出租车计价器系统设计方案

1 出租车计价器系统设计 方案 第一章 出租车计价器系统 功能描述 价器 整体 功能描述 结构 设计出租车计价器方案并进行仿真，完成白天晚上转换计价，显示路程、单价、总金额。 部分电路功能描述 1 不同情况具有不同的收费标准。 a) 白天 b) 晚上 2 具有数据的复位功能 3 分配的简易要求 a) 距离检测使用霍尔开关 b) 白天 /晚上收费标准的转换开关 c) 数据清零开关 4 数据输出 5 按键 a) 启动计时开关 b) 数据复位（清零） c) 白天 /晚上转换 2 第二章 方案论证 本系统可分 4个模块构成：主控电路、掉电保护模块、信号采集模块和显示模块。 控电路选择 方案一 使用数字电路和模拟电路来完成设计要求。显示器件有： 段式数码管等等，针对显示单元电路这里可以使用分段式数码管显示，分段式数码管分为共阳极和共阴极两种，对数码管的驱动针对不同的类型采用不同的芯片，共阴极数码管通常采用 4共阳极数码管通常采用 列的 驱动；仅时钟显示电路框图和实际电路就非常复杂，整体电路将更加烦琐。而且对于模式 的切换需要用到机械开关，机械开关时间久了会造成接触不良，功能不易实现；整体电路的规模较大，用到的器件多，造成故障率高，难调试。 方案二 使用单片机来完成设计要求。单片机功能强大，用较少的硬件和适当的软件相互配合可以很容易的实现设计要求，且灵活性强，可以通过软件编程来完成更多的附加功能。针对计费模式的切换，通过软件编程就可以容易的实现。避免了机械开关带来的不稳定因素。 确定方案 经过上面的两种方案的比较，显然第二种方案具有更大的优越性、灵活性，所以我们采用第二种设计方案进行设计。 示电路选择 方案 一 ：采用液晶显示器（ 示。液晶屏显示功能强大，可显示各种字体的数字、汉字、图像，还可以自定义显示内容，显示内容较丰富；方便操作者读取信息及一些扩展功能的实现。占用系统 效地节约系统资源，使整个系统更加人性化。 方案二 ：采用 码管显示。数码管具有编程简单，夜间显示效果好，但只能显示有限的符号和数码字，而且显示内容有限。能完成题目中的基本要求，如果还要增加具体功能的提示，则比较难实现。 确定方案 经过上面的两种方案的比较，第一种方案具有更大的优越性、灵活性，所以我们采用第一种设计 方案进行设计。 3 第三章 计价器 系统电路功能单元设计 本系统的功能实现具体可分一下几个单元实现，总体电路图参见附录 1 源模块设计 由于出租车提供的电源是 12以我们要设计一个 V 电源，开关电源控制芯片采用 一单片双极型线性集成电路，专用于直流 能使用最少的外接元件构成开关式升压变换器、降压式变换器和电源反向器，输出电压 1 + A)， 反馈电阻。本电路中外接打印机驱动 电流为 3A 所以要对外接元器件外再加上 防止电源反接在输入端添加一个保护二极管。电路如图3 2源电路 程、计价单元的设计 里程计算是通过安装在车轮上的霍尔传感器 到单片机，经过单片机处理计算，输送给显示单元。其基本思路原理如图 3 4 图 3由于 于开关型的霍尔 器件，其工作电压范围比较宽（ 18V），其输出的信号符合 平标准，可以直接接到单片机的 口上，而且其最高检测频率可达到 1 电 源图 3成开关型霍耳传感器原理图 成霍耳开关（图 3稳压器 A、霍耳电势发生器 (即硅霍耳片 )B、差分放大器 C、施密特触发器 D 和 输出 E 五个基本部分组成。在输入端输入电压 ，经稳压器稳压后加在霍耳电势发生器的两端，根据霍耳效应原理，当霍耳片处在磁场中时，在垂直于磁场 的方向通以电流，则与这二者相垂直的方向上将会产生霍耳电势差 H V 输出，该 H V 信号经放大器放大后送至施密特触发器整形，使其成为方波输送到 输出。当施加的磁场达到工作点 (即 )时，触发器输出高电压 (相对于地电位 )，使三极管导通，此时 输出端输出低电压，通常称这种状态为开。