出租车计价器系统设计毕业论文

出租车计价器系统设计目录摘要3第一章前言4第二章系统的工作原理及组成7第一节设计要求7第二节总体方案构想7第三节总体设计方案的论证与选择7第四节总体设计框图10第三章硬件设计12第一节硬件设计概述12第二节AT89S51单片机及其引脚说明13第三节里程计算单元设计18第四节AT24C02掉电存储单元的设计24第五节显示单元的设计28第四章系统的软件设计32第一节模块介绍32第二节主程序模块32第三节里程计数中断服务程序34第四节显示子程序服务程序35第五章结论与展望36参考文献37摘要现代社会中，出租车计价器系统是乘客与司机都不可或缺的设备，同时是出租车中相当重要的组成部分，没有了出租车计价器系统出租车便寸步难行，会给司机和乘客带来很大的麻烦，出租车计价器系统更是现代出租车行业发展的标志性设备之一，出租车行业的发展有很大一部分都体现在计价系统的更新和换代上。它对于交易双方即乘客和司机都利益相关。一个设计不完善，性能不够优良，不够效率的计价系统会使得乘客不满，并且使司机师傅工作更加复杂，而整个行业都使用设计不完善，性能不够优良，不够效率的计价系统会使得整个出租车行业的发展变得缓慢。因此，在高速发展的今天，无论是出租车司机还是乘客都迫切的需要性能良好的出租车计价器系统。因此出租车计价器系统设计具有相当大的研究价值，同时也具有很深刻的社会意义。选择用何种手段完成出租车计价器系统设计也是很重要的问题，因为单片机功能强大，灵活性也相当强，并且通过软件编程能够实现模式转换等各种所需的功能从而避免了机械开关的不稳定性，相对于数字或者模拟电路的规模庞大，器件过多，调试困难，故障率高，单片机系统拥有巨大的优势，因此采用单片机来设计出租车计价器系统，并且能很好的完成设计问题中的各种要求。关键词出租车计价系统单片机第一章前言近十几年来我们的国家经济发展十分迅速，城市的交通也日渐完善，城市中出租车的数量也日渐增多，这样使得出租车计价器系统也越来越多，同时对计价系统的各种要求和需要也越来多并且复杂。同时，虽然私家车的数量也有较大幅度的提高，但是出租车在交通运输中还是承担着相当重要甚至是第一位的角色，而出租车计价器系统又是出租车不可或缺的组成部分，也是整个出租车最重要的部分，它是负责记录并显示出租车运营费用情况的仪表。乘客不仅要求计价系统性能要保持稳定、计费也必须准确并且对它的其他要求也越来越高。因此出租车计价器系统的设计和完善是一个非常重要并且具有很大意义的课题。出租车近几年来已经成为城市交通的重要组成部分，它是现代化城市所必须具备的重要设施，它已经成为了人们工作生活中必不可少的交通工具和代步工具。而出租车必须安装了出租车计价器系统才能够进行正常的运营，因此可以说出租车计价器系统和出租车是密不可分的，少了出租车计价器系统的话整个城市交通都将陷入瘫痪。因此我们说出租车计价器系统是不可或缺的。下面简单介绍一下出租车计价器系统，它是一种能够计算并显示乘客乘坐出租车的里程和等待时间，并将里程和时间计算为所需费用的器件。同时因为计价系统是乘客和出租车司机之间进行结算的工具，因此它必须具有非常稳定的性能和相当高的准确性，这样才能使乘客得到更加有保障的服务，使乘客坐出租车坐的安心，并且使出租车司机朋友的工作压力大大减轻。根据国家相关的法律和法规，出租汽车计价系统是首批列入国家强制检查的工作计量器具，同时也是这些年来国家质量监督部门强化监察管理的六类重点工作计量器具，由此可以看到出租车计价器系统的重要性以及国家对于它的重视程度，因此，设计一个性能良好效率高的计价系统也是一个刻不容缓，非常重要，同时也是对整个社会有积极意义和影响的重要课题。出租车在我们国家的兴起还要追溯到上个世纪八十年代，随着近些年来我国国民经济的飞速提高，出租车已成为城市交通的重要组成部分同时也是市民平时工作生活出行代步不可或缺的工具。多年来国内使用的计价系统通常只具备单一的计程功能，因此近些年来随着乘客要求的不断上升，同时也为了满足出租车行业的整体发展，更加新颖同时功能更强大的计价系统势在必行。如今在我们国家能生产计价系统的企业有上百家，大部分都在北京，上海，沈阳等地，这也比前些年来仅仅几个厂家能够生产计价系统有了很大提升。经过大量的资料查询和市场调研，可知出租车计价器系统主要由以下几个部分组成，它们分别是核心部件51单片机，使用霍尔传感器A44E组成的里程计算单元，使用AT24C02芯片设计的掉电存储单元，使用6位LED数码管设计的显示单元，同时还有按键单元。这些单元的功能分别是51单片机负责存储和计算各种出租车计价器系统所需要的数据，里程计算单元负责记录出租车行驶的距离同时传送给51单片机，掉电存储单元则可以在计价系统掉电的时候紧急存储计价系统中保存的数据，显示单元负责向出租车司机和乘客显示本次旅程的行驶距离以及通过单价计算得到的本次旅程总费用。