【正文】 .......................................................................4811 概述 計程車里程表概述計程車里程表（計價器）是乘客與司機雙方的交易準則，它是計程車行業(yè)發(fā)展的重要標志，是計程車中最重要的工具。具有良好性能的里程表無論是對廣大計程車司機朋友還是乘客來說都是很必要的。我國在 70 年代開始出現(xiàn)計程車，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。計程車計價器的功能從剛開始的只顯示路程（需要司機自己定價，計算后四舍五入） ，到能夠自主計費，以及現(xiàn)在的能夠打印發(fā)票和語音提示、按時間自主變動單價等功能。本次設(shè)計的目的在于設(shè)計出現(xiàn)在各大中城市計程車行業(yè)都已普及的自動計價器，而部分小城市尚未普及，但隨著城市建設(shè)日益加快，象征著城市面貌的計程車行業(yè)也將加速發(fā)展，計價器的普及也是毫無疑問的，所以未來汽車計價器的市場還是十分有潛力的。巨型化發(fā)展的目的在于不斷提高計算機的運算速度和處理能力，以解決復(fù)雜系統(tǒng)計算和高速數(shù)據(jù)處理，比如系統(tǒng)仿真和模擬、實時運算和處理。單片機的內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)主要是針對自動控制應(yīng)用而設(shè)計的，所以單片機又稱為微控制器 MCU（Micro Controller Unit） 。單片機自 20 世紀 70 年代問世以來，以其鮮明的特點得到迅猛發(fā)展，已廣泛應(yīng)用于家用電器、智能玩具、智能儀器儀表、工業(yè)控制、航空航天等領(lǐng)域，經(jīng)過 30 多年的發(fā)展，性能不斷提高，品種不斷豐富，已經(jīng)形成自動控制的一支中堅力量。這說明單片機應(yīng)用在我國有著廣闊的前景和巨大的市場潛力。 單片機的應(yīng)用十分廣泛，在工業(yè)控制領(lǐng)域、家電產(chǎn)品、智能化儀器儀表、計算機外部設(shè)備，特別是機電一體化產(chǎn)品中，都有重要的用途。機電控制：用單片機控制機電產(chǎn)品做定時或定向的動作。通信：通過 RS232 串行通信或者是 USB（Universal Serial BUS，通用串行總線）通信，傳輸數(shù)據(jù)和信號。那么單片機是不是解決上述應(yīng)用的唯一選擇呢？當然不是！目前，在自動控制中，一般有三種選擇，分別是嵌入式微機、DSP（Digital Signal Processor，數(shù)字信號處理器）和單片機。這是因為這類芯片的生產(chǎn)量很大，技術(shù)也很成熟。單片機本身一般用 40 引腳封裝，當然功能多一些的單片機也有引腳比較多的，如 68 引腳，功能少的只有 10 多個或20 多個引腳，有的甚至只有 8 只引腳。例如，控制電冰箱的控制器就不需要使用嵌入式系統(tǒng)，用一片 51 單片機就可以輕松實現(xiàn)。51 系列的單片機已經(jīng)面世多年，依然沒有被淘汰，還在不斷發(fā)展中，這就說明是他有廣闊的應(yīng)用前景。 功能要求 基本功能（1）用前 4 位數(shù)碼管實時顯示里程數(shù)（Z） ，單位為公里，最后一位為小數(shù)位；用后 4 位數(shù)碼管實時顯示金額數(shù)（J） ，單位為元，最后一位為小數(shù)位，（2）規(guī)定出租車單程價格為 2 元/公里，往返的價格為 元/ 公里；單程/往返兩種模式可由按鍵切換，（3）車速5 公里/小時的時間累積為總等待時間 T（分鐘） ，每 5 分鐘等待時間相當于里程數(shù)增加 1 公里；（4）起步公里數(shù)為 3 公里，價格 8 元；若實際運行大于 3 公里，超出的里程按要求 2 進行；（5）盡量充分利用所選單片機系統(tǒng)資源進行設(shè)計；（6）用光電傳感器檢測轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動模擬車速，根據(jù)車輪周長和轉(zhuǎn)動圈數(shù)計算里程；（7）要求公里數(shù)檢測誤差不超過177。 