毕业设计（论文）-出租车计费系统的设计.doc

成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文（设计） （出租车计费系统设计） 摘 要 本文介绍了一种采用单片 fpga 芯片进行出租车计费器的设计方法，主要 阐述如何使用新兴的 eda 器件取代传统的电子设计方法，利用 fpga 的可编 程性，简洁而又多变的设计方法，缩短了研发周期，同时使出租车计费器体积 更小功能更强大。本设计不仅实现了出租车计费器所需的一些基本功能，同时 考虑到出租车行业的一些特殊性，更注重了把一些新的思路加入到设计中。主 要包括采用了 fpga 芯片，使用 vhdl 语言进行编程，使其具有了更强的移植 性，更加利于产品升级。 此外，vhdl 就是超高速集成电路硬件描述语言。覆盖面广，描述能力强， 是一个多层次的硬件描述语言。在 vhdl 语言中，设计的原始描述可以非常简 练，经过层层加强后，最终可成为直接付诸生产的电路或版图参数描述。具有 良好的可读性，即容易被计算机接受，也容易被读者理解。使用期长，不会因 工艺变化而使描述过时。因为 vhdl 的硬件描述与工艺无关，当工艺改变时， 只需修改相应程序中的属性参数即可。支持大规模设计的分解和已有设计的再 利用。一个大规模的设计不可能由一个人独立完成，必须由多人共同承担， vhdl 为设计的分解和设计的再利用提供了有力的支持。 关键词：出租车计费器，fpga，vhdl 语言，多功能 成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文（设计） （出租车计费系统设计） abstract along with the development of taxi trade, counting fees that the requirement of ware is also more and more higher to the taxi, user not only asks to count fees, and the ware function is stable, and it is accurate to count fees, and has guarding against the function cheated; at the same time still ask his to possess ticket material to print and ic blocks paying fees and computer string capable communication function.the method that hardware and software each other combine is adopted in this design, and takes one piece machine as the nucleus, printting to doing business information all did the detailed introduction from the circle pulsing,to the content of 89c51 and max813l guarding the entrance the dog and the introduction that reduces the circuit to blame for focal point at the same time, this system still possesses to prevent to disturb and the function guarding against the dead machine, and special in the taxi design during power supply of system, possessing fairly strong steady pressure effect, the system adopted ic block the memory, and can make things convenient for just the information of safe record customer and che owner. key words：the dog is guarded the entrance 89c51 circle pulse anti- jamming 成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文（设计） （出租车计费系统设计） 目 录 第一章第一章 引引 言言1 1 第一节 设计背景 1 第二节 出租车记费器设计要求 1 第二章第二章 出租车计费系统的设计思想出租车计费系统的设计思想2 2 第三章第三章 出租车计费系统的实现出租车计费系统的实现4 4 第一节 出租车系统的总体框图设计 .4 第二节 计费设定系统原理图 .6 第四章第四章 系统模块的设计系统模块的设计7 7 第一节 启动停止按键模块 .7 第二节 启动停止显示模块 .8 第三节 计时模块 .8 第四节 计程模块 .9 第五节 计程计时选通模块 .9 第六节 计程计时显示输出模块 10 第七节 总额计算模块 10 结束语结束语1212 谢谢 辞辞1313 参考文献参考文献1414 成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文（设计） （出租车计费系统设计） 1 第一章 引 言 第一节 设计背景 随着出租车行业的发展，对出租车计费器的要求也越来越高。最近几年出 租车行业发展迅速，在全国有几千家出租车公司，因此出租车计费器的市场是 庞大的。