这些部分是紧密相连的，缺少了任何一部分出租车计价器系统都会无法完成某些功能甚至完全不能工作，因此，一个健康的，良好的设计也是出租车计价器系统的灵魂。出租车是城市交通最重要组成部分，而经过近些年的快速发展，出租车行业也已经成为了一个城市发展的标志，同时也是每个城市的一道亮丽的风景线，整齐划一的出租车让第一次来到这个城市的人可以很好的了解这个城市的风貌，因此出租车行业在高速发展的今天也变得越来越重要，越来越多的人注意到了出租车行业的发展。而出租车计价器系统则是出租车司机和乘客之间的交易准则，通过计价系统乘客和司机师傅都可以很清楚明白的看到本次旅程的距离和费用，这样就使得整个过程变得清楚明白透明化，因此计价系统在出租车上是不可或缺的，出租车计价器系统则是出租车的灵魂，没有了计价系统，出租车也就称不上出租车了。可以看到，出租车计价器系统的发展必须跟得上整个行业的发展，因此设计更快更好的计价系统也势在必行了。它是出租车行业发展的最重要标志之一，也是是出租车中最重要的部件。它与交易双方的利益密切相关。因此无论乘客还是司机师傅都迫切需要一个具有良好性能同时非常稳定的计价系统。因此计价系统的设计也是一个非常重要的社会课题。下面简单介绍一下出租车计价器系统的发展历程第一代计价系统在出租车行业在我国刚刚兴起的时候被普遍使用，它通常只具备单一的计程功能，因此随着出租车行业的不断发展，功能更加全面的计价系统也被设计出来了。第二代计价系统在几年之后就被设计出来了。它采用了机械结构与手摇计算机相辅相成的方式，因此实现了半机械半电子化。这样它就能同时进行计算里程和计算费用两项工作。又过了几年，计算机行业的发展带来了大规模集成芯片，这也给计价系统带来了翻天覆地的变化，第三代计价系统也被设计出来了，它是全电子化的计价系统。它的功能也得到了极大提升，不仅能够实现计算里程和计算费用，同时也能够满足乘客和司机的各种其他要求例如显示和按键以及停车等待等等。单片机以及外围芯片的发展极大的促进了计价系统的发展进步。第二章系统的工作原理及组成第一节设计要求（1）记录能够记录车辆行驶的距离。（2）计算能够通过车辆行驶距离计算和单价计算得到本次旅程缩需要的费用。（3）显示要求能够显示里程，单价，金额。（4）计价要求25公里以内5元，25公里以外每公里2元。第二节总体方案构想通过查阅各种资料我了解到出租车计价器系统的各种功能以及组成部分，首先是里程计算部分，这部分能够记录出租车行驶的里程以便单片机将行驶里程转化为总金额，其次是掉电保护装置，这部分能够保证在电源断电的情况下使得计价系统中的信息不丢失，然后是键盘控制，这部分能够让司机对计价系统进行各种操作，最后是显示部分，这部分能将行驶里程，总金额等数据显示给顾客查看。通过将以上各个部分组合起来就能实现一个完整的出租车计价器系统，而整个计价系统的性能与每个部分都密切相关，因此必须精密而准确的设计每个部分从而完整的将出租车计价器系统好而精确的设计出来，而这也正是我们这个题目最重要的目的。第三节总体设计方案的论证与选择总体设计方案是出租车计价器系统的灵魂以及核心，是整个出租车计价器系统设计过程中最重要的部分，选择一个正确的总体设计方案不仅会使整个计价系统变得效率高，结构简单，同时成本也会变得廉价，这样才能使出租车计价器系统的更新换代跟得上整个出租车行业的发展，也可以相辅相成的促进整个出租车行业的发展。因此总体设计方案的论证与选择变得非常重要同时选择起来也必须慎之又慎。通过总结四年的大学学习知识我分析出本设计有两种设计方案，分别是数字电路控制和单片机控制，然后我分别对这两种方案进行了详细而严密的分析，具体结果如下231数字电路控制随着出租车行业的不断发展，对于出租车计价器系统的要求也越来越多，计价系统的工作环境也越来越复杂，乘客和司机师傅的要求也越来越复杂，考虑到由于数字电路过于简单而导致没有掉电保护等等各种附加电路，而计价系统在出租车这种环境很复杂，条件也不是很好的地方工作，因此性能还不能够保持稳定，就是说在复杂条件下很容易不稳定，在很多场合就会导致计价系统出现问题甚至是失效，而这并不是我们所期望的，我们设想中的计价系统能够在任何条件和情况下均能很好的完成我们的计价工作。因此从稳定性方面来考虑采用数字电路设计出租车计价器系统并不是十分理想。同时数字电路结构结构过于简单也导致了这种设计不能满足日益发展的出租车行业的高速需求，即乘客和司机的各种不同的需求，而且这种电路的可扩展性非常不好，每当出现一个新的要求都必须重新设计一个全新的设计电路，因此这样极大的增加了设计人员的工作强度同时也极大的增加了计价系统更新换代的成本，这样是不利于整个出租车行业的有利而且循环的发展的，同时也会阻碍出租车行业的正常发展，使得整个城市交通变得更加不方便而且不快捷，也使得人们的出行变得困难。因此从扩展性的方面考虑采用数字电路设计出租车计价器系统也并不是十分理想的。另外，数字电路的成本过高也将会使整个计价系统的成本过高，这样就使的新式出租车计价器系统的推广变得更加困难而且复杂。