多功能出租车计价器的设计.doc

河南大学2009届本科毕业论文多功能出租车计价器的设计The Design of Multi-function Taximeter论文作者姓名： 作者学号： 所在学院：计算机与信息工程学院 所学专业：自动化 导师姓名职称： 论文完成时间：2009年5月25日 2009年5月25日河南大学2009届毕业论文（设计、创作）开题报告（由学生本人认真填写）学号05023403姓名王天祥导师姓名职称张延宇(助教)开题时间2008年12月1日课题题目多功能出租车计价器的设计课题来源导师指定 自定 其他来源课题的目的、意义以及和本课题有关的国内外现状分析：1、目的：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。2、意义：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。但是总存在着买卖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。3、现状：目前市场上出租车计价器功能主要有具有数据的复位功能，白天/晚上转换功能，数据显示功能，计时计价功能等等，但能够进行数据信息打印功能，掉电存储能力的计价器还是比较少见的，针对这一点我们设计一款多功能出租车计价器，在原有功能上设计一款功能明确，操作简单，计算准备和成本性能可靠的具有数据信息打印，具有掉电存储能力，并且能够显示一段时间的总的营业额。 研究目标、研究内容和准备解决的问题：1、目标： 能够实现计价器的计价，数据显示和打印，计价的累加和掉电存储功能，使出租车计价器的功能更加完善，方便，快捷。2、内容：用单片机、A44E霍尔传感器，以及AT24C02掉电存储蕊片，实现对出租车的计价、显示和打印功能。3、准备解决的问题：如何解决里程检测电路，如何实现计价器的掉电存储能力和存储打印和显示的驱动能力，如何实现多次计价的累加和显示。拟采取的方法、技术或设计（开发）工具： 软件环境：单片机的程序开发环境采用masm，开发语言是汇编语言。各种功能模块的程序流程图用Diagram Designer编辑流程图进行绘制。 硬件环境：硬件电路原理图用Protel 99SE绘制。 预期成果：1、毕业设计成果系统整体框图、整体原理图、模块原理图、主要程序模块及流程图。2、毕业论文进度计划：2008.12.1 - 2008.3.5：查找资料、搜集相关素材2009.3.6 - 2008.3.26 完成需求分析2009.3.27 - 2008.4.7：完成概要设计2009.4.8 - 2008.4.15：完成详细设计2009.4.16 -2008.4.28：完成编码2009.4.29 - 2008.5.4： 完成软件测试2009.5.5 - 2008.5.15：整理资料、撰写毕业论文2009.5.16 - 2008.5.25：根据导师要求，完善毕业设计和论文指导教师对选题报告的意见： 同意开题。 指导教师签名： 2008年12月1日 河南大学2009届毕业论文（设计、创作）任务书（由学生本人认真填写）学号05023403姓名王天祥导师姓名张延宇任务书起止日期2008年12月8日 至 2009年5月25日论文提要：本文将主要介绍开发一个基于AT89S52单片机为中心，以A44E霍尔传感器实现检测里程，采用AT24C02实现系统掉电的时候保存单价，输出采用8段数码显示管，实现对出租车的计价功能，而且能够统计一段时间内的总的营业额，司机只需要按几个键就可以显示所需要的功能。课题任务要求：认真研究计价器系统及用到的各种芯片，熟悉其主要工作原理，充分做好系统分析、设计的内容；本系统完成后应该初步实现计价器的计价控制。依据所完成的软硬件撰写论文 主要参考文献：1邱关源. 电路第四版. 高等教育出版社2孙育才. 单片微型计算机及其应用.东南大学出版社.3赵晶主.电路设计与制版Protel 99SE高级应用M.北京：人民邮电出版社4周荷琴吴秀清. 微型计算机原理与接口技术.中国科学技术大学出版社5陈小忠.单片机接口技术实用子程序M.北京:人民邮电出版社,2005.6 王庆. Protel 99 SE&DXP电路设计教程(附盘).电子工业出版社.2006 7 AT89S52 datasheet 河南大学2009届毕业设计（论文、创作）中期检查表学院名称：计算机与信息工程学院题目名称多功能出租车计价器的设计学号05023403所学专业自动化指导教师姓 名张延宇姓名王天祥一、毕业设计进展情况已经搜集了大量有关系统硬件及软件设计的资料，并查阅了有关的书籍，通过参考这些资料，我已经勾画出系统硬件的整体框图，并画出各模块的电路图。并根据系统框图和电路图，采用Protel 99 SE 进行硬件原理图设计。后续工作是进行系统软件设计。 