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本科毕业论文 设计 本科毕业论文 设计 题 目 出租车计价器的方案设计 学生姓名 李栋 专业名称 计算机科学与技术 指导教师 任成娟 2011 年 5 月 28 日 教学单位 计算机科学系 学生学号 20099601S010 编 号 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 I 基于基于 51 单片机原理出租车计价器的设计单片机原理出租车计价器的设计 摘要 摘要 随着国民经济的发展 人民消费水平的提高 群众对生活质量的要求越来越 高 而城市中的出租车作为一种便捷 方便 舒适的交通工具 已经成为人们工 作 生活中不可缺少的一部分 本课题是出租车计价器系统的设计 重点是设计 出租车计价器的实用性 本系统由 AT89C52 单片机为中心 采用 A44E 霍尔传感器 对轮胎转数进行计数 采用 DS1302 作为系统时钟 DS18B20 作为温度采集 LCM1604 显示输出 实现对出租车里程的测量满足计程 计时 计费 温度显示 时间显示等多种计量功能为一体的出租车计价器的实用要求 本电路设计的计价器主要功能有 数据的清零 白天 晚上转换 数据输出 计时计价 单价输出 路程输出及时钟输出 温度输出 实现在系统掉电的时候 保存单价和系统时间等信息等功能 本电路设计的计价器不但能实现基本的计 价 而且还能自动根据时钟判别白天 黑夜 来调节单价 实时采集车内温度方 便司机决定是否打开车内空调 关键词 关键词 AT89C52 霍尔传感器 液晶显示 DS1302 DS18B20 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 II 51 MCU based design principles of the taxi meter Abstract With the development of national economy improve people s consumption level the masses of the quality of life become increasingly demanding and the cities of the taxi as a convenient easy comfortable means of transportation has become the way people work not liveintegral part The issue is the taxi meter system design focusing on the practicality of the design taxi meter the system consists of AT89C52 microcontroller as the center with A44E Hall sensors to count on the tire rotation as the system clock using DS1302 DS18B20 astemperature acquisition LCM1604 display output to achieve mileage of taxis to meet the meter measurement time billing temperature display time display and other measurement functions as one of the practical requirements of the taxi meter The circuit design of the meter main features are data clear day night conversion data output time pricing unit output output and clock output distance temperature output to achieve the time saved in the system price and power down the system timeother information and other functions The meter circuit design can not only achieve the basic valuation but also to automatically determine the clock day and night to adjust the price real time acquisition to facilitate the driver to decide whether the temperature inside the car opened the car air conditioning Key words AT89C52 Hall sensor liquid crystal display DS1302 DS18B20 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 III 前言前言 随着生活水平的提高 人们已不再满足于衣食住的享受 出行的舒适已受到 越来越多人的关注 于是 出租车行业以低价高质的服务给人们带来了出行的享 受 但是总存在着买纠纷困扰着行业的发展 