發(fā)揮部分（1）增加了空車指示功能，當無客人時空車指示燈亮；（2）增加實時時間顯示功能，空車時顯示當前時間；（3）增加信息儲存功能，可以儲存等待時間，里程和金額。軟件設(shè)計運用 C 語言編程實現(xiàn)；硬件設(shè)4計以 AT89S52 單片機為主控芯片，其外部電路包括復(fù)位電路、晶振電路、獨立鍵盤電路、指示燈電路、數(shù)碼管顯示電路、車速檢測電路、存儲電路、時鐘顯示電路等。每一個脈沖信號代表輪胎旋轉(zhuǎn)一周，設(shè)輪胎的直徑為 d=；輪胎轉(zhuǎn)數(shù)為 N，則里程 Z=π*d*N/1000（km） 。 費用計算（1）出租車的起步費為 8 元，并且 3km 內(nèi)不需額外計價；（2）出租車行駛 3km 后，單程 2 元/km，雙程 元/km；（3）等待收費的標準為 5 分鐘按 1 公里折算；（4）暫停時計價器暫停計價，不收費用。 AT89S52 單片機AT89S52 是一個低功耗高性能的單片機，具有 8kB 的閃存、128BRAM、32 個I/O 口、 2 個定時 /計數(shù)器、六個中斷源、一個全雙工的串行口，可反復(fù)擦寫，支持ISP(在系統(tǒng)編程 )，可以有效地縮短開發(fā)時間和降低開發(fā)成本。 （a）AT89S52 封裝實物圖 （b）AT89S52 引腳功能圖圖 2 AT89S52 封裝實物圖和引腳功能圖關(guān)于四個 I/O 口的主要功能介紹如下：P0 口有兩個功能：（1）擴展外部存儲器時，當作為數(shù)據(jù)/地址總線；（2）不擴展時，可做一般的 I/O 口使用，但內(nèi)部無上拉電阻，作為輸入或輸出時應(yīng)在外部接上拉電阻。 P2 口有兩個功能： （1）擴展外部存儲器時，當作地址總線使用； （2）做一般 I/O 口使用，其內(nèi)部有上拉電阻。 設(shè)計中用到的單片機各管腳功能以及與其他模塊連接介紹如下：VCC：接+5V 電源。XTAL：時鐘引腳， XTAL1 和 XTAL2 外接晶振和 33pF 的電容，構(gòu)成時鐘電路。當在此引腳加兩個機器周期的高電平時，就可以完成復(fù)位操作。：接切換鍵，表示單雙程切換。：接清零鍵。：接查詢指示燈。：接雙程指示燈。：接霍爾傳感器的輸出口。：接存儲器的 SDA 口。：接 DS1302 的 SCLK 口。 復(fù)位電路AT89S52 的復(fù)位端是一個施密特觸發(fā)輸入，高電平有效。此復(fù)位電路中，上電或按一下復(fù)位開關(guān)都能在 RST 端出現(xiàn)一段時間的高電平，使系統(tǒng)復(fù)位。7圖 3 復(fù)位電路 晶振電路其輸入端為芯片引腳 XTAL1，其輸出端為芯片引腳 XTAL2。如圖 4 所示。圖 5 獨立鍵盤電路功能如下：S1：功能鍵。S2：切換鍵。S3：停止鍵。S4：清除鍵。S5：查詢、確認鍵。 指示燈電路 指示燈電路由 4 個 LED 組成，包括空車指示燈、查詢指示燈、等待指示燈、雙程指示燈。9圖 6 指示燈電路這些指示燈能對計程車的每一種狀態(tài)進行指示，空車時空車指示燈亮，查詢時查詢指示燈亮，當車速小于 5km/h 時等待指示燈亮。 數(shù)碼管顯示電路數(shù)碼管顯示電路由兩個四位一體的 LED 數(shù)碼管組成， LED 數(shù)碼管是由發(fā)光二極管排列組成的顯示器件。此外，它的響應(yīng)時間短（一般不超過） ，亮度也比較高。其中每位數(shù)碼管內(nèi)部由 8 個 LED 組成，示意圖如圖 7，其中 A—G 代表 7 個發(fā)光二極管構(gòu)成 7 筆字形，余下一個 DP 構(gòu)成小數(shù)點，稱為 8 段 LED。如圖 7 所示。如圖 8 和圖 9 所示。