由于受到油价影响，各大城市都推出了运价油价联动机制，所以出租 车计费器记价标准的灵活设定成为未来计费器不可缺少的一部分。现在的计费 器都没有把灵活设定计价标准的功能加入其中，可靠统计每台计费器更换标准 以及调试所需时间为 1 小时。常用件描述语言有 abel,vhdl 语言等，其中 abel 是一种简单的硬件描述语言，其支持布尔方程、真值表、状态机等逻辑描述， 适用于计数器、译码器、运算电路、比较器等逻辑功能的描述；vhdl 语言是一 种行为描述语言，其编程结构类似于计算机中的 c 语言，在描述复杂逻辑设计 时，非常简洁，具有很强的逻辑描述和仿真能力，是未来硬件设计语言的主流。 第二节 出租车记费器设计要求 一个出租车计价器，该计价器的计费系统：行程 3 公里内，且等待累计时 间 2 分钟内，起步费为 8 元；3 公里外以每公里 1.8 元计费，等待累计时间 2 分钟外以每分钟 1.5 元计费。并能显示行驶公里数、等待累计时间、总费用。 计费及显示 （1）用二位数字显示里程，显示格式为 xx，单位为 km，计程精确到 1km。 （2）计价范围为 0-999.9 元，计价精确到 0.1 元，显示格式为 xxx.x，单 位为元。 （3）计时范围为 0-59 分，计时精确到 1 分钟。 成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文（设计） （出租车计费系统设计） 2 第二章 出租车计费系统的设计思想 出租车计费器现状和挑战最近几年出租车行业发展迅速，在全国有几千家 出租车公司，出租车计费器的市场非常庞大。目前市场上使用的出租车计费器 主要采用的都是利用 mcu 如 89c51 单片机实现计费器设计，显示方式上主要采 用的是固定显示内容的 led 显示传统的出租车计费器，由于发展使用了十几年， 在稳定性、成本、以及使用习惯上都具一些优势，但是随着出租车价格市场化， 我国加入 wto 以来主导出租车行业成本的许多因素主要包括油价的波动，都对 传统的出租车计费器提出了更高的要求。近一年来，各城市都在对出租车价格 进行调整，由于数量太多，很多城市的调价甚至需要一个月的时才能完成，经 常会同一时间出现几个价格，有的城市的出租车上还会出现司机人工计价尴尬 情形。这些都暴露了传统计费器在灵活性和升级换代能力的天生不足。 一传统计费器的不足可以体现在以下几点： （一）产品更新周期长 传统计费器利用 mcu 如 89c51 单片机实现汽车计费器的设计，大部分的功 能可以用片机来实现。但是单片机程序是不通用的，不同的芯片有不同的指令 集，因此设计研发较困难，周期长。如果系统设计的不好，则系统不是很稳定， 而且灵活度不够，不易实现功能复杂的设计。 （二）计价方式的不灵活 每次计价标准的修改都需要将芯片从新烧录，使得每次调价都需要耗费大 量的人力物力，很难达到目前油价联动的需求。 （三）固定化，如果需要改变显示内容，甚至需要整个设备的更换，不利 于产品的理想升级。这些都体现了目前对出租车计费器市场更新换代的需求。 二解决方案 考虑到目前出租车行业迅猛发展的趋势以及对计费器更高的灵活性要求， 本设计希望尝试一些新的方法来予以解决。 （一）利用 fpga 取代 mcu 随着 fpga 等数字可编程器件的出现解决传统电子设计不能完成的任务，利 用 fpga 实现出租车计费器。可行性很高，而且电路简单，大大减少外围器件， 可以用软件完全仿真，灵活度高，可以设计一些复杂的系统，而且编好的系统 可以在不同的 fpga 或 cpld 片上通用。fpga 能完成任何数字器件的功能，使用 成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文（设计） （出租车计费系统设计） 3 fpga 来开发数字电路，可以大大缩短设计时间，减少 pcb 面积，提高系统的可 靠性。同时由于 fpga 的功能完全取决于 vhdl 语言编写的程序，不拘泥于某种 芯片的特殊指令，更加提高了产品的更新换代能力。 （二）增加计价标准设定功能 通过设计此功能模块可以使得计价标准设计更加灵活，体现目前出租车行 业发展的需要，使运价、油价联动成为可能。 成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文（设计） （出租车计费系统设计） 4 第三章 出租车计费系统的实现 第一节 出租车系统的总体框图设计 系统流程介绍：系统主要由电动机驱动模块、led 显示模块、计费标准设 定模块、自动计费模块、统计模块和时钟模块等组成。 首先由电动机驱动模块控制步进电机运转来模拟出租车车轮，速度值通过 车速比较器判断是否低于 12km/h,如低于 12 km/h 则进入计时状态（依照预设 值每 5 分钟计为 1km） ，车速在 12 到 180km/h 之间的则进入计程状态，根据车 轮的大小不同每 km 计的次数也不同，计程和计时通过选通模块自动选择输出到 自动计费模块，计程和计时同一时刻只会有一个处于运行状态。自动计费模块 会按照不同的计费标准自动调节计费。计费标准设定模块包挂起步费、单位里 程费、低速行驶等待时间设定部分。设定好的数值分别送到自动计费模块、计 时模块和计程模块。按下计费启动键后利用电容的瞬间充电过程来清零上一次 的计费数值，此后开始自动计费，按下计费停止键后计费终止，统计模块自动 执行保存记录。统计模块统计的各项数据将通过 led 显示模块，在最终界面上 显示时钟、车速、等待时间和行驶路程和总费用.开始计费和停止、参数设定菜 单等。 