从各个方面数字电路都不能满足我们的要求，因此不优先考虑使用数字电路出租车计价器系统的设计。其原理图如下图21数字电路原理图232单片机控制近些年来随着单片机等大规模集成电路的不断发展和完善，应用单片机进行出租车计价器系统的设计也越来越广泛，结合在引言中对于单片机的介绍了解到，由于单片机的I/O端口很丰富，这样就能实现在只使用一片单片机就完成里程的计价功能和时钟显示功能。而且由于单片机是大规模集成电路，大部分部件均集成在同一片芯片上，这样就使得整个出租车计价器系统的稳定性变得很高，因此它就能满足在出租车各种情况和极端条件下均能保持稳定的要求。由于单片机的扩展性能很好，这样就能扩展其他很多之前我想到的各种功能，并且满足司机师傅和乘客的各种各样的要求，同时因为扩展性好，在出现新的要求时也可以不对整个系统进行废弃而仅仅增加一个外设器件就可以满足要求。这样就使得使用单片机的出租车计价器系统的更新换代变得简单方便并且费用低廉。另外由于单片机的价格低廉，就使得整个出租车计价器系统都变得相对廉价，这样就使得新一代的使用单片机设计的出租车计价器系统的推广变得简单易行同时使得出租车的成本变得更小。里程传感器移位传感器单价显示金额显示电源电路及保护电路由此可以看到单片机相对于数字电路具有巨大优势，它具有电路规模较小，器件稳定性好即在绝大多数情况下均能保证良好的性能，扩展性也极其优良，通过增加小小的组件就能实现新的功能，同时价格低廉。因此我决定利用单片机进行设计。其原理图如下图22单片机控制计价系统原理图第四节总体设计框图在上面我们已经对总体设计方案进行了论证以及选择，经过论证我们确定了利用AT89S51单片机来完成我们本次出租车计价器系统的设计课题。同时我们又对里程测量单元进行了分析和论证，通过分析和论证我们在霍尔线性原件和霍尔传感器A44E之间选择了后者霍尔传感器A44E。这样选择了核心部件以及里程测量部件我们就可以对本次设计进行一个系统而详实的描述。在本次出租车计价器系统的设计中我们利用单片机AT89S51芯片来作为设计的核心部件以及灵魂，它负责接受处理从霍尔传感器A44E传送过来的代表里程的脉冲89S51单片机AT24C02掉电储存里程计算单元总金额显示单价显示串口显示驱动电路信号并将这些信号计算成里程数据，同时它还负责通过预置的单价信息将接受到的里程计算为费用，并且它还负责将计算得到的费用以及里程数据传送给显示部件来显示给乘客和司机朋友查看。利用霍尔传感器A44E来作为里程计算单元，它的工作原理简单同时结构也相对简洁，用在出租车计价器系统中十分合适，它具体的功能我们将在下一个章节进行详实和准确的描述。同时我们还对整个出租车计价器系统进行了掉电保护，即在AT89S51单片机外围附加了一个部件即AT24C02，用它就可以实现在系统掉电的时候保存整个系统中各种不同的信息例如里程费用等相当重要的信息，这样就可以保证在整个出租车计价器系统掉电的时候不至于立即失去非常重要的信息，因此极大的提高了系统稳定性以及准确性从而可以满足绝大多数出租车条件的要求。另外出租车计价器系统除了上述部件外最重要的部件就是显示部件，一个好的显示器件将会使整个出租车计价器系统的整体性能得到极大提升，而一个不好的选择将会使整个计价系统的效率变低甚至是彻底失灵，在显示器件的选择上，我们已经论证了两种备选材料，他们分别是LCD液晶和6位LED数码管，通过上面的论证我们得知6位LED数码管可以很好的完成我们所需要的设计要求。因此具体的论证了出租车计价器系统的每一个部件之后，我们得到了总体设计框图。如下图所示图23出租车计价器系统总体设计框图89S51单片机AT24C02掉电储存里程计算单元串口显示驱动电路总金额显示单价显示锁存器第三章硬件设计第一节硬件设计概述硬件设计是整个出租车计价器系统的灵魂以及核心，整个计价系统最重要的部分和整个设计依托就是硬件设计。失去了硬件设计的依托，再好的软件设计也是纸上谈兵，可以说硬件设计就是整个出租车计价器系统的基石，一个好而精密的硬件设计可以极大的简化整个计价系统的设计，同时也使得设计出来的成品变得完善而且富有强大的可扩展性，在整个行业的竞争中也会充满生机和活力并使得一个好的计价系统的生命周期更长，让它得到充分而完善的利用。硬件设计是出租车计价器系统的核心以及灵魂，而AT89S51又是硬件设计的核心以及灵魂，它负责接受并处理从霍尔传感器A44E中采样得到的里程脉冲信号并将这些信号计算成为里程数据，同时它还可以通过预置的单价信息将计算得到的里程数据计算为本次旅程的费用，并且它还负责将计算得到的费用以及里程数据传送给显示部件即6位LED数码管来显示给乘客和司机朋友以供他们查看。在里程计算单元的选择上，我们选择了霍尔传感器A44E，它的工作原理很简单同时结构也相对简洁而且方便，用在出租车计价器系统中是十分合适同时也是相对廉价的，它具体的功能我们将在下一个章节进行详实和准确的描述。