而在出租车行业中解决这一矛盾的 最好方法就是改良计价器 用更加精良的计价器来为乘客提供更加方便快捷的服 务 凡乘过出租车的人都知道 只要汽车开动 随着行驶里程的增加 就会看到 汽车前面的计价器里程数字显示的读数从零逐渐增大 而当行驶到某一值时 如 5KM 计费数字显示开始从起步价 如 5 元 增加 当出租车到达某地需要在那 里等候时 司机只要按一下 计时 键 每等候一定时间 计费显示就增加一个 该收的等候费用 汽车继续行驶时 停止计算等候费 继续增加里程计费 到达 目的地 便可按显示的数字收费 汽车计价器是乘客与司机双方的交易准则 它是出租车行业发展的重要标志 是出租车中最重要的工具 它关系着交易双方的利益 具有良好性能的计价器无 论是对广大出租车司机朋友还是乘客来说都是很必要的 因此 汽车计价器的研 究也是十分有一个应用价值的 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 IV 目目 录录 1 出租车计价器设计分析出租车计价器设计分析 1 1 1 设计要求 1 1 1 1 性能指标 1 1 1 2 显示功能 1 1 2 总体方案设计 2 1 3 出租车计价器原理 2 1 4 方案论证 2 1 4 1 出租车计价器方案设计论证 3 1 4 2 传感器设计方案论证 3 1 4 3 控制器模块方案设计论证 3 1 4 4 显示模块方案设计论证 4 1 4 5 电源模块方案设计论证 4 1 4 6 键盘模块方案设计论证 5 2 硬件设计硬件设计 6 2 1 控制器模块 6 2 1 1 80C51 单片机硬件结构 6 2 1 2 最小应用系统设计 7 2 2 显示器模块 9 2 3 键盘接口模块 12 2 4 电源设计模块 13 2 5 时钟及温度采集电路 14 2 5 1 DS1302 时钟芯片片介绍 14 2 5 2 DS18b20 芯片介绍及电路 14 2 6 里程采集模块 15 3 出租车计价器系统的软件设计出租车计价器系统的软件设计 17 3 1 主程序模块 17 3 2 里程计数中断服务程序 18 3 3 按键判断子程序 18 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 V 3 4 LCD1604 显示的判断 19 4 出租车系统的安装与调试出租车系统的安装与调试 20 4 1 硬件调试 20 4 2 软件调试 20 5 测试验证测试验证 21 5 1 计价单元测试 21 5 2 中途等待测试 21 参考文献参考文献 25 谢谢 辞辞 26 附录附录 A 源程序源程序 27 附录附录 B 系统电路图系统电路图 55 附录附录 C 所需要元器件所需要元器件 56 附录附录 D 57 宝鸡文理学院本科毕业论文 设计 任务书 57 宝鸡文理学院本科毕业论文 设计 中期检查报告 59 宝鸡文理学院本科毕业论文 设计 指导教师指导记录表 60 宝鸡文理学院本科毕业论文 设计 结题报告 61 宝鸡文理学院本科毕业论文 设计 成绩评定及答辩评议表 63 宝鸡文理学院本科毕业论文 设计 答辩过程记录 附页 65 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 1 1 出租车计价器设计分析出租车计价器设计分析 1 1 设计要求设计要求 本出租车自动计费 上电后显示最初的起步价 里程计费单价 等待时间计 费单价 通过按键可以调节起步价 里程计费单价 等待时间计费单价 同时具 有运行 暂停 停止等状态 可以显示运行的时间 同时可以显示暂停的时间 具有累加功能 暂停和运行时间在暂停和运行前一次的状态上计时 出租车停止 后能够显示行驶的总费用 1 1 1 性能指标性能指标 费用的计算是按行驶里程收费 设白天起步价为 5 0 元 晚上起步价 6 0 元 1 当里程3km 时 每公里按 1 5 元计费 3 等待累计时间 30 秒 按 1 元 30 秒计费 1 1 2 显示功能显示功能 1 显示行驶里程 用四位数字显示 显示方式为 XXXX 单位为 km 计程范围 0 99km 精确到 1km 2 显示等候时间 用两位数字显示 显示方式为 XX 单位为秒 计时 范围 0 99 秒 精确到 1 秒 3 显示总费用 用两位数字显示 显示方式为 XX 单位为元 计价范 围 0 99 元 精确到 1 元 此次设计的计价器由主控器控制 能根据时间自动切换模式 例如 6 00 22 00 为白天模式 起步价为 5 元 22 00 6 00 为晚上计价模式 起步价为 6 元 中途等待处理 在进入计价界面后 车轮没有转动的时候自动开始计时 如果超过 1 分钟 总金额自动增加 1 元 可由按键手动控制单价 时间调整 背光灯亮度 两种模式下的起步价等设置 由传感器来来检测发动机主轴的转数 以此推算行走里程 时间控制由时钟模块进行控制 当断电的时候有专门的电池 对时钟模块进行供电 以保证时间的准确性 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 2 1 2 总体方案设计总体方案设计 整个电路系统分为数据采集检测 数据处理 数据显示三个模块 首先利用 传感器对车轮信号进行检测 经过信号处理之后 送给控制模块进行计算并且通 过显示模块显示如图 1 所示 图图 1 出租车计价器系统框图出租车计价器系统框图 1 3 出租车计价器原理出租车计价器原理 通常计价器采用 在主机模块中预先已写入了有关程序和数据的信息 如基 本距离 续程距离 候时时间的规定值 与收费标准规定相应的收费价格值 不同 