當共陰極端接地或共陽極接高電平，該位顯示器有效，反之無效。數(shù)碼管有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種顯示方式，本設(shè)計采用動態(tài)顯示。本設(shè)計中使用的兩個四位一體數(shù)碼管接 P0 口作為段選，接 P2 口作為位選。當查詢等待時間時顯示為等待時間。圖 10 數(shù)碼管顯示電路 車速檢測電路本次設(shè)計選取了霍爾傳感器來進行里程檢測。用它們可以檢測磁場及其變化，可在各種與磁場有關(guān)的場合中使用?；魻柶骷哂性S多優(yōu)點，它們的結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，壽命長，安裝方便，功耗小，頻率高，耐震動，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。后者將霍爾片和它的信號處理電路集成在同一個芯片上。里程測量是通過將霍爾傳感器的集成電路安裝在車輪上方的鐵板上，將磁鐵安裝在車輪上，旋轉(zhuǎn)的車輪將磁鐵對準集成電路時，霍爾傳感器會輸出一個脈沖信號，送到單片機，經(jīng)過單片機的計算處理，將行駛的里程送到顯示單元并顯示出來。圖 11 里程檢測示意圖U18 霍爾傳感器 IC（Integrated Circuit，集成電路）是一種利用霍爾效應(yīng)做成的半導體集成電路器件，它被設(shè)計在交變磁場中運行，特別是能在低電源電壓工作，長時間運行溫度范圍高達 125℃。其工作電壓比較寬（～20V） ，可運行在較大的溫度范圍內(nèi)（20℃～125℃）, 其輸出的信號符合 TTL（T ransistorTransistor Logic， 晶 體 管 晶 體 管 邏 輯 ）電平標準，可以直接接到單片機的 IO 口上，而且其最高檢測頻率可達到 1MHZ。其中 BOP 為工作點“開”的磁感應(yīng)強度，BRP 為釋放點“關(guān)”的磁感應(yīng)強度。BOP 與 BRP 之間的滯后使開關(guān)動作更為可靠。在輸入端輸入電壓 VCC，12經(jīng)穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后加在霍爾電勢發(fā)生器的兩端，根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，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上將會產(chǎn)生霍爾電勢差 VH 輸出，該 VH 信號經(jīng)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。這樣兩次電壓變換，使霍爾開關(guān)完成了一次開關(guān)動作。其中，單片機的 （INT0）引腳作為信號的輸入端接收來自傳感器輸出的信號，采用外部中斷 0 進行計數(shù)。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，從而產(chǎn)生信號。 存儲電路存儲電路的作用是儲存上一次的里程、金額和等待時間。13存儲電路如圖 13 所示。由于 AT24C1024 的數(shù)據(jù)線和地址線是復(fù)用的，采用串口的方式傳送數(shù)據(jù)，所以只用兩根線 SCL（時鐘脈沖）和 SDA（數(shù)據(jù)/ 地址）與單片機 和 口連接，進行傳送數(shù)據(jù)。DS1302 是美國DALLAS 公司推出的一種高性能、低功耗、帶 RAM 的實時時鐘電路，DS1302 的引腳排列,其中 VCC1 為后備電源，VCC2 為主電源。X1 和 X2 是振蕩源，外接晶振。I/O 為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)， SCLK 為時鐘輸入端。