同时我们还设计了一个掉电保护单元，它可以对整个出租车计价器系统进行了掉电保护，即在AT89S51单片机外围附加了一个部件即AT24C02，用它就可以实现在系统掉电的时候紧急保存整个系统中各种不同的信息例如里程费用等相当重要的信息，这样就可以保证在整个出租车计价器系统掉电的时候不至于立即失去非常重要的信息而且在又来电的时候可以查看这些信息，因此有了掉电保护单元就极大的提高了系统的稳定性以及准确性从而可以满足绝大多数出租车司机朋友的要求。除了上述那些部件，出租车计价器系统最重要的部件就是显示部件，一个好的显示器件将会使整个出租车计价器系统的整体性能得到极大提升，而一个不好的选择将会使整个计价系统的效率变低甚至是彻底失灵。在显示器件的选择上，我们已经论证了两种备选材料，他们分别是LCD液晶和6位LED数码管，通过上面的论证我们得知6位LED数码管可以很好的完成我们所需要的设计要求。下面就是出租车计价器系统的整体设计电路图图31整体设计电路图第二节AT89S51单片机及其引脚说明241AT89S51单片机总体说明AT89S51单片机一种是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含有4KB的可系统编程的可反复擦写1000次的FLASH只读程序存储器，这样就可以满足各种情况下均采用51单片机就能满足出租车计价器系统设计的各种要求，同时器件采用了ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，这样就使得在设计出租车计价器系统时必须满足的稳定性得到了保障，它兼容标准8051的指令系统及引脚，这样就使它的兼容性获得了大大增强，使得它的应用范围变得更加广泛。AT89S51单片机芯片内集成了通用8位中央处理器还有ISPFLASH存储单元，这样就使得它既可以使用传统方法进行编程也可以通过FLASH程序存储器编程即可在线编程（ISP），这就使得它的灵活性得到了大大提升，由于上面讲到的各种各样的优点，它在8位微处理器以及单片芯片中，具有相当高的性价比，因此也是我们进行出租车计价器系统设计的最最理想的芯片。242AT89S51单片机引脚说明AT89S51单片机具有40个引脚，每一个引脚都有它独特的功能，大量的引脚就使得单片机的各种功能十分丰富，同时可扩展的接口也很多，这在出租车计价器系统的设计中是十分重要的一项指标，可扩展的接口多的话，我们就可以实现很多在系统设计完成之后再被提出的要求，我们可以通过外加一个简单的部件就可以方便的完成。下面我们就对单片机的每根引脚进行单独而且详实的描述，首先是AT89S51单片机的引脚图14023933843753663573483393210311130122913281427152616251724182319222021图32AT89S51引脚示意图P10/T2VCCP11/T2EXP07P12P06P13P05P14P04P15/MOSIP03P16/MISOP02P17/SCKP01RSTP00P30/RXDEA/VPPP31/TXDALE/PROGP32/INT0PSENP33/INT1P27P34/T0P26P35/T1P25P36P24P37P23XTAL2P22XTAL1P21GNDP20下面我将详细描述AT89S51单片机的每个引脚，详细介绍每个引脚的具体功能，这样将对我们下面完成整个出租车计价器系统的设计起到很大的作用。引脚具体功能如下VCC电源电压输入端GND电源地P00P07口P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也就是通常意义上的地址/数据总线复用接口。当P0口作为输出口时，每一位都能够驱动8个TTL逻辑门电路。而对端口第一次写“1”时，则被定义为高阻抗输入端。P0还能作为外部数据存储器或程序存储器使用，这时P0口被定义为地址和数据总线复用，切实数据或地址的低八位。而在作为外部数据存储器或程序存储器使用时，访问期间必须激活内部上拉电阻。在FLASH编程时，P0口接收指令字节，即作为源码输入口，而当FIASH进行校验时，即在程序校验时，P0输出指令字节即源码，此时P0口必须外接一个上拉电阻。P10P17口P1口是一个8位双向I/O口，也就是通常意义上的地址/数据总线复用接口。它内部就提供上拉电阻，同时P1的输出缓冲级可驱动（吸收电流或输出电流）4个TTL逻辑门电路。当P1口管脚写入1后，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平状态，此时P1口就可以当作输入端口使用。当P1口用作输入端口使用时，因为内部上拉电阻的存在而使引脚被外部信号下拉为低电平，这时P1口会输出一个电流。而在FLASH编程以及程序校验期间，P1口则用来接收低8位地址。