当施加的磁场达到释放点 (即 )时，触发器输出低电压，三极管截止，使 输出高电压，这种状态为 关。这样两 次电压变换，使霍耳开关完成了一次开关动作。其集成霍耳开关外形及接线如图 3 霍尔传感器 车轮 小磁铁 单 片 机 5 2 ?A 4 4 4 . 5 1 2 成霍 耳开关接线 我们选择了 作为信号的输入端，内部采用外部中断 0（这样可以减少程序设计的麻烦），车轮每转一圈（我们设车轮的周长是 1 米），霍尔开关就检测并输出信号，引起单片机的中断，对脉计数，当计数达到 1000 次时，也就是 1 公里，单片机就控制将金额自动的加增加，其计算公式：当前单价 公里数 =金额。 据显示单元的设计 图 键及数据显示单元的设计 根据要求我们设计了一个包括时间调整、车轮长度调整的功能键，还有单价上调和下调，复位，计价，液晶背光灯亮度控制等按键。按下对应按键时 调用对应的程序执行功能，其中复位按键还包含一个空车指示灯进行辅助显示。显示部分要求显示单价、里程、总金额和另外扩展的时钟显示等各种信息，采用 示很容易满足要求。 6 第四章 主要元器件选择及介绍 片机选择 899 899明显的几个升级如下： 者的写入程序的方式不同， 89时需要 89行写入、速度更快、稳定性更好，烧写电压也仅仅需要 4 5V 即可 。 89源范围宽达 4 89列在低于 高于 前 899893 89作频率范围最高只支持到 24M。 于 89经全面停产，所以在市场方面，库存的 89批发价格要比 89。 89下兼容 89是说用 899用，同样的程序，运行结果相同。 89使得对于 89序的保密性大大加强，这样就可以有效的保护知识产权不被侵犯。 部集成看门狗计时器，不再需要像 89样外接看门狗计时器单元电路。 分析图 4 并按其功能部件划分可以看出， 列单片机是由 8 大部分组成的。图 4按功能划分的 这 8大部分是： 一个 8位中央处理机 128 个字节的片内数据存储器 4 片内程序只读存储器 18个特殊功能寄存器 4个 8位并行输入输出 I/、 （共 32线）， 用于并行输入或输出数据。 7 1个串行 I/O 接口。 2个 16位定时器 /计数器。 1个具有 5个中断源， 可编程为 2个优先级的中断系统。 它可以接收外部中断申请， 定时器 /计数器中断申请和串行口中断申请。 图 4图 40个引脚， 式封装， 其引脚示意及功能分类如图 但为 44个引脚， 其中 4个引脚是不使用的。 8 图 451系列单片机引脚及总线结构 (a) 管脚图； (b) 引脚功能分类 （ 1）主电源引脚 40脚）：接 +5 20脚）：接 +5 （ 2）外接晶体引脚 19脚）：接外部石英晶体的一端。 在单片机内部， 它是一个反相放大器的输入端， 这个放大器构成了片内振荡器。 当采用外部时钟时， 对于 该引脚接地； 对于 该引脚作为外部振荡信号的输入端。 18脚）：接外部晶体的另一端。 在单片机内部， 接至片内振荡器的反相放大器的输出端。 当采用外部时钟时， 对于 片机， 该引脚作为外部振荡信号的输入端； 对于 该引脚悬空不接。 （ 3）控制信号或与其它电源复用引脚。控制信号或与其它电源复用引脚有： 、 等 4种形式。 A、 9 脚）： 为 备用电源， 所以该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。 B、 (30 脚 )：当访问外部存储器时， 许地址锁存信号）以每机器周期两次的信号输出， 用于锁存出现在 位地址。 C、 29脚）：片外程序存储器读选通信号输出端， 低电平有效。 9 D、 31 脚）： 电平有效。 ( 4 ) 输入 /输出（ I/O）：引脚 3口 A、 39脚 32脚）： 0口。 