【正文】 基于單片機的出租車計價器設(shè)計方案1 引言隨著生活水平的提高，人們已不再滿足于衣食住的享受，出行的舒適已受到越來越多人的關(guān)注。于是，出租車行業(yè)以快捷便利的服務(wù)給人們帶來了出行的享受。但是，一直以來存在著的買賣糾紛困擾著行業(yè)的發(fā)展。而在出租車行業(yè)中解決這一矛盾的最好方法就是改良計價器。用更加精良的計價器來為乘客提供更加方便快捷的服務(wù)。 我國在70年代開始出現(xiàn)出租車，但那時的計費系統(tǒng)大都是國外進口不但不夠準確，價格還十分昂貴。隨著改革開放日益深入，出租車行業(yè)的發(fā)展勢頭已十分突出，國內(nèi)各機械廠家紛紛推出國產(chǎn)計價器。出租車計價器的功能從剛開始的只顯示路程，到能夠自主計費，以及現(xiàn)在的能夠打發(fā)票和語音提示、按時間自主變動單價等功能。隨著城市旅游業(yè)的發(fā)展，出租車行業(yè)已成為城市的窗口，象征著一個城市的文明程度。 鑒于目前有關(guān)出租車計費又出臺了新的政策，在原有政策基礎(chǔ)上新增了等待費用，為了與時俱進，設(shè)計一個計費功能較全面的系統(tǒng)也已是迫在眉睫。 凡乘過出租車的人都知道，只要汽車開動，隨著行駛里程的增加，就會看到汽車前面的計價器里程數(shù)字顯示的讀數(shù)從零逐漸增大，而當行駛到某一值時計費數(shù)字顯示開始從起步價增加。當出租車到達某地需要在那里等候時，系統(tǒng)會自動根據(jù)時間進行計時，每等候一定時間，計費顯示就增加一個該收的等候費用。汽車繼續(xù)行駛時，停止計算等候費，繼續(xù)增加里程計費。到達目的地，便可按顯示的數(shù)字收費。 汽車計價器是乘客與司機雙方的交易準則，它是出租車行業(yè)發(fā)展的重要標志，是出租車中最重要的工具。它關(guān)系著交易雙方的利益。具有良好性能的計價器無論是對廣大出租車司機朋友還是乘客來說都是很必要的。因此，汽車計價器的研究也是十分有應(yīng)用價值的。 2 出租車計價器的方案論證 出租車計價器的基本功能本課題所設(shè)計的出租車計價器的主要功能有：數(shù)據(jù)的復(fù)位、白天/晚上轉(zhuǎn)換、計時計價、路程和總金額的統(tǒng)計，掉電數(shù)據(jù)儲存。當按下按鍵后，啟動計價器，開始采集脈沖信號，然后傳送到單片機，單片機進行處理，計算出行駛路程以及總金額，將計算結(jié)果通過液晶顯示屏顯示，本電路設(shè)計的計價器不但能實現(xiàn)基本的計價，還能根據(jù)白天、黑夜、中途等待來調(diào)節(jié)單價，并且在計價器掉電后能將數(shù)據(jù)存儲，不影響后續(xù)計費功能。 出租車計價器的主要設(shè)計參數(shù)本課題對出租車計價器的設(shè)計要求如下：設(shè)計一個出租車自動計價器，計價包括起步價、行車里程計費、等待時間計費三部分，用1602液晶顯示總金額，運行時間，最大值為999元，起步價為6元，等待時間單價為超過等待時間30秒后每分鐘1元，用液晶顯示總里程、等待時間和總金額。計費功能費用的計算是按行駛里程收費。設(shè)白天起步價為6元，晚上起步價為7元。等待時間超過30秒后按1元/min計費，未超過30秒時清零等待時間。顯示功能（1）顯示單價:用兩位數(shù)字顯示，顯示方式“XX”，單位為1元/km.（2）顯示行駛里程：用兩位數(shù)字顯示，顯示方式為“XX”,單位為km。計程范圍099km，里程精確到1km。（3）顯示總費用：用三位數(shù)字顯示，顯示方式為“XXX”,單位為元。計價范圍0999元，精確到1元。方案一: 采用數(shù)字電子技術(shù)，利用555定時芯片構(gòu)成多諧振蕩器，或采用外圍的晶振電路作為時鐘脈沖信號，計數(shù)芯片對脈沖的計數(shù)和分頻，最后通過譯碼電路對數(shù)據(jù)進行譯碼，將譯碼所得的數(shù)據(jù)送給數(shù)碼管顯示。方案二：用FPGA（可編程門陣列）實現(xiàn)：利用硬件描述語言編程，仿真調(diào)試后下載到可編程期間上（CPLD）上實現(xiàn)?？梢詫τ嫵誊囌麄€過程進行判斷、處理。整個過程完全實現(xiàn)了自動化和智能化。 方案三：采用單片機控制。以單片機為核心,設(shè)計上采用89S52單片機為主控器，利用單片機豐富的IO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選擇功能。不但能實現(xiàn)所要求的功能而且能在很大的程度上擴展功能，而且還可以方便的對系統(tǒng)進行升級。通過各個方案的比較，我們知道采用數(shù)字電路設(shè)計的計價器整體電路的規(guī)模較大，用到的器件多，造成故障率高，并且難調(diào)試，而采用單片機進行設(shè)計，相對來說功能強大，用較少的硬件和適當?shù)能浖嗷ヅ浜峡梢院苋菀椎膶崿F(xiàn)設(shè)計要求，且靈活性強，有較大的活動空間，可以通過軟件編程來完成更多的附加功能，方便對系統(tǒng)進行升級和功能擴展。