P1口部分端口引脚以及它们各自的特殊功能如下表所示表21P1口特殊功能P1口引脚特殊功能P15MOSI（用于ISP编程）P16MOSI（用于ISP编程）P17SCK（用于ISP编程）P20P27口P2口是一个8位双向I/O口，也就是通常意义上的地址/数据总线复用接口。它内部就提供上拉电阻，同时P2的输出缓冲级可驱动（吸收电流或输出电流）4个TTL逻辑门电路。当P2口管脚写入1后，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平状态，此时P2口就可以当作输入端口使用。当P2口用作输入端口使用时，因为内部上拉电阻的存在而使引脚被外部信号下拉为低电平，这时P2口会输出一个电流。当P2口用于外部程序存储器或对16位地址的外部数据存储器进行存取访问时，P2口用来发送出地址数据中的高8位。在地址数据已经给出为1时，由于具有内部上拉电阻的优势，因此当对外部八位地址的数据存储器进行读写访问时，P2口会输出其特殊功能寄存器中的内容，并且在整个访问周期内其内容均不会改变。P2口在FLASH编程和程序校验期间时，P2接收地址信号的高八位和控制信号。P30P37口P3口是一个8位双向I/O口，也就是通常意义上的地址/数据总线复用接口。它内部就提供上拉电阻，同时P3的输出缓冲级可驱动（吸收电流或输出电流）4个TTL逻辑门电路。当P2口管脚写入1后，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平状态，此时P3口就可以当作输入端口使用。当P3口用作输入端口使用时，因为内部上拉电阻的存在而使引脚被外部信号下拉为低电平，这时P3口会输出一个电流。除了上面讲到的P3口的一般输入输出接口和地址数据总线复用接口，P3口还被用来接收一些程序校验期间用到的和FLASH闪速存储器编程所用到的各种控制信号。而P3口更加重要的是它的第二功能。利用它的第二功能能实现很多不同的要求，它的具体第二功能如下表所示表22P3口引脚第二功能图表PSEN程序储存允许输出PSEN是外部程序存储器的读选通信号，它是低电平有效的。当AT89S51从外部程序存储器中提取指令或者数据时，输出两个脉冲即每个机器周期两次PSEN有效。但是当PSEN访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号是不会出现的。EA/VPPEA/VPP是外部程序存储器访问允许位。它是低电平有效的。当EA位保持低电平时，单片机将仅对外部程序存储器进行访问，而且不管这时是否有内部程序存储器的存在。另外需要格外注意的是，当加密位LB1被编程的时候，EA位的状态将会在复位时被内部锁存；当EA位保持高电平时，单片机将可以访问内部程序存储器。而在对FLASH存储器进行编程的期间，这个引脚会被施加上12V的编程电压VPP。RST位复位输入端，当RST位为高电平时有效。当需要对器件进行复位时，必须要保持RST位连续两个机器周期为高电平信号才是有效的，这样才能对整个器件进行复位。XTAL1片内振荡器反相放大器的输入端和内部时钟工作电路的输入端。P3口引脚特殊功能P30RXD（串行输入口）P31TXD（串行输出口）P32（外部中断0）P33（外部中断1）P34T0（定时器0外部输入）P35T1（定时器1外部输入）P36（外部数据存储器写选通）P37（外部数据存储器读选通）XTAL2片内振荡器反相放大器的输出端。ALE/PROG地址锁存允许/编程脉冲信号端。当单片机对外部存储器进行数据访问时，地址锁存允许位ALE的输出电平的作用是用来锁存地址的低位字节数据，它是高电平有效的。在FLASH存储器的编程期间，此引脚用于输入编程脉冲信号。而在不对外部存储器进行数据访问时，ALE端输出频率周期不变的正脉冲信号，这个周期不变的频率周期为振荡器频率周期的1/6。因此它也可以用作对外部输出的脉冲或用于定时。然而必须要注意的是，每当单片机对外部存储器进行数据访问时，就必须跳过一个ALE位脉冲。第三节里程计算单元设计321里程计算设计方案的详细论证与比较里程计算是出租车计价器系统中不可或缺的部分，因此里程计算设计方案的选择也是十分重要的，不恰当的里程计算设计方案会使得出租车计价器系统变得不效率甚至会导致整个系统变得不稳定和失灵，而一个恰到好处的里程计算设计方案会将整个计价系统变得简便易行同时效率很高。经过对资料的详实而准确的查找，了解到具体应用到出租车计价器系统设计的里程计算设计方案共有两种方案进行选择，它们分别是霍尔线性原件和霍尔传感器A44E。霍尔线性器件指的是利用霍尔效应的固态电子器件，如果试件尺寸，磁场强度和电流都是已知的，那么测量霍尔电动势即可求得试件的载流子浓度。进而将电压信号传递给AT89S51单片机。也就实现了计算车轮转速的功能。通过转速就可以计算得到行驶里程，即实现了计程的功能。