二、存在问题画出的系统硬件的总体电路图的连线有不正确的地方，功能还不够完善，各个模块的功能还不能够完全实现，而且系统中有不合理的地方需要进一步的改正。三、下一阶段的研究方法或设计思路首先编写程序，然后通过模拟器进行调试。在以后的一段时间我将继续完善系统功能，细化分模块实现。去除其中不合理的部分，增强系统功能，并做出并完善系统原理图，分模块设计软件部分，检查有出错隐患的细节并改正。 四、指导教师对学生设计（论文、创作）进展等方面的评语 指导教师签字： 2009年4 月 25日此表除第四项外由学生填写指导教师签名 河南大学2009届毕业论文（设计、创作）综合成绩表（一）学院名称：计算机与信息工程学院学 号05023403姓名王天祥专业自动化指导教师张延宇老师综合得分论文题目多功能出租车计价器的设计指导教师评语及得分指导教师评语评分项目分值指导教师对毕业论文（设计、创作）评分撰写开题报告、文献综述15调查研究查阅整理资料10学习态度与规范要求10数据处理、文字表达10论文（设计、创作）质量和创新意识55合计100得分指导教师签名 2009年 月 日评阅教师评语及评分评阅教师评语评分项目分值评阅毕业论文（设计、创作）评分撰写开题报告、文献综述15调查研究查阅整理资料10学习态度与规范要求10数据处理、文字表达10论文（设计、创作）质量和创新意识55合计100得分评阅教师签名 2009年 月 日此表由教师填写 河南大学2009届毕业论文（设计、创作）综合成绩表（二）学号05023403姓名王天祥所在学院计算机与信息工程学院答辩委员会评语及评分答辩委员会评语答辩委员签字： 2009年 月 日评分 项目 分值论文答辩小组评分答辩情况论文质量合计（100）内容表达情况（15）答辩问题情况（25）规范要求与文字表达（20）论文（设计、创作）质量和创新意识（40）得分 答辩委员会主任签字： 2009年 月 日毕业论文（设计、创作）成绩综合评定： 分综合评定等级：备注：一、论文的质量评定，应包括对论文的语言表达、结构层次、逻辑性理论分析、设计计算、分析和概括能力及在论文中是否有新的见解或创新性成果等做出评价。从论文来看学生掌握本专业基础理论和基本技能的程度。二、成绩评定采用结构评分法，即由指导教师、评阅教师和答辩委员会分别给分（以百分计），评阅教师得分乘以20%加上指导教师得分乘以20%加上答辩委员会得分乘以60%即综合成绩。评估等级按优、良、中、差划分，优90-100分；良76-89分；中60-75分；差60分以下。三、评分由专业教研室或院组织专门评分小组（不少于5人），根据指导教师和答辩委员会意见决定每个学生的分数，在有争议时，应由答辩委员会进行表决。四、毕业论文答辩工作结束后，各院应于6月20日前向教务处推荐优秀论文以汇编成册，推荐的篇数为按当年学院毕业生人数的1.5%篇。五、各院亦可根据本专业的不同情况，制定相应的具有自己特色的内容。须报教务处备案。六、书写格式要求：1、目录；2、内容提要须书写200左右汉字，开题报告（文科除外）的内容要根据不同专业的课题任务要求，阐述查阅文献、文案论证、解题思路、工作步骤等；3、正文（含引言、结论等）；4、参考文献（或资料） 河南大学本科生毕业论文（设计、创作）承诺书论文题目多功能出租车计价器的设计姓 名王天祥所学专业自动化学 号05023403完成时间2009年5 月25日指导教师姓名职称张延宇（助教）承诺内容：1、本毕业论文（设计、创作）是学生 王天祥 在导师张延宇老师的指导下独立完成的，没有抄袭、剽窃他人成果，没有请人代做，若在毕业论文（设计、创作）的各种检查、评比中被发现有以上行为，愿按学校有关规定接受处理，并承担相应的法律责任。2、学校有权保留并向上级有关部门送交本毕业论文（设计、创作）的复印件和磁盘。备注：学生签名： 指导教师签名： 2009 年 5 月 日 2009年 5 月 日说明：学生毕业论文（设计、创作）如有保密等要求，请在备注中明确，承诺内容第2条即以备注为准。 IX目 录摘 要1ABSTRACT2第1章 引言31.1 选题背景及意义31.2 本文所做的工作3第2章 系统硬件设计及模块简介42.1 系统总体功能概述42.2 单片机主电路52.3 里程检测计算电路62.4 键盘电路82.5 显示、打印电路82.6 掉电存储电路112.7 电源电路11第3章 系统软件设计133.1 软件功能概述133.2 主程序133.3 里程检测与计算子程序143.4 键盘扫描子程序163.5 显示、打印驱动程序16结 论19致 谢20参考文献21附录22多功能出租车计价器的设计摘要目前出租车计价器已经在出租车行业中得到了广泛的使用，其计价性能也相当精确，在此基础上，我想设计一款更多功能的出租车计价器。本电路以AT89S52 单片机为中心，附加A44E 霍尔传感器测距，实现对出租车计价统计，采用AT24C02 实现在系统掉电的时候保存单价和系统时间等信息，输出采用8 段数码显示管。