出租条件下收费的变化比率 附加车费值计费方式等数据和与收费办法相应的车 费计算与控制程序等 并且在计价器安装前已根据不同车型选定好 K 值 在工作 过程中其主要的功能都是由单片机中的定时器 计数器来实现 本设计重点是设计主机模块 并将各个硬件的功能显示在选定的显示器上 其中硬件和显示部分是由主机模块控制 各种功能的显示由显示电路来完成 设 计中选用时钟模块来保证基本的时间和日期显示的正确性 掉电存储来存储基础 设置信息 显示电路作为基本的输出设备 在出租车转轴上加装传感器 以便获 得 行驶里程信号 利用单主机模块行计数 从而计算出里程及所需要的金额 然后传送给显示电路显示所有的信息 本系统可以实现单价 里程及金额 并能 对所有的基础数据进行设置 1 4 方案论证方案论证 出租车计价器系统主要分为以下三大块 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 3 1 信息采集模块 在该模块中包括有车轮信息采集和温度信息采集两个 子模块 分别采集小车行驶里程信号和车内实时温度信息 并将采集到的信息传 给 MCU 其核心是传感器 2 信息处理模块 信息处理模块包括信息处理和控制模块 其核心是 MCU MCU 接收到采集来的信号 对信号进行处理后通过一定判断并且通过一定 的计算 3 信息显示模块 信息显示模块主要是把经传感器采集来的信号通过 MCU 处理后显示出来 方便人机对话 1 4 1 出租车计价器方案设计论证出租车计价器方案设计论证 方案一 采用数字电路控制 将传感器输出的脉冲信号 经过放大整形作 为移位寄存器的脉冲 实现计价 但是考虑到这种电路过于简单 性能不够稳定 而且不能调节单价 也不能根据天气调节计费标准 电路不够实用 方案二 采用 MCU 控制 利用 MCU 丰富的 I O 端口 及其控制的灵活性 实现基本的里程计价功能和价格调节 时钟显示功能 综上考虑 我们选择了方案二 1 4 2 传感器设计方案论证传感器设计方案论证 在传感器方案的选择中 有以下两种方案供参考 方案一 一种是用 555 芯片产生固定频率的脉冲模拟 这种方案产生脉冲 频率很高 但是调节比较麻烦 方案二 采用槽型光耦的通与断来模拟转动 使用电机转盘对光耦的切割来 产生脉冲 这种方案产生脉冲频率不高 方案三 采用霍尔传感器 A44E 来测量 当磁珠接触霍尔传感器传感器产生 一个脉冲 由于霍尔传感及与 MCU 接线简单 可靠性高 成本低廉所以我决定采用霍 尔传感器 1 4 3 控制器模块方案设计论证控制器模块方案设计论证 方案一 采用可编程逻辑期间 CPLD 作为控制器 CPLD 可以实现各种复杂 的逻辑功能 规模大 密度高 体积小 稳定性高 IO 资源丰富 易于进行功 能扩展 采用并行的输入输出方式 提高了系统的处理速度 适合作为大规模控 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 4 制系统的控制核心 但本系统不需要复杂的逻辑功能 对数据的处理速度的要求 也不是非常高 且从使用及经济的角度考虑我们放弃了此方案 方案二 采用凌阳公司的 16 位单片机 它是 16 位控制器 具有体积小 驱 动能力高 集成度高 易扩展 可靠性高 功耗低 结构简单 中断处理能力强 等特点 处理速度高 尤其适用于语音处理和识别等领域 但是当凌阳单片机应 用语音处理和辨识时 由于其占用的 CPU 资源较多而使得凌阳单片机同时处理 其它任务的速度和能力降低 方案三 AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器 ROM Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory 的低电压 高性能 CMOS 8 位微存储器 具有低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器 和时钟电路 同时它具有价格低廉使用简单等特点 由于上学期间主要接触 51 单片机对其比较熟悉 51 单片机完全可以满足系 统设计要求 出于低成本及难易程度考虑决定采用方案三 1 4 4 显示模块方案设计论证显示模块方案设计论证 方案一 采用数码管 8 段数码管具有驱动电压高 功耗微大 可靠性小 显示信息量小 外围驱 动电路复杂 方案二 LCM1604 驱动电压低 功耗微小 可靠性高 显示信息量大 接 线简单 外围驱动电路少 出于友好的人机界面及硬件的复杂性考虑 因此我选择了方案二作为显示模 块 1 4 5 电源模块方案设计论证电源模块方案设计论证 电源模块为系统其它各个模块提供所需要的电源 设计中 除了要考虑到电 压范围和电流容量等基本参数之外 还要在电源转换效率 降低噪声 防止干扰 和电路简单等方面进行优化 可靠的电源方案是整个硬件电路稳定可靠运行的基 础 方案一 采用电池 电池作为常用的供电设备已经与我们生活息息相关 电池具有价格低廉 携 带方便等优点但是电压低容易老化 驱动能力不足 需要电池盒等 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 5 方案二 采用 220v 市电经变压器降压稳压器稳压为系统供电 考虑到系统调试方便性及成本问题固先采用采用方案二 1 4 6 键盘模块方案设计论证键盘模块方案设计论证 方案一 采用矩阵键盘 矩阵键盘 编程复杂 但是节省 IO 口 方案二 采用独立键盘 编程简单 但是浪费 IO 口 由于本系统按键只有 5 个分辨是调整时间时 分 秒及开始数据清零键单片 机 I O 