霍尔传感器器具体的工作原理是这样的先把一个小磁铁固定在车轮上，然后把霍尔传感器固定在车轮附近，这样每当车轮转动一周，磁铁就会经过霍尔传感器A44E一次，A44E接收到磁铁经过就会通过引脚3输出一个脉冲信号，这样通过引脚3连接A44E的51单片机就会获得一个外部中断信号。通过记录外部中断信号单片机就可以记录并测量脉冲信号的个数和周期。通过单片机记录的脉冲周期我们就可以计算出速度和里程1/脉冲周期X车轮周长速度；脉冲信号个数X车轮周长里程。这样我们就通过霍尔传感器A44E实现了里程计算。通过比较以上两种设计方案，第一种设计方案即霍尔线性器件虽然运行起来还算比较可靠，但是体积较大，而且测量精度也不是很高，这样就不能满足计价系统稳定性的要求，而且由于霍尔线性器件的测量结果是模拟量，因此测量结果必须经过A/D转换后才能被读入单片机，这样针对出租车计价器系统这种要求小而精的器件就不是很适合，因此霍尔线性原件在里程计算设计方案的选择中并不适用。而使用霍尔传感器AEE4设计的里程计算单元因为它具有灵敏度高，反应速度快，测量精度而相当高等一系列优点，同时具备体积小，寿命长等一系列机械性能，因此能够在出租车这种条件较为复杂，环境比较恶劣的情况下能有良好的标新。因此已在现在广泛的用于汽车测速等机车控制系统中。这样我们选择使用霍尔传感器A44E来进行出租车计价器系统的里程计算单元的设计。在上面的设计方案的分析和论证的过程中，我们得知里程计算是出租车计价器系统中不可或缺的部分，因此里程计算单元设计方案的选择也就十分重要了，不恰当的里程计算设计会使得出租车计价器系统变得不效率甚至会导致整个系统变得不稳定和失灵，而一个恰到好处的里程计算设计方案会将整个计价系统变得简便易行同时效率很高。经过对资料的详实而准确的查找，了解到具体应用到出租车计价器系统设计的里程计算设计方案共有两种方案进行选择，它们分别是霍尔线性原件和霍尔传感器A44E。如果按照霍尔器件的功能分类，则可将霍尔器件分成两类，分别是霍尔线性器件和霍尔传感器。霍尔线性器件的输出数据是模拟量，而霍尔传感器的输出数据则是数字量。霍尔线性器件具有精度高、线性度好；霍尔传感器则具有更多更好更适合出租车计价器系统的优点，例如无触点，输出波形清晰，无抖动，位置重复精度高等等等等非常良好的机械性能。而霍尔线性器件则因为输出是模拟量则在出租车计价器系统的里程计算单元的设计上则略逊一筹了。而如果是按照被检测对象的性质分类也可以分成两类，分别是直接应用和间接应用。直接应用是直接检测出受检测对象的磁场或者是磁特性，间接应用则是检测受检测对象上人为设置的磁场而非它本身的磁场，利用这个人为设置的磁场来作被检测的信息的载体，因此通过它就可以将很多非电非磁的物理量例如力，力矩以及发生变化的时间等我们需要检测的物理量转变成电磁量来检测和控制。而出租车计价器系统的里程计算单元正是利用到了霍尔传感器的间接应用，通过对轮胎上放置一个人为设置的磁场，通过测量该磁场，我们就能得到轮胎的转动周期，因此通过轮胎的转动周期我们就能很轻易的通过计算得到我们想要量也就是行驶里程了。经过具体分析和论证，我们得知霍尔线性器件虽然运行起来还算比较可靠，但是体积较大，而且测量精度也达不到很高的标准，这样就不能满足计价系统稳定性的要求，而且由于霍尔线性器件的测量结果是模拟量，因此测量结果必须经过A/D转换后才能被读入单片机，那么使用霍尔线性器件设计的里程计算单元就会显得很庞大，这样针对出租车计价器系统这种最好是小而精的器件就显得很不令人满意了，因此霍尔线性原件并不是里程计算设计方案的选择中的第一选择。而使用霍尔传感器AEE4设计的里程计算单元则具有很大优势，因为它具有灵敏度高，反应速度快，测量精度而相当高等一系列优点，同时具备体积小，寿命长等一系列机械性能，因此能够在出租车这种条件十分复杂，环境比较恶劣的情况下能有良好的机械能行。因此已在现在广泛的用于汽车测速等机车控制系统中。这样我们就选择使用霍尔传感器A44E来完成出租车计价器系统的里程计算单元的设计。331霍尔传感器A44E简介霍尔传感器A44E的原理是霍尔效应，它利用霍尔效应实现磁电转换，霍尔效应是一种电磁效应，当电流垂直于磁场通过导体的时候，在导体垂直于磁场和电流方向的两个面之间就会出现电势差，这就是霍尔效应。由于是使用霍尔效应设计的传感器，它就有了很多良好的机械性能，例如灵敏度高，稳定性高、体积较小和耐较高温等特点，由于如此优良的机械性能，而对出租车计价器系统的里程计算单元的设计要求是分辨能力必须很强、精度也要尽可能的高和而且测量的反应时间也要尽可能的短，而这些正是霍尔传感器的强项与优点。使得它在出租车计价器系统中的里程计算单元的设计中大放异彩。霍尔传感器A44E的引脚3接51单片机的INT0接口用以输入外部中断信号。霍尔传感器器具体的工作原理是这样的先把一个小磁铁固定在车轮上，然后把霍尔传感器固定在车轮附近，这样车轮每转动一周，磁铁就会经过霍尔传感器A44E一次，引脚3输出一个脉冲信号，这样连接A44E的51单片机就会获得一个外部中断信号。