本电路设计的计价器不但能实现基本的计价，还能记录当前总的营业额。关键词：AT89S52单片机 A44E霍尔传感器 断电保存 ABSTRACT Present taximeter has already been widely usedin the taxi industry ,its performance is quite accurate valuaiton .On this basis ,I would like to design a taximeter of more function.The circuit of AT89S52 MCU as the center, additional A44E Hall sensor location and realize the Taximeter statistics, a brownout AT24C02 achieve in the system and when the system priced preservation time information, output by paragraph 8 of the digital display. The circuit design of the meter can not only realize the basic valuation, but also can record the sum value of the business recently. Keywords: 89S52 MCU A44E Hall sensor power preservation of digital display paragraph 第1章 引言1.1 选题背景及意义 近几年来，出租汽车行业在各地得以蓬勃发展，出租车经营更加步入正轨的状态，出租车计价器成为出租车营运中必配的、可靠的计量器具，其使用准备性直接关系到经营者与乘客的经济利益。但是在实际的运营中，总有不少经营者或乘客反映相同路径，不同车辆的收费有较大的出入。计价器的设计早已成熟，但还可以在此基础上增加一些功能，以使得出租车计价器的功能和性能更加完善。本文设计的出租车计价器系统电路结构简洁，只需要5个按键就可以实现所需要的功能。本课题要求以AT89S52单片机为中心，附加A44E霍尔传感器测距，实现对出租车的计价器统计，采用AT24C02实现系统掉电的时候保存单价，输出采用8段数码显示管，实现基本的计价和打印功能，并且能够统计总的营业额，具有很大的应用前景。1.2 本文所做的工作本系统采用ATMEL公司生产的芯片AT89S52，本文采用芯片作为控制器及微片理器，完成以下的工作：1.使用A44E霍尔传感器实现里程检测的功能；2.使用AT24C02实现计价器的掉电存储能力，能够存储掉电时的单价；3.显示驱动电路，打印功能；4.设计能够把各个价格累加起来,实现总的营业额的电路；5.设计主要软件程序模块，完成软件设计；第2章 系统硬件设计及模块简介2.1 系统总体功能概述由设计要求设计出一款出租车计价器，该计价器由单片机AT89S52控制，能自动调整白天、晚上计价模式，可由按键手动控制单价、收费信息打印等功能。由霍尔转速传感器A44E来来检测发动机主轴的转数，以此推算行走里程。并且由AT24C02实现掉电存储能力。总体电路框图为： 89S52单片机显示电路按键控制 掉电存储电路里程检测单元打印信息传感器信号空车灯显示 图2.1 总体电路框图 利用单片机丰富的 I/O端口，及其控制的灵活性，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，实现基本的里程计价功能和价格调节、路程显示功能。单片机采集并判断空车灯信号及路程检测传感器信号,当出租车启动时,单片机检测到霍尔传感器的脉冲信号并进行里程计算。当无乘客时，单片机调用时间显示程序，用LED进行时间显示；当空车灯掰下，乘客上车时，通过时间信息分辨白天/晚上，然后调用AT24C02程序获取白天/晚上的单价及起始价，便开始计价并显示时间，里程和金额等信息；当空车灯打上乘客下车时，能够打印好发票，单片机将营运数据信息存储到24C02中，以待计算总的营业额。等出租车再次启动后单次金额与里程等信息清零复位，就此完成一次计价。2.2 单片机主电路采用单片机AT89S52芯片，其介绍为：AT89S52是一种低功耗，高性能CMOS8位微处理器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入控制应用系统提供高灵活，超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能：8K字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至0HZ静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM，定时器/计数器，串口，中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。