141圖 14 時鐘顯示電路4 軟件系統(tǒng)設(shè)計本系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要分為系統(tǒng)主程序、數(shù)據(jù)處理子程序、等待時間計時子程序和鍵盤掃描子程序四個模塊，下面對每一塊進行介紹。在 main 函數(shù)編寫 開始，要進行初始化，包括對系統(tǒng)初始化和對 硬件設(shè)備進行初始化，并使硬件處于就緒狀態(tài)。系統(tǒng)主 程序流程圖如圖 15 所示。計算程序根據(jù)里程數(shù)分別進入不同 的計算公式。數(shù)據(jù)處理子程序流程圖如圖 16 所示。當停止鍵按下時停止計時和計費并顯示金額，當有查詢鍵按下時顯示等待時間，當有清除鍵按下時存儲本次金額。17圖 17 等待時間計時子程序 鍵盤掃描子程序鍵盤采用查詢的方式，放在主程序中，當沒有按鍵按下的時候，單片機循環(huán)主程序，一旦右按鍵按下，便轉(zhuǎn)向相應(yīng)的子程序處理，處理結(jié)束再返回。開 始停 止 鍵 按下 ？Sped5公里 /小 時 ？開 始 計 時 ， 并顯 示 停 止 計 時 ， 開 始計 路 程停 止 計 時 ， 計 費 ，顯 示 金 額查 詢 鍵 按 下 ？存 儲 本 次 金 額清 除 鍵 按 下 ？顯 示 等 待 時 間結(jié) 束 是否是否否 是是 否18圖 18 鍵盤掃描子程序開 始功 能 鍵 按下 ？單 雙 程 設(shè) 置切 換 鍵 按下 ？切 換 單 雙 程確 認 鍵 按下 ？空 車 指 示 滅 ， 開 始計 價 計 時 ， 顯 示 里程 ， 金 額停 止 鍵 按下 ？結(jié) 算 金 額 顯 示顯 示 時 間 查 詢 鍵 按下 ？顯 示 等 待 時 間與 里 程 清 除 鍵 按下 ？存 儲 金 額查 詢 鍵 按下 ？顯 示 上 次 金 額結(jié) 束否是否是 是否 是 否是是否否 否是195 系統(tǒng)運行的 Proteus 仿真與測試設(shè)計仿真中采用輔助軟件 Keil uVision3 對程序進行編譯，從而生成 Proteus中單片機能夠讀取并載入的“.hex”文件。圖 19 “.hex”文件生成界面在 Proteus 軟件中畫出仿真電路，另外為了將注意力集中在單片機對系統(tǒng)的控制上，將車速檢測電路有傳感器輸出的信號簡化為用一個脈沖信號源替代，通過改變脈沖頻率模擬車速變化。下面對系統(tǒng)的幾種主要狀態(tài)進行運行測試。空車狀態(tài)仿真電路及其顯示如圖 20 所示。如圖 21 和圖 22 所示。圖 21 單程模式仿真電路21圖 22 雙程模式仿真電路模式選定后按確認鍵進入運行狀態(tài)，空車指示燈滅，該模式對應(yīng)的指示燈亮（雙程亮，單程不亮） 。以雙程模式運行狀態(tài)為例，如圖 23 所示。如圖 24 所示。如圖 25 所示。 仿真時由于軟件本身存在延時等現(xiàn)象，所以顯示結(jié)果可能存在誤差，但并不影響該系統(tǒng)的功能。246 結(jié)束語在本次設(shè)計中，我采用了 AT89S52 芯片為核心器件，結(jié)合復(fù)位電路、晶振電路、獨立鍵盤電路、指示燈電路、數(shù)碼管顯示電路、車速檢測電路、存儲電路、時鐘顯示電路等外部電路，設(shè)計出了一個簡易計程車里程表系統(tǒng)。雖然還存在一些誤差，但還是達到了本次畢業(yè)設(shè)計的要求。在這次畢業(yè)設(shè)計中，我的體會頗多。的使用。復(fù)習了一段時間的理論知識后，我便開始著手設(shè)計方案，通過比較，最終確定了利用單片機來實現(xiàn)里程表的計程計費。軟硬件均設(shè)計完成之后，我通過 Proteus 軟件對系統(tǒng)進行了仿真，仿真結(jié)果達到設(shè)計任務(wù)的指標，實現(xiàn)了設(shè)計的預(yù)期目標。本次設(shè)計我學習到了不少知識，但由于自己的理論知識水平有限，實踐知識和設(shè)計經(jīng)驗不足，在設(shè)計過程中難免存在一些問題，尚有許多不足，個別功