剩余比较多 所以采用独立键盘 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 6 2 硬件设计硬件设计 2 1 控制器模块控制器模块 一个单片机应用系统的硬件电路设计包含有两部分内容 一是系统扩展 即 单片机内部的功能单元 如 ROM RAM I O 口 定时 记数器 中断系统等能 量不能满足应用系统的要求时 必须在片外进行扩展 选择适当的芯片 设计相 应的电路 二是系统配置 既按照系统功能要求配置外围设备 如键盘显示器 打印机 A D D A 转换器等 要设计合适的接口电路 2 1 1 80C51 单片机硬件结构单片机硬件结构 80C51 单片机是把那些作为控制应用所必需的基本内容都集成在一个尺寸 有限的集成电路芯片上 2 如果按功能划分 它由如下功能部件组成 即微处理 器 数据存储器 程序存储器 并行 I O 口 串行口 定时器 计数器 中断系统 及特殊功能寄存器 它们都是通过片内单一总线连接而成 其基本结构依旧是 CPU 加上外围芯片的传统结构模式 但对各种功能部件的控制是采用特殊功能 寄存器的集中控制方式 1 微处理器 该单片机中有一个 8 位的微处理器 与通用的微处理器基本相同 同样包 括了运算器和控制器两大部分 只是增加了面向控制的处理功能 不仅可处理数 据 还可以进行位变量的处理 2 数据存储器 片内为 128 个字节 片外最多可外扩至 64k 字节 用来存储程序在运行期 间的工作变量 运算的中间结果 数据暂存和缓冲 标志位等 所以称为数据存 储器 3 程序存储器 由于受集成度限制 片内只读存储器一般容量较小 如果片内的只读存储 器的容量不够 则需用扩展片外的只读存储器 片外最多可外扩至 64k 字节 4 中断系统 具有 5 个中断源 2 级中断优先权 5 定时器 计数器 片内有 2 个 16 位的定时器 计数器 具有四种工作方式 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 7 6 串行口 1 个全双工的串行口 具有四种工作方式 可用来进行串行通讯 扩展并行 I O 口 甚至与多个单片机相连构成多机系统 从而使单片机的功能更强且应用 更广 7 P0 口 P1 口 P2 口 P3 口为 4 个并行 8 位 I O 口 8 特殊功能寄存器 共有 21 个 用于对片内的个功能的部件进行管理 控制 监视 实际上是 一些控制寄存器和状态寄存器 是一个具有特殊功能的 RAM 区 由上可见 80C51 单片机的硬件结构具有功能部件种类全 功能强等特点 特别值得一提的是该单片机 CPU 中的位处理器 它实际上是一个完整的 1 位微 计算机 这个一位微计算机有自己的 CPU 位寄存器 I O 口和指令集 1 位机 在开关决策 逻辑电路仿真 过程控制方面非常有效 而 8 位机在数据采集 运 算处理方面有明显的长处 MCS 51 单片机中 8 位机和 1 位机的硬件资源复合在 一起 二者相辅相承 它是单片机技术上的一个突破 这也是 MCS 51 单片机在 设计的精美之处 2 1 2 最小应用系统设计最小应用系统设计 80C51 是片内有 ROM EPROM 的单片机 因此 这种芯片构成的最小系统 简单 可靠 用 80C51 单片机构成最小应用系统时 只要将单片机接上时钟电 路和复位电路即可 如图 2 80C51 单片机最小系统所示 由于集成度的限制 最 小应用系统只能用作一些小型的控制单元 其应用特点 有可供用户使用的大量 I O 口线 内部存储器容量有限 应用系统开发具有特殊性 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 8 图图 2 80C51 单片机最小系统单片机最小系统 1 时钟电路 80C51 虽然有内部振荡电路 但要形成时钟 必须外部附加电路 80C51 单 片机的时钟产生方法有两种 内部时钟方式和外部时钟方式 本设计采用内部时钟方式 利用芯片内部的振荡电路 在 XTAL1 XTAL2 引脚上外接定时元件 内部的振荡电路便产生自激振荡 本设计采用最常用的内 部时钟方式 即用外接晶体和电容组成的并联谐振回路 振荡晶体可在 1 2MHZ 到 12MHZ 之间选择 电容值无严格要求 但电容取值对振荡频率输出的稳定性 大小 振荡电路起振速度有少许影响 CX1 CX2 可在 20pF 到 100pF 之间取值 但在 60pF 到 70pF 时振荡器有较高的频率稳定性 所以本设计中 振荡晶体选择 6MHZ 电容选择 65pF 在设计印刷电路板时 晶体和电容应尽可能靠近单片机芯片安装 以减少寄 生电容 更好的保证振荡器稳定和可靠地工作 为了提高温度稳定性 应采用 NPO 电容 2 复位电路 80C51 的复位是由外部的复位电路来实现的 复位引脚 RST 通过一个斯密 特触发器用来抑制噪声 在每个机器周期的 S5P2 斯密特触发器的输出电平由复 位电路采样一次 然后才能得到内部复位操作所需要的信号 复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式 最简单的上电自动复位电路中上电自动复位是通过外部复位电路的电容充 电来实现的 只要 Vcc 的上升时间不超过 1ms 就可以实现自动上电复位 时钟 频率用 6MHZ 时 C 取 22uF R 取 1K PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 9 除了上电复位外 有时还需要按键手动复位 本设计就是用的按键手动复 位 