所以我們采用第三方案，用AT89S52單片機實現(xiàn)出租車計價的功能。： 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3. 系統(tǒng)硬件設(shè)計 硬件設(shè)計說明單片機是單片微型計算機的簡稱，單片機以其卓越的性能，得到廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)深入到各個領(lǐng)域。在這次設(shè)計中，我們用到P0口和P2口,P0口為8位三態(tài)I/O口,此口為地址總線及數(shù)據(jù)總線分時復(fù)用；P2口為8位準雙向口,與地址總線高八位復(fù)用；P0口和P2口都有一定的驅(qū)動能力,P0口的驅(qū)動能力較強。 在數(shù)據(jù)采集部分本系統(tǒng)采用霍爾傳感器A3144，在數(shù)據(jù)顯示部分本系統(tǒng)采用的是LCD1602這款液晶屏，由于采用LCD液晶屏顯示器功能強大，可顯示各種字體的數(shù)字、漢字、圖像，還可以自定義顯示內(nèi)容，時尚美觀，而且液晶的功耗和LED比起來要小的多。我們還設(shè)計了控制按鍵，能夠很好的對出租車計價器控制,如啟動/停止按鍵，清零按鍵，白天黑夜模式選擇等。 單片機的介紹AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。AT89S52基本特性：8 位的 CPU， 片內(nèi)有振蕩器和時鐘電路,工作頻率為0～24MHz
片內(nèi)有 256字節(jié) 數(shù)據(jù)存儲器 RAM
片內(nèi)有 8K字節(jié) 程序存儲器 ROM
4個8位 的并行I/O口（P0、PPP3）
1個 全雙工串行通訊口
3個16位 定時器/計數(shù)器（T0、TT2）
可處理 6個中斷源，兩級中斷優(yōu)先級: AT89S52的引腳結(jié)構(gòu) AT89S52封裝圖 AT89S52各引腳功能說明：P0 口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏 輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。 當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下， P0不具有內(nèi)部上拉電阻。 在flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗 時，需要外部上拉電阻。P1 口：P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個 TTL 邏輯電平。對P1 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，（）和定時器/計數(shù)器2 的觸發(fā)輸入（）。 在flash編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。引腳號第二功能： T2（定時器/計數(shù)器T2的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出 T2EX（定時器/計數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制） MOSI（在系統(tǒng)編程用） MISO（在系統(tǒng)編程用） SCK（在系統(tǒng)編程用）P2 口：P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個 TTL 邏輯電平。對P2 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。 在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX @DPTR） 時，P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2 口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用 8位地址（如MOVX @RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。 在flash編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。