双向口， 可作为地址 /数据分时复用口， 也可作为通用 I/ B、 1脚 8脚）： 1口， 可作为准双向 I/ C、 21脚 28脚）： 2口， 一般可作为准双向 I/具有通用 I/O 接口或高 8位地址总线输出两种功能 . D、 10脚 17脚）： 3口。 ， 每 1根线还具有第 2功能。 (见图 图 4 功能表 输出接口 对于四个并行输入 /输出接口前面已经简单介绍过了。本设计中主要用到了 下 其 1位的内部结构如图 4 它在结构上与 其输出驱动部分由场效应管 当其某位输出高电平时， 可以提供拉电流负载， 不必象 从功能上来看 系列）， 即通用输入输出 I/ 具有输入、输出、 端口操作 3 种工作方式， 每 1 位口线 能独立地用作输入或输出线。 10 图 4 1602 字符液晶显示简介 工业字符型液晶，能够同时显示 162个字符。（ 16列 2行） 注：为了表示的方便 ，后文皆以 1表示高电平， 0表示低电平 管脚功能及引脚说明 1602 字符型 常有 14 条引脚线或 16 条引脚线的 出来的 2 条线是背光电源线 5脚 )和地线 6 脚 )，其控制原理与 14脚的 中： 引脚 符号 功能说明 1 般接地 2 电源（ +5V） 3 晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个 10 4 电平 1时选择数据寄存器、低电平 0时选择指令寄存器。 5 R/W R/电平 (1)时进行读操作，低电平 (0)时进行写操作。 6 E E(或 为使能 (，下降沿使能。 7 4位三态、 双向数据总线 0位（最低位） 8 4位三态、 双向数据总线 1位 9 4位三态、 双向数据总线 2位 11 10 4位三态、 双向数据总线 3位 11 4位三态、 双向数据总线 4位 12 4位三态、 双向数据总线 5位 13 4位三态、 双向数据总线 6位 14 4位三态、 双向数据总线 7位（最高位）（也是 15 光电源正极 16 光 电源负极 寄存器选择控制表 （清除屏等） 0 1 都 以及读 取位址计数器（ 1 0 写入数据寄存器（显示各字型等） 1 1 从数据寄存器读取数据 注：关于 E= 开始时初始化 ，然后置 ，再清 1602液晶模块内部的字符发生存储器（ 经存储了 160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“ A”的代码是 01000001B（ 41H），显示时模块把地址 41H 中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“ A”。因为 1602识别的是 验可以用 单片机编程中还可以用字符型常量或变量赋值，如 A。 以下是 1602的 16进制 读的时候，先读上面那列，再读左边那行，如：感叹号！的 0母 面加 0 显示地址 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 00H 01H 02H 03H 04H 05H 06H 07H 08H 09H 00H 41H 42H 43H 44H 45H 46H 47H 48H 49H 412 指令集 1602通过 7 的 8位数据端传输数据和指令。 显示模式设置： (初始化 ) 0011 0000 0设置 16 2显示， 5 7点阵， 8位数据接口； 显示开关及光标设置： (初始化 ) 0000 1显示 (1有效 )、 1 有效 )、 1有效 ) 0000 01=1(读或写一个字符后地址指 针加 1 &光标加 1)， N=0(读或写一个字符后地址指针减 1 &光标减 1)， S=1 且 N=1 (当写入一个字符后，整屏显示左移 ) s=0 当写入一个字符后，整屏显示不移动 数据指针设置： 数据首地址为 80H，所以数据地址为 80H+地址码 (040其他设置： 01H(显示清屏，数据指针 =0，所有显示 =0)； 02H(显示回车，数据指针 =0)。 