单片机记录并测量脉冲信号的个数和周期。通过单片机记录的脉冲周期我们就可以计算出速度和里程1/脉冲周期X车轮周长速度；脉冲信号个数X车轮周长里程。这样我们就通过霍尔传感器A44E实现了里程计算。利用霍尔传感器A44E设计的出租车计价器系统里程计算单元体积相对较小，结构简单，性能稳定，反应时间短，价格低廉，因此受到了广大司机朋友的热烈欢迎。下图是霍尔传感器A44E的引脚接线图图33A44E引脚接线图321A44E下图是霍尔传感器的输出特性VVOHVOLBRPBOPB图34霍尔传感器A44E的输出特性332里程计算、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A44E检测到的信号，送到单片机，经处理计算,送给显示单元的。其先把一个小磁铁固定在车轮上，然后把霍尔传感器固定在车轮附近，这样车轮每转动一周，磁铁就会经过霍尔传感器A44E一次，引脚3输出一个脉冲信号，这样连接A44E的51单片机就会获得一个外部中断信号。单片机记录并测量脉冲信号的个数和周期。通过单片机记录的脉冲周期我们就可以计算出速度和里程。具体原理图如下小磁铁车轮图35传感器测距示意图由于霍尔传感器A44E属于开关型的霍尔器件，它的输出信号符合TTL电平标准，因此可视为数字信号，也就可以直接接到单片机的IO端口上。霍尔传感器51单片机P32开关型的霍尔传感器原理如下图所示AVCCBCDE图36集成开关型霍尔传感器原理图A44E集成霍尔传感器的具体工作原理是这样的它由稳压器A，霍尔电势发生器B，差分放大器C，施密特触发器D和OC门输出E五个基本部分组成。如果对输入端加入一个输入电压VCC，那么经过稳压器A稳压之后输入电压VCC就会施加在霍尔电势发生器B的两端，根据霍尔效应的原理，当霍尔传感器处在电磁场中时，如果对垂直于磁场的方向施加一个电流，那么则在与这二者相垂直的方向上就会产生一个霍尔电势差的信号输出，该信号经差分放大器C的放大后，输送至施密特触发器D进行整形，然后使其成为方波并输送到OC门E进行输出。当施加的磁场达到工作点时，触发器就会输出一个高电平电压，这样就会使三极管导通，此时OC门E输出端会输出一个低电平电压，这种状态通常人们称之为“开”。当施加的磁场达到释放点时，触发器就会输出一个低电平电压，这样就会使三极管截止，此时OC门E就会输出一个高电平电压，这种状态通常人们称之为“关”。这样经过两次电压的变换，霍尔传感器就完成了一次电压变换，也就向AT89S51单片机输出了一个中断信号脉冲。先把一个小磁铁固定在车轮上，然后把霍尔传感器固定在车轮附近，这样每当车轮转动一周，磁铁就会经过霍尔传感器A44E一次，A44E接收到磁铁经过就会通过引脚3输出一个脉冲信号，这样通过引脚3连接A44E的51单片机就会获得一个外部中断信号。通过记录外部中断信号单片机就可以记录并测量脉冲信号的个数和周期。通过单片机记录的脉冲周期我们就可以计算出速度和里程1/脉冲周期X车轮周长速度；脉冲信号个数X车轮周长里程。这样我们就通过霍尔传感器A44E实现了里程计算。下图为霍尔传感器A44E与AT89S51单片机的引脚接线图7VCC8947K1011121314151617181920VCCAT89S51图37霍尔传感器A44E与AT89S51单片机的引脚接线图第四节AT24C02掉电存储单元的设计在老一代出租车计价器系统中，由于并不包含一个掉电保护单元，这样当整个系统突然断电的时候，就会使得AT89S51单片机中保存的信息在一瞬间就丢失殆尽了，这样就会给广大乘客和司机朋友带来了很多的麻烦和不方便，因此很多乘客和司机朋友均对老一代出租车计价器系统很不满意，他们都称如果系统掉电的话，那么就会出现数据丢失从而导致整个旅程的费用及其他信息无法被准确得知，从而使得双方发生了各种不愉快。因此广大司机和乘客朋友均迫切的需要一个更加完善同时也能满足他们要求的新一代的性能稳定的出租出计价系统。因此在我们这次出租车计价器系统的设计中，为了使整个设计更加完善，性能也更加稳定，同时也是为了满足广大乘客以及司机朋友们的迫切需求，我们在AT89S51单片机的外围有连接了一个附加部件，即AT24C02部件，它的具体作用是对整个系统进行掉电保护，在系统突然掉电的情况下，它可以及时的保存整个系统的状态以及信息，这样就可以使得整个出租车计价器系统中保存的信息在系统掉电321A44EP16P17RESTRXDTXDINT0INT1T0T1WRRDXTAL2XTAL1GND的时候不会消失，也就使得系统的稳定性和可持续性得到的大大提高，我们知道，出租车是一个环境较为复杂，条件较为恶劣，而且电瓶电压也不能随时随地的保持稳定，因此一个AT24C02掉电存储单元就是一个不可或缺的部分，有了这样一个掉电保护的部分，整个出租车计价器系统的信息和状态就得到了良好的保证，而且，出租车如果掉电也不会对计价系统有太大影响，因此这样一个掉电保护单元受到了广大司机和乘客朋友们的热烈欢迎，广大乘客和司机朋友均表示，出租车计价器系统有了掉电保护就相当于孙悟空有了金箍棒，猪八戒有了九齿钉耙，整个系统的效率都变得非常高而且稳定性也得到了大大增强。