成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文（设计） （出租车计费系统设计） 5 图 3-1 出租车系统的总体框图 成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文（设计） （出租车计费系统设计） 6 第二节 计费设定系统原理图 图 3-2 计费设定系统原理图 成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文（设计） （出租车计费系统设计） 7 第四章 系统模块的设计 第一节 启动停止按键模块 一、启动停止部分 采用双刀双路开关，一路开关用于清零部分，另外两路开关外一路用于启 动指示和启动/停止输出信号给 fpga 芯片的分和启动计费部分同时进行，但清 零只是瞬间的，计费指关换到另外的两路，空车指示灯黄灯亮起。 模块启动/停止按键部分的电路原理图如图： 图 4-1 模块启动/停止按键部分的电路原理图 二、自动清零部分 由于显示部分的特殊要求，即计费停止后屏幕上仍然要保次计费启动时才 清零从新开始计费。vhdl 语言的特殊性，量同时用两个不同的动作使其赋值。 所以必须要有一个瞬间清零 i/o 端口为“1”时就自动清零。使用电容的充放电 功能来端为接地，按键闭合时电容充电清零输出端为高电平，充完电按键断开 后，通过一个 2k 欧姆的电阻放电，为下次充电做好电平的时间大约为 80ms,有 足够的时间使 fpga 实现清零了。 自动清零部分的电路原理图，如图所示。 成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文（设计） （出租车计费系统设计） 8 图 4-2 自动清零部分的电路原理图 第二节 启动停止显示模块 启动停止显示模块当处于停止计费状态的话，屏幕上会屏幕上会显示“ ” 且箭头向右做 0.5 秒一次的滚动。2hz 给 clk 端，每一个 clk 使 mp 输出为“ ” “ ”来呈现箭头滚动状态。 如下图所示： 图 4-3 启动停止显示模块 第三节 计时模块 当速度低于 12km/h 时计时模块启动。输入端 clk 为 1hz，clr 为清零端 （计费停止后动清零） ，time 为时间设定输入端（默认为每 5 分钟计为 1km，可 设为其它值） 。输出 js60 送到显示部分计数，每 1 分钟一个上升沿，js 端送到 成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文（设计） （出租车计费系统设计） 9 计程计时选通模块，默认为 5 分钟计为 1km 送出一个高电平。 如下图所示： 图 4-4 计时模块 . 第四节 计程模块 计程模块，计算出租车行驶路程，每行驶一公里输出端 jc 就发出一个上升 沿给计程时选通模块。输入端 p 为车轮大小的设定值，根据车轮直径的不同， 每转一圈行进路也不同，因此每公里计的 clk 次数也会不同，车轮越大计的 clk 数越少。clr 是清零，每次计费结束后自动清零，保证下次计费的准确性。 如下图所示： 图 4-5 计程模块 第五节 计程计时选通模块 通过速度比较器的输出信号给计程计时选通模块的选通端 sel 就可以识别 现在是应该把计程的信号输出给自动计费模块还是把计时的信号输出给自动计 费模块。输出端 p 每个上升沿都代表计了 1km。 如下图所示： 成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文（设计） （出租车计费系统设计） 10 图 4-6 计程计时选通模块 第六节 计程计时显示输出模块 lcd 显示屏上会显示 0 到 999km 的路程和 0 到 99min 的时间。计程端有三 位数字的 cd 码输出，通过译码器成为 lcd 模块可以识别的 8 位数字编码。计时 端则有两位数字 bcd 码输出，最大计时 99 分钟。清零端 clr 则通过下次按下计 费启动键的瞬间清零， 为计费停止后还要保持显示输出，让顾客和司机可以清楚地看到所有计费 信息。 如下图所示： 图 4-7 计程计时显示输出模块 第七节 总额计算模块 总额计算模块的输入端 cf 和 lf 代表车费和桥路费，st 为计算信号输入端， 当按下停止计费键时就自动计算结帐，ze 把计算数值输出到同级模块和显示模 成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文（设计） （出租车计费系统设计） 11 块，clr 清零端只启动的瞬间清零。 如下图所示： 图 4-8 总额计算模块 成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文（设计） （出租车计费系统设计） 12 结束语 经过这一个多月的努力，我终于把这次的毕业设计写好了，通过这次做毕 业设计让我懂得了很多的东西，同时也让我学到了很多我平时没有学到过的， 让我受益很多。 通过对系统的测试结果分析符合预期结果，满足题目要求。基于 fpga 所设 计的多功能计程车计价器趋于简单、开发时间短；整个控制系统的所需元器件 少、集成度较高、所占的空间小且可靠性也很高。不仅仅实现了计程车计费的 功能，其多功能表现在它可以通过选择键来选择显示计程车累计走的总路程和 乘客乘载的时间。应用于实际当中，比较有实用价值，可行性也较高，是个不 错的创意。此外，如果实现软、硬件的相互结合还可以实现很多功能比如可以 集成计算机网络、ic 卡、语音报价、自动打印等新技术实现运营数据存储管理 和税费计算控制。实现计价器的计费显示、自动打印发票、语音报价等功能一 体化，有待进一步扩展。 在完成这次的毕业设计，我觉得最不能缺少的是团队精神，而且没有田老 师的教导和同学间的帮助，我的这份设计很难完成。同时最让我感觉到的一点 是，团结合作是很重要的一步。 从这次毕业设计的过程来看，我觉得我自己在处理事情上有了一定的提 高，也为以后的工作生涯树立了一定的信心。虽然这次毕业设计学到了点东西， 但是要学的东西还有很多，以后我还会虚心学习，借用一句老话来说，那就是 “活到老，学到老” 。 成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文（设计） （出租车