電時(shí)候都要重新進(jìn)行基本信息的設(shè)置，這就是掉電保護(hù)模塊的作用?？梢赃M(jìn)行存儲(chǔ)的芯片有很多種，在這個(gè)設(shè)計(jì)中采用了 AT24C03 這款芯片。 AT24C02S 是一個(gè) 2k串行 CMOS EPROM，內(nèi)部有 256 個(gè) 8 位字節(jié)， CATALYST 公司的先進(jìn) CMOS 技術(shù)實(shí)質(zhì)上減少了器件的功耗， AT24C02 還有一個(gè) 16 字節(jié)頁寫緩沖器。 當(dāng) 司機(jī) 每次按下計(jì)價(jià)鍵的時(shí)候，通過程序每次都會(huì)自動(dòng)從 AT24C02 中讀取信息，這樣就達(dá)到了對起步價(jià)、單價(jià)等設(shè)置信息的保護(hù)。 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(shí)鐘 WP 寫保護(hù) Vcc +~ Vss 地 AT24C02 實(shí)物所對應(yīng)的引腳如圖 圖 AT24C02 在設(shè)計(jì)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(jī)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(jià)、里程、總 金額和另外擴(kuò)展的時(shí)鐘顯示等各種信息 。 在 應(yīng)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(shí)排列變得有 第 9 頁 共 50 頁 9 序，使光線容易通過；不通電時(shí)排列混亂，阻止光線通過，說簡單點(diǎn)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(qiáng)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(kuò)展功能的實(shí)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(gè)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(shí)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(yīng)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(dòng)方式一般有靜態(tài)驅(qū)動(dòng)和時(shí)分割驅(qū)動(dòng)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(diǎn)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(shí)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(jià)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(gè)引腳的功能，必須根據(jù)下面的參數(shù)來設(shè)計(jì)顯示電路的原理圖。如表 ： 表 LCD1602 主參數(shù) LCD1620 顯示容量： 16X2 個(gè)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(fù)極 顯 示模塊硬件電路設(shè)計(jì) 根據(jù) LCD1602 的基本工作參數(shù)和引腳接口信號的介紹，設(shè)計(jì)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(diǎn)亮。數(shù)據(jù)端 8 位接分別由單片機(jī)的 P1 I/O 口與其線連接， 3 個(gè)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(jī)的 P1 端口相連，實(shí)現(xiàn)液晶與單片機(jī)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