通常推荐的初始化过程： 延时 15指令 38H 延时 5指令 38H 延时 5指令 38H 延时 5以上都不检测忙信号） （以下都要检测忙信号） 写指令 38H 写指令 08H 关闭显示 写指令 01H 显示清屏 写指令 06H 光标移动设置 写指令 0示开及光标设置 13 第五章 程序设计 本系统的软件设计主要可分为主程序模块、定时计数中断程序、里程计数中断服务程序、中途等待中断服务程序、显示子程序服务程序、键盘服务程序六大模块。下面对各部分模块作介绍。 系统主程序设计 在主程序模块中，需要完成对各接口芯片的初始化、出租车起价和单价的初始 化、中断向量的设计以及开中断、循环等待等工作。另外，在主程序模块中还需要设置启动 /清除标志寄存器、里程寄存器和价格寄存器，并对它们进行初始化。然后，主程序将根据各标志寄存器的内容，分别完成启动、清除、计程和计价等不同的操作。当按下 启动计价，将根据里程寄存器中的内容计算和判断出行驶里程是否已超过起价公里数。若已超过，则根据里程值、每公里的单价数和起价数来计算出当前的累计价格，并将结果存于价格寄存器中，然后将时间和当前累计价格送显示电路显示出来。当到达目的地的时候，由于霍尔开关没有送来脉冲信号，就停止 计价，显示当前所应该付的金额和对应的单价，到下次启动计价时，系统自动对显示清零，并重新进行初始化过程。 定时中断服务程序 假设中断计数一次代表车轮转动 10圈，每当霍尔传感器输出一个低电平信号就使单片机中断一次，计数值加一，程序根据计数值和车轮周长计算出里程数，然后程序又根据里程数和单价计算出总价。最后将结果送 里程计数中断服务程序 每当霍尔传感器输出一个低电平信号就使单片机中断一次，当里程计数器对里程脉冲计数满 1000 次时，使微机进入里程计数中断服务程序中。在该程序中，需 要完成当前行驶里程数和总额的累加操作，并将结果存入里程和总额寄存器中。 中途等待中断服务程序 当在计数状态下霍尔开关没有输出信号，片内的 时器便被启动，每当计时到达 10分钟，就对当前金额加上中途等待的单价，以后每十分钟都自动加上中途等待的单价。当中途等待结束的时候，也就自动切换到正常的计价。 显示子程序服务程序 由于显示部分采用液晶显示，所以只要将液晶进行初始化，在需要显示时调 14 用显示函数对相应的字符及数据在液晶屏的具体位置进行显示。 键盘服务程序 键盘采用查询的方式，放在 主程序中，当没有按键按下的时候，单片机循环主程序，一旦有按键按下，便转向相应的子程序处理，处理结束再返回。 序流程图 主 程 序显 示 时 间S 8 按 下启 动按 下 S 1 按 下 S 2显 示 路 程 ， 价 格 ，总 金 额是选 择 白 天选 择 晚 上否初 始 化 变 量设 置 定 时 器T 1 的 参 数电 子 钟 按 键扫 描复 位 函 数图 5程序流程图 15 中 断 次 数 为 0中 断 次 数 + 1白 天启 动C o u n t = 0晚 上 模 式分 = 6 0按 下 S 8计 时 1 S ， 中 断= 1 8时 = 2 4秒 = 6 0中 断 程 序开 始否是是按 下 S 2按 下 S 1L C D 刷 新 扫 描 + 1 ， 等 待 次 数 + 1 ， 秒 钟 + 1否刷 新 间 隔 = 1是否是是否否否时 钟 显 示是图 5里程计数中断服务流程图 16 第六章 设计总结及致谢 计总结 由于使用的是单片机作为核心的控制元件，以及灵敏的霍尔开关型器件，是本出租车计价器具电路简单、成本低的特点，加上经过优化的程序，使其有很高的智能化水平。但是在我们 设计和调试的过程中，也发现了一些问题，譬如计价的金额位数有限，实际的里程可能会很远，会超出我们的显示范围。计价器的设计还不够人性化，比如加上语音的提示功能，可能会更有生命力。 谢 本设计是对我们所学知识的用在实