主要性能： 与MCS-51单片机产品兼容 8K字节在系统可编程Flash存储器 1000次擦写周期 全静态操作：0Hz33Hz 32个可编程I/O口线 三个16位定时器/计数器 低功耗空闲和掉电模式 看门狗定时器部分引脚及其第二功能为:引脚号 第二功能引脚号第二功能P1.0T2的外部计数输入,时钟输出P3.1TXD(串行输出)P1.1T2EX触发信号和方向控制P3.2INT0(外部中断0)P1.5MOSI(在系统编程中用)P3.3INT1(外部中断1)P1.6MISO(在系统编程中用)P3.4T0(定时器0外部输入)P1.7SCK(在系统编程中用)P3.5T1(定时器1外部输入)P3.0RXD(串行输入)P3.6WR(外部数据存储器写选通)2.3里程检测计算电路出租车中需要一个能准确获得车轮转动即路程计量信号的装置，以得到标准的脉冲信号送到单片机的定时/计数器T0即P3.2引脚，利用单片机的T0的计数功能完成100次的计数后产生一中断来完成路程的测量。(设车轮周长为1M，则霍尔传感器每产生100个脉冲便表示车已行驶0.1KM，根据实际情况在程序中进行设置)。 里程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2.2所示。在霍尔电势发生器的两端加上电压VCC后，根据霍耳效应原理，当霍耳片处在磁场中时，霍尔传感器的输出端输出低电平。当车轮转动一圈时小磁铁提供一个磁场，则霍尔传感器输出一次低电平完成一次数据采集。我们选择了P3.2口作为信号的输入端，内部采用外部中断0，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1000次时，也就是1公里，单片机就控制将金额自动的增加，其计算公式：当前单价*公里数=金额。 霍尔传感器车轮小磁铁P3.289S52单片机 图2.2传感器测距示意图 由于A44E属于开关型的霍尔器件,基工作电压范围比较宽(4.5V18V),基输出的信号符合TTL电平标准,可以直接接到单片机的IO端口上,而且其最高检测频率可达到1MHZ。 图2.3 集成开关型霍尔传感器原理图 A44E集成霍尔开关由稳压器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OC门输出E五个组成部分。2.4 键盘电路电路共采用了5个按键，S1键为显示时间，S2键为显示此次的总金额和单价，S3键为路程、单价显示，S4键显示白天/夜晚单价，S5显示总的营业额。图2.4键盘电路图 当S1-S5未按下时，P1.0-P1.4为高电平，单片机通过P1.0-P1.4进行高低电平扫描，来识别所要的操作。2.5 显示、打印电路由于设计要求有单价（2位），路程（2位），总金额（3位），时钟显示（包含时分秒的显示），总的营业额（4位）LED液晶段码显示，在距离屏幕1米之外就无法看清数据，不能满足要求，而且在白天的其对比度也不能够满足要求，因此我们采用8位LED数码管的分屏显示如图2.5所示： 图2.5 LED 分屏显示图 当车在行走和到达目的地的时候，可以根据客户要求一直显示总金额、路程、当前单价显示，以便客户查询。而司机可以根据时间的不同而自动调整是白天的价格和晚上的单价，当隔一段时间后，司机想看看当前的总的营业额是多少时，按下S5键，就可以清楚的看到了，非常方便司机的查询。 从单片机串口输出的信号先送到移位寄存器（74HC164），由于移位脉冲的作用，使数据向右移，达到显示的目的。移位寄存器74HC164还兼作数码管的驱动，有两个插头，其中插头1接电源，插头2接数据和脉冲输出端。电路中可以加入整流管，可以很好的降低数码管的工作电压，增加数码管的使用寿命。如图2.6所示： 图2.6显示器原理图示 图2.7 微型打印机接口电路图示当出租车到达指定地点时，便能根据指示产生一个信号通知单片机AT89S52，单片机启机打印服务，将行车的单价，里程，金额，日期等打印成出租车专用发票，打印采用炜煌A6热敏微型打印机。该系列打印机外形小巧，同时兼有RS232和TTL电平输出，我们直接选择TTL电平和串口打印机，这样与单片机连接电路简单，程序也不复杂。打印机将BUSY线置为忙（高电平），禁止新数据输入，当打印机取走数据并处理完毕后，BUSY线被置为闲（低电平），同时送出回答脉冲ACK通知系统，可以再次输数据。 2.6 掉电存储单元掉电存储单元的作用是在电源断开的时候，存储当前设定的单价信息。AT24C02是ATMEL公司的2KB字节的电可擦除存储芯片，采用两线串行的总线和单片机通讯，电压最低可以到2.5V,额定电流为1mA，静态电流10Ua（5.5V）。