按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种 其中电平复位是通过 RST 端经 电阻与电源 Vcc 接通而实现的 按键手动复位电路见图 3 2 时钟频率选用 6MHZ 时 C 取 22uF Rs 取 200 RK取 1K 如图 3 所示 80C51 复位电路 图图 3 单片机复位电路单片机复位电路 2 2 显示器模块显示器模块 LCD1604 的简介 字符型液晶 1604 主要技术参数如表 1 所示 表表 1 字符型液晶字符型液晶 1602 主要技术参数主要技术参数 显示容量 16 2 个字符 芯片工作电压 4 5 5 5V 工作电流 2 0mA 5 0V 模块最佳工作电压 5 0V 字符尺寸 2 95 4 35 W H mm PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 10 接口信号说明如表 2 所示 表表 2 1604 接口信号说明接口信号说明 编号 符号 引脚说明 编号 符号 引脚说明 1 Vss 电源地 9 D2 DataI O 2 VDD 电源正极 10 D3 DataI O 3 VL 液晶显示偏压信号 11 D4 DataI O 4 Rs 数据 命令选择端 H L 12 D5 DataI O 5 R W 读 写选择端 H L 13 D6 DataI O 6 E 使能信号 14 D7 DataI O 7 D0 DataI O 15 BLA 背光源正极 8 D1 DataI O 16 BLK 背光源负极 控制器接口说明 HD44780 及兼容芯片 基本操作时序 a 读状态 输入 Rs L Rw H E H 输出 D0 D7 状态字 b 写指令 输入 Rs L Rw L D0 D7 指令码 输出 无 E 高脉冲 c 读数据 输入 Rs H Rw L E H 输出 D0 D7 数据 d 写数据 输入 Rs H Rw L D0 D7 数据 输出 无 E 高脉冲 状态字说明如表 3 所示 表表 3 状态字说明 状态字说明 a STA7 D7 STA6 D6 STA5 D5 STA4 D4 STA3 D3 STA2 D2 STA1 D1 STA0 D0 表表 3 状态字说明 状态字说明 b STA0 6 当前数据地址指针的数值 STA7 读写操作使能 1 禁止 0 允许 注 对控制器进行读写操作之前 都必须进行读写检测 确保 STA7 为 0 RAM 地址映射图 控制器内部带有 80 8 位 80 字节 的 RAM 缓冲区 对应关系如下表 4 所 示 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 11 表表 4 RAM 地址映射图地址映射图 LCD16 字字 2 行行 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 0 7 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 0 7 指令说明 初始化设置 显示模式设置如表 5 所示 表表 5 显示模式设置显示模式设置 指令码 功能 0 0 1 1 1 0 0 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如表 6 所示 表表 6 显示开关及光标设置显示开关及光标设置 指令码 功能 0 0 0 0 1 D C B D 1 开显示 D 0 关显示 C 1 显示光标 C 0 不显示光标 B 1 光标闪烁 B 0 光标不显示 0 0 0 0 0 1 N S N 1 当读或写一个字符后地址指针加一 且光标加一 N 0 当读或写一个字后地址指针减一 且 光标减一 S 1 当写一个字符后 整屏显示左移 N 1 或右移 N 0 以得到光标不移动而屏 幕移动的效果 S 0 当写一个字符 整屏显示不移动 数据控制 控制器内部没有一个数据地址指针 用户可通过它们来访问内部的全部 80 字节 RAM 数据指针设置如表 7 所示 表表 7 数据指针设置 数据指针设置 a 指令码 功能 80H 地址码 0 27H 40 67H 设置数据地址指针 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 12 读数据 见 c 写数据 见 d 其它设置如表 7 所示 表表 7 数据指针设置 数据指针设置 b 指令码 功能 01H 显示清屏 1 数据指针清零 2 所有显示清零 02H 显示回车 1 数据指针清零 2 2 1 显示器模块电路显示器模块电路 显示模块与单片机先练的电路如图 4 所示 图图 4 显示模块电路显示模块电路 2 3 键盘接口模块键盘接口模块 独立式键盘 独立式键盘中 每个按键占用一根 I O 口线 每个按键电路相 对独立 I O 口通过按键与地相连 I O 口有上拉电阻 无键按下时 引脚端为 高电平 有键按下时 引脚电平被拉低 I O 口内部有上拉电阻时 外部可不接 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 13 上拉电阻 键盘接口电路如图 5 所示 图图 5 独立键盘电路独立键盘电路 在这里可以通过按键来实现对时间和日期的修改 对两种模式下起步价的设 置 还能修改单价 可以在价位起伏的时候司机进行自己调整 各键盘设置的功 能如表 8 所示 表表 8 键盘功能设置键盘功能设置 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 2 4 