P3 口：P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p3 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個 TTL 邏輯電平。對P3 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。 P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。 在flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。端口引腳第二功能： RXD(串行輸入口) TXD(串行輸出口) INTO(外中斷0) INT1(外中斷1) TO(定時/計數(shù)器0) T1(定時/計數(shù)器1) WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通) RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)此外，P3口還接收一些用于FLASH閃存編程和程序校驗的控制信號。RST：復(fù)位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將是單片機復(fù)位。ALE/PROG：當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對FLASH存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令才能將ALE激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置ALE禁止位無效。PSEN：程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89S52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次PSEN信號。EA/VPP：外部訪問允許，欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000HFFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器的指令。FLASH存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。 硬件電路組成本系統(tǒng)硬件電路組成主要包括：復(fù)位電路、晶振震蕩電路、顯示模塊，掉電存儲電路，按鍵電路。 硬件電路原理圖 復(fù)位電路復(fù)位操作有兩種基本形式：一種是上電復(fù)位，另一種是按鍵復(fù)位。本系統(tǒng)采用按鍵復(fù)位（）。按鍵復(fù)位電路原理：在單片機啟動后，電容C兩端的電壓持續(xù)充電為5V，這是時候10K電阻兩端的電壓接近于0V，RESET處于低電平所以系統(tǒng)正常工作。當按鍵按下的時候，開關(guān)導(dǎo)通，這個時候電容兩端形成了一個回路，電容被短路，所以在按鍵按下的這個過程中，電容開始釋放之前充的電量。隨著時間的推移，甚至更小。根據(jù)串聯(lián)電路電壓為各處之和，甚至更大，所以RESET引腳又接收到高電平。單片機系統(tǒng)自動復(fù)位。 按鍵復(fù)位電路 晶振震蕩電路單片機內(nèi)部有一個高增益、反相放大器，其輸入端為芯片引腳XTAL1，其輸出端為引腳XTAL2。通過這兩個引腳在芯片外并接石英晶體振蕩器和兩只電容（電容一般取30pF）。這樣就構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。振蕩電路脈沖經(jīng)過二分頻后作為系統(tǒng)的時鐘信號，再在二分頻的基礎(chǔ)上三分頻產(chǎn)生ALE信號，此時得到的信號是機器周期信號。：圖 晶振震蕩電路 數(shù)據(jù)采集模塊介紹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,送給顯示單元的。 ，另一端接地，車輪每轉(zhuǎn)一圈小磁鐵提供一個磁場，通過霍爾傳感器進出磁場來回高低電平的變化，就檢測并輸出信號，引起單片機的中斷，每中斷一次代表汽車輪胎旋轉(zhuǎn)了一圈。本設(shè)計以165/70R14這款輪胎為準，165代表胎寬，指輪胎的名義寬度就是165mm,就是輪胎與地面接觸的那個面得寬度。/70代表扁平比，指輪胎的扁平比是70% ，扁平比可以間接反映胎壁的名義高度胎壁的名義高度計算式為：名義寬度扁平比。所以該輪胎的胎壁名義高度為：165mm70%=。輪胎的外圓半徑為：胎壁高度（）＋輪胎內(nèi)圓半徑() 。周長=2**半徑；，輪胎旋轉(zhuǎn)圈543轉(zhuǎn)行駛一公里的路程，通過在程序中設(shè)置的里程和金額的信息，就可以在LCD顯示屏上分別顯示總金額和總里程。 霍