芯片内的资料可以在断电的情况下保存40年以上，而且采用8脚的DIP封装，使用方便。其电路图如图2.8所示： 图2.8 掉电存储电路原理图图中R8、R10(阻值为5.1K)是上拉电阻，其作用是减少AT24C02的静态功耗，由于AT24C02的数据线和地址线是复用的，采用串口的方式传送数据，所以只用两根经SCL(移位脉冲)和SDA(数据/地址)与单片机传送数据。每当设定一次单价，系统就自动调用存储程序，将单价信息保存在芯片内；当系统重新上电的时候，自动调用读存储器程序，将存储器内的单价等信息，读到缓存单元中，供主程序使用。2.7 电源电路该模块为一开关电源，将输入的12V直流电源变为稳定的5V电源。由于12V电源由出租车上的电瓶提供，其电压有一定的离散性，当电瓶质量不好时12V电源较低。并且计价器的工作环境比较差，它要求有抗振动，抗高低温，抗潮湿，抗干扰的能力，特别是电源方面的干扰，如出租车启动时，发动机打火，电瓶充电等会造成输入计价器的+12V电源不稳定。因此采用+12V电瓶电源经过滤波和电源稳压芯片7805后得到+5V的稳定电压输出，保证整个系统能够正常工作。如图2.9所示：图2.9 电源电路图 第3章 系统软件设计3.1 软件功能概述本系统中的程序设计采用模块化的设计方法。多个功能模块的功能相互独立，又能够互相调用，修改非常的方便，具有较强的可读性。在系统的硬件确定以后，足够强大的且功能完善的软件能够很好的指导和协调硬件的工作，可使系统发挥其最大的作用，并且便利以后的更新换代升级。主程序完成的任务相对简单，它只是完成初始化等工作而进入等待方式。由于单片机不能一直处于查询状态，那样太浪费单片机资源，又不利于系统整体流程的复杂程度，并且系统在3种功能之间切换具有不确定性，所以采用了中断方式。软件设计部分可分为：主程序控制程序，外部中断0空车灯信号中断程序，外部中断里程计算程序，LED显示程序，24C02数据存储程序，打印程序和按键服务程序等；在整个软件中一些变量使用全局变量形式，以供主程序的调用并进行显示。 3.2 主程序设计在主程序模块中，需要完成对各芯片的初始化（AT24C02，及微型打印机），各中断的初始化，另外，在主程序中还需要设置启动/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。主程序流程图如图3.21所示。当空车信号灯打下时，表示有乘客上车，就启动计价，将根据里程寄存器中的内容计算和判断行驶里程是否已超过起价公里数。若已超过，则根据里程数，每公里的单价和起价来计算出当前的价格，并将结果存于价格寄存器中，然后将当前的时间和价格送LED显示电路显示出来。当达到目的地的时候，司机把空车灯打上，就停止计价，显示当前所应付的金额和对应的单价，并进行票据的打印。当乘客下车后，启动出租车，计价器检测到传感器的脉冲信号，系统自动对显示清零，并重新进行初始化过程，完成1次计价。并把价格进行存储，并且可以进行价格的累加，当按下按键后，可以显示一段时间的总的营业额，并且可以显示出来，同时能够进行复位操作。 3.3 里程检测与计算子程序根据霍尔效应，在车轮上安装磁片，而将A44E霍尔传感器安装在固定轴上，通过对脉冲计数进行距离测量.出租车车轮每转一圈。霍尔元件产生的脉冲冲入单片机的T0口进行计数，单片机完成脉冲数到距离的转换。在后轮安装一个磁极,测量误差是一个车轮的周长，不过可以在软件中进行给予补偿。图3.2 里程检测子程序流程图3.4 键盘扫描子程序本系统根据设计要求采用键码分析作业调度。因为在这个设计中，我们是多个按键对应多个功能的，整个系统需要根据当前获得的一个键码来决定哪一个作业投入运行，而必须根据一个按键操作来启动一个作业。按键采用查询的方式，把其放在子程序中。当按下键S1时,显示时间;其中S2显示此次的总价和单价，S3显示路程和单价并且打印,S4显示白天/夜晚单价，S5显示总的营业额。 一旦有键按下，便转向对应的子程序处理，处理结束后再返回。按键服务包括了司机查询与出租车管理人员对数据的调整。 图3.3 按键对应子程序流程图3.5 显示、打印驱动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。LED显示采用中断方式，每隔2S在显示屏上显示，如果太快，则无法看到显示屏上的数据。流程图如下： 图3.4 LED显示流程图 为了保证打印机不会出现死机现象，在软件设计时设计了定时复位程序，当打印机处于空闲状态达到达2S时，引起定时中断,打印机自动复位，从复位入口点开始重新运行程序，当打印机处于走纸或打印状态时，不断复位定时器，禁止打印机复位，程序流程图如图所示：图3.5 打印模块流程图结 论本次毕业设计经过努力，整个系统实现了预期的目标，达到了控制的可操作性,灵活性,稳定性的