电源设计模块电源设计模块 lm317 是可调节 3 端正电压稳压器 在输出电压范围 1 2 伏到 37 伏时 能够提供超过 1 5 安的电流 此稳压器非常易于使用 电源模块电路图如图 6 所示 图图 6 电源模块电路图电源模块电路图 多功能键 上调 下调 计价 清零 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 14 参数计算 Vout 1 25 1 R2 R1 取 R2 3K R1 1K 经过计算可知 Vout 5V 2 5 时钟及温度采集电路时钟及温度采集电路 2 5 1 DS1302 时钟芯片片介绍 时钟芯片片介绍 DS1302 是美国 DALLAS 公司推出的具有涓细电流充电能力的低功耗 实时时钟电路 DS1302 的结构 工作原理及其在实时显示时间中的应用 它 可以对年 月 日 周 日 时 分 秒进行计时 且具有闰年补偿等多 种功能 时钟电路如图 7 所示 引脚如图 8 所示 图图 7 时钟电路模块时钟电路模块 图图 8 DS1302 引脚图引脚图 2 5 2 DS18b20 芯片介绍及电路芯片介绍及电路 DS18B20 数字温度计是 DALLAS 公司生产的 1 Wire 即单总线器件 具 有线路简单 体积小的特点 因此用它来组成一个测温系统 具有线路简单 在 一根通信线 可以挂很多这样的数字温度计 十分方便 DS18B20 产品的特点 1 只要求一个端口即可实现通信 2 在 DS18B20 中的每个器件上都有独一无二的序列号 3 实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温 4 测量温度范围在 55 C 到 125 C 之间 5 数字温度计的分辨率用户可以从 9 位到 12 位选择 6 内部有温度上 下限告警设置 如图 9 所示为 ds18B20 引脚图 图 10 为温度采集模块电路图 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 15 图图 9 DS18B20 引脚图引脚图 图图 10 温度采集电路图温度采集电路图 2 6 里程采集模块里程采集模块 霍尔传感器 A44E 工作原理 在输入端输入电压 Vcc 经稳压器稳压后加载 霍尔电视发生器两端 根据霍尔效应与昂立 当霍尔片处在磁场中时 在垂直于 磁场的方向通以电流 则与这二者相垂直的方向将会产生霍尔电势差 Vh 输出 该 Vh 信号经过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 OC 门输出 当施加的磁场达到工作点 即 OP B 时 触发器输出高电压 相对于地 电位 使三极管导通 此时 OC 门输出端输出低电压 通常称这种状态为开 当施加的磁场达到释放点 即 rP B 时 触发器输出低电压 三极管截止 是 OC 门输出高电压 这种状态为关 工作原理图如图 11 图图 11 工作原理图工作原理图 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 16 霍尔传感器的外形及接线如图 12 图图 12 a 霍尔传感器 霍尔传感器 图图 12 b 外形接线图外形接线图 计算是通过安装在车轮上的霍尔传感器 A44E 检测到的信号 送到单片机 经处理计算 送给显示单元 其原理如图 13 所示 图图 13 传感器原理图传感器原理图 霍尔传感器 车轮 小磁铁 P3 3 单片机 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 17 3 出租车计价器系统的软件设计出租车计价器系统的软件设计 3 1 主程序模块主程序模块 在主程序模块中 需要完成对各接口芯片的初始化 出租车单价的初始化 中断向量的设计以及中断处理 循环等待等工作 还需判断当前时间自动切换夜 间或是白天模式 自定晚上 22 点到第二天 6 点为夜间模式 计费模式则是白天 6 点到晚上 22 点起步价为 7 元 22 点到次日 6 点起步价为 7 8 元 这两种起步 价都是是可调的 当按下计价开关时 就启动计价 单片机根据里程寄存器中 的内容计算和判断出行驶里程是否已超过起步价公里数 起步价 7 或 7 8 元 5 公里 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 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 再按下复位键或者直接回到主界面系统自动对数据清零 并重新进行初 始化过程 准备对下一个顾客乘坐时重新计价 主程序流程图如图 14 图图 14 系统流程图系统流程图 读 DS1302 键盘扫描 键盘子程序 返回 系统初 始化 根据时间选择模 式 读取单价 起步价 等信息 夜间模式 白天模式 6 00 22 00 22 00 6 00 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 18 3 2 里程计数中断服务程序里程计数中断服务程序 中断计数一次代表车轮转动 1 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 LCD 显示 里程计数中断流程图如图 15 图图 15 1604 流程图流程图 3 3 按键判断子程序按键判断子程序 对于独立式键盘判键 首先看有键按下不 如果有键按下则延时一会儿 在 判断是否真的有键按下 如果确实有键按下 在判键释放 最后执行键功能程序 判键子函数的流程框图如图 16 所示 图图 16 按键扫描子程序按键扫描子程序 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 19 3 4 LCD1604 显示的判断显示的判断 1604 液晶是字符型液晶 它的内部自带字符库 它可以写四行的字符 同 时每行可以写 40 个字符 在写显示程序的时候 我们先写命令 再设定字符显 示 最后写数据 在每写一次命令或数据都需要判断液晶是否忙 液晶显示程序 流程图如图 17 所示 图图 17 液晶显示流程图液晶显示流程图 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 20 4 出租车系统的安装与调试出租车系统的安装与调试 4 1 硬件调试硬件调试 进行通电调试 检查开发板是否正常 1 当 LCD1602A 液晶背光亮 但无任何显示 就进行调节对比度后按复位 键 当 LCD1602A 液晶发光 有一排白色方框 就把 LCD1602A 拔出重新插紧 液晶 插正单片机 按复位或重新下载程序 当 LCD1602A 液晶没有反映 则 要算开电源 检查各引脚的问题 2 当 LCD1602A 都能不会有问题 可开发板还是不能正常使用 先检查下 开发板的电源是否正常 不正常则进行调试 电源正常 则使用万用表检查 AT89C52 单片机芯片是否正常 要是短路则换一个新的单片机芯片 3 当键盘的按键失效 则换过一排按键 或修好按键在进行实验验证 4 2 软件调试软件调试 输入程序并检查无误 经编译 连接后烧入开发板运行 观察现象 要是没有现象就查看下是否烧写软件出了问题 1 查看 STC ISP 软件的地址上没有显示出地址 这说明开发板和烧写软件 没有连接上 换个数据线在进行连接烧写 2 看是不是单片机的型号选错看或忘记选择 改后在下载过观察结果 3 观察下是否串行口选错了 查看我的电脑属性的硬件管理查看对应的串 行口 错了改正 改后下载过在观察结果 4 在打开文件是没有看到所要的文件 hex 则重新按确步骤编写程序 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 21 5 测试验证测试验证 5 1 计价单元测试计价单元测试 测试计数器准确度 测试方案 首先将轮胎周长设为 1 米时 利用信号发生器产生负脉冲作为模拟车轮 电 压设置 8V 左右 频率分别为 10Hz 18Hz 26Hz 34Hz 测量时间为 100 秒 测试结果如表 9 所示 表表 9 测试结果测试结果 信号发生器频率 Hz 里程显示 Km 10 1 18 1 8 26 2 6 34 3 3 里程计价测试准确度 测试中主要从白天 晚上两种模式分别测试各项功 能 再按照不同的单价 车轮长度 计算里程和总价 测试的时候将起步价白天模式为 7 元计夜间模式为 7 8 元计 每公里单价 计价设置为 1 2 元 轮胎周长为 1 9 米 假设模拟车轮转一圈实际车轮转 1 圈 测试结果如表 10 所示 表表 10 实际测试结果实际测试结果 模式 单价 元 起步价 元 里程 公里 总金额 元 1 2 7 10 19 2 0 7 2 5 12 白天 1 5 7 1 5 9 2 3 5 7 8 7 5 34 3 0 7 8 2 5 15 3 晚上 2 5 7 8 5 20 3 测试结果与理论值相符 因为总金额为 3 为整数显示 所以系统在显示时自 动将小数部分丢弃 达到设计要求 5 2 中途等待测试中途等待测试 在计价模式下 如果车轮在没有转动 则进入中途等待模式下 计时器开始 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 22 计时 测试的时候 观察时间等待 1 分钟后观察计价器是否自动加 1 元钱 结果 是自动增加总金额 说明等待系统完好 可以根据不同的需要在程序中更改等待 时间 以适应不同的需要 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 23 6 改进意见改进意见 1 显示停车等待时间 当停车等待的时候可以选择超过 30 秒没有信号输 入的时候进入停车等待 同时在 LCD1604 中出现等待计时 这样可以比较直观 的显示计价的结果 2 可以考虑增加自动语音播报芯片 这样每次按下计价开关的时候会都 会有声音提示乘客检测自己的物品以及报告里程 总金额 这样可以增加设计的 实用性 3 可以使用中文液晶显示器 显示容量大 人机界面友好 如 OCM4X8C 该液晶具有并行 串行两种接线方式 64 128 点阵 液晶自带中文字库和半宽 字型库 可以显示 16 16 点阵的字符和汉字 同时提供图形显示功能 还可以 自定义汉字显示 但是考虑到系统设计的成本较高 故未采用 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 24 7 总总 结结 本设计主要是根据微机原理课程和实验时所积累的经验及设计过程中不断 学习新的知识来完成的 设计中采用C语言来编写程序 虽然有平时积累的基础 知识 但还是不够 比如说 课程中C语言部分在教科书上也只是粗略的介绍 但是为了优化程序 实现程序的简短性设计 我找到一本关于C语言详细介绍的 书来看 发现C语言用在单片机上可以实现单片机的实用性 增加了单片机工作 的效率 在应用各种芯片的定义有了很大的简洁性 应用后使我的程序层次分明 结构清晰 此外对于单片机的各个接口 和时钟芯片 寄存器 LCD1602的1620 和各种指令和数据等方面的知识 在理论和实践中都有了深刻的认识 要能够按照自己的思路来设计实现想要的功能 要坚持不懈 本系统设计的 重点是软硬件结合 在这一设计过程中我遇到了很多困难 有的时候觉得已经山 穷水尽 可是会突然想到某一知识点的应用 然后就豁然开朗 这次毕业设计让 我更加坚定 不断学习新的知识来丰富自己 因为会遇到更多的问题需要解决 要找到问题的解决方法 就要有较多的知识积累 这样才不会无从下手 回顾这次毕业设计的过程 不仅再次锻炼了自学能力 也学会了如何去分析 问题和解决问题 对于专业知识的积累 我的感想就是 有付出 才会有回报 总结经验和教训 吸取更多的知识来充实自己 在未来的日子里不断努力进步 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 25 参考文献参考文献 1 黄冰 覃伟年 黄知超 微机原理及应用 M 重庆大学出版社 2003 2 何立民 单片机应用系统设计 M 北京航空航天大学出版社 1990 3 美 Mark D Birnbaum 电子设计自动化基础 M 机械工业出版社 2005 4 康华光 单片机典型外围器件及应用实例 M 人民邮电出版社 2003 5 马忠梅 单片机的 C 语音应用程序设计 M 北京航空航天大学出版社 2003 6 强锡富 传感器 M 机械工业出版社 2001 7 赵茂泰 智能仪器原理及应用 M 电子工业出版社 2003 8 韩衍鹏 出租车计价器传感器原理及维护 J 企业标准化 2008 1 18 18 9 邹宜哲 出租车计价器设计与维修 j 中国计量 1998 11 45 46 10 Vinay K Ingle John G Proakis Digital Signal Processing Using MATLAB M Science Press 2003 11 Kara Sadik Kemaloglu Semra Kribras Samil Low cost compact ECG with graphic LCD and phonocardiogram system design M J Med Syst Kayseri 200 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 26 谢谢 辞辞 这次毕业能够顺利完成 在这里我要衷心感谢我的毕设指导老师老师 从毕 设开始的搜集资料 外文翻译 到硬件电路制作 软件调试 老师总是在繁忙的 工作中给予我好的建议和耐心指导 不断的给我鼓励和信心 使我在她的引导下 解决设计中的各种问题 并最终完成这次毕业设计 她丰富的专业知识 和蔼慈 祥的教导 还有她严谨的治学态度 都给我留下深深的印象 没有她的耐心指导 也许就没有我今天的毕设作品 为此再次向她表示衷心的感谢 另外我还要感谢我的指导老师 在我毕业设计的调试过程中 都是指导老师 耐心的解答我的问题同时对我作品提供了很大的改进意见 还要感谢电子科技协会的同学 由于大学期间自己没有培养实践能力 使得 在制作过程遇到很多的基础不懂的地方 这些都是他们细心的给我解答 并为我 不遗余力的提供我所需要的仪器 在这里表示深深的感谢 总之 这次毕设课题 的完成 是离不开大家的交流和帮助的 感谢给我帮助的所有人 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 27 附录附录 A 源程序源程序 include unsigned char key1n 0 shi 0 fen 0 miao 0 nian 0 yue 0 ri 0 week 1 include 1602 h include 18b20 h include DS1302 h include keyscanf h define unchar unsigned char define unint unsigned int unint cnt bit nd flag 0 void init 定时器 计数器设置函数 P3 0X00 TMOD 0 x11 指定定时 计数器的工作方式为 3 TH0 0 TL0 0 TH1 0 x3C 定时 50MS TL1 0 x0B0 EA 1 系统允许有开放的中断 ET0 1 允许 T0 中断 ET1 1 TR0 1 开启中断 启动定时器 TR1 1 开启中断 启动定时器 EX0 1 开外部中断 0 IT0 1 外部中断 0 下降沿触发 PT0 1 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 28 在液晶屏上显示初始化的价格里程单价等待时间字符 void PriceInit lcd pos 2 0 prints Pri 00 lcd pos 2 6 prints km lcd pos 2 10 prints Wat 00 lcd pos 3 0 prints Moy 00 lcd pos 3 8 prints Dis 00 lcd pos 3 14 prints km 通过 1302 判断白天还是晚上从而改变单价 void Day Night uchar Time 判断白天还是黑夜参数 Time CurrentTime TimeString 0 0 10 CurrentTime TimeString 1 0 if Time 22 Time6 prints Day Pri 1 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 29 nd flag 0 价格计算函数 void PriCou unchar temp