而这正是我们希望看到的，一个效率高，稳定性好，结构简单，价格便宜，受广大司机和乘客朋友们欢迎的出租车计价器系统正是我们梦寐以求的，我们的设计目的也正是如此。下面我们将对掉电保护存储单元的核心部件AT24C02进行详实而准确的描述，并且具体描述它与AT89S51单片机之间的工作原理。341AT24C02芯片简介AT24C02是ATMEL公司生产的存储芯片，它是电可擦除的，它是一个2K位穿行CMOS，它的内部含有256个8位字节，它有两根串行的总线，通过这两根穿行的总线实现与单片机的通讯，同时它还有一个16字节的页写缓冲器，它通过IIC总线接口来进行操作，并且有一个专门的写保护功能。AT24C02内的资料可以在系统掉电的情况下保存40年甚至更长的时间，因此它很符合我们的设计要求，即必须满足能在系统掉电的情况下能够迅速而且稳定的保存整个系统中的数据，而这正是AT24C02的强项。而且它采用的是8脚的DIP封装，这样就是它的使用变得相当方便，而这也是至关重要的，因为出租车的环境复杂，相对方便的使用会使的整个出租车计价器系统变得相对简单，因此也非常适合在出租车的条件下使用并进行掉电保护工作。下面是AT24C02的引脚图A0VCCA1WPA2SCLGNDSDA图38AT24C02引脚图它引脚具体功能如下表所示表31A2A0地址引脚SDA、SCLI2C总线接口WP写保护引脚，在WP接VSS时，禁止写入高位地址，而当WP接VDD时，允许写入任何地址。GND接地端VCC电源端332AT24C02与AT89S51单片机的连接情况经过我们的分析与论证，AT24C02可以很好的完成我们预期中的掉电保护功能，因此我们将使用AT24C02来进行掉电保护单元的设计工作，同时我们还简单介绍了AT24C02芯片的性能以及引脚，同时给出了它的内部电路连接图，这样我们就能非常直观的来分析和描述AT24C02与AT89S51单片机的连接情况同时介绍它们协同工作时候的工作原理以及工作流程。首先我们分析一下AT24C02掉电存储单元的电路情况，R8、R10是它的两个上拉电阻，它们的作用是用来减少AT24C02的静态功耗，采用了这样两个上拉电阻就能极大的减小AT24C02的静态功耗，这样经由AT24C02设计出来的掉电保护单元就18273645能够完全满足我们的要求即同时满足结构简答，效率高，同时低功耗等等我们设想中的功能。由于AT24C02是数据地址总线复用的，并且数据传送方式是串口传送，所以这样就可以只使用两根数据线第5口和第6口即SCL和SDA接口与单片机进行连接就可以完成传送数据的功能。在于AT89S51的连接过程中，SDA位与单片机额的P25即第26位连接，而SCL位则与单片机的P26即第27位进行连接。下图是AT24C02与AT89S51单片机连接示意图P26P25图39AT24C02与AT89S51单片机连接示意图每当对出租车计价器系统进行一次单价设定之后，系统就会自动调用出来预先设计好的存储程序，将改动过的单价信息等数据保存在AT24C02芯片之中。当系统重新连接电压的时候，就会自动调用出来预先设计好的村粗程序，将存储器内保存的单价信息等数据读取到缓存单元内，这样就可以随时供主程序使用。而在系统掉电的时候，缓存单元内保存的单价，里程等数据就会自动保存到AT24C02之中，等到系统电压回归之后，AT24C02之中保存的各种信息又会从新写入到缓存之中，这样就完成了掉电保护单元的设计。经过我们的设计以及完善，整个掉电保护单元被完美的设计了出来，它能在系统掉电这种紧急时刻保存对于乘客和司机朋友都非常重要的信息，因此是整个出租车计价器系统中非常重要甚至是不可或缺的一部分。一个完善的掉电保护单元能够最大程度的确保系统的稳定性，同时也决定了一个计价系统的生命力，好的掉电保AT24C02SCLSDA51单片机护单元能够给整个系统带来强大的生命活力使它在激烈的市场竞争当中占有一席之地，同时保证它不会很快的被同类产品所淘汰，而这正是我们设计一个新的出租车计价器系统的一个非常重要的目的，而一个不好的掉电保护单元的设计，将会大大缩短整个计价系统的生命周期，因此也就等于浪费了开发人员的人力物力，而这也不是我们所期望看到的。在激烈的市场竞争当中，任何一个单元出错都相当于给整个系统宣判了死刑，因此，也不能轻视甚至忽略掉电保护单元的设计。而这正是我们所要完善的，我们的设计就是要满足在所有方面均能达到市场所预期的目标，这样我们设计出来的产品才更具有活力，才能在激烈的市场竞争当中胜出。第五节显示单元的设计351显示器件的论证及选择由于在出租车计价器系统中显示器件是一个非常重要同时也是不可或缺的组成部分，因此显示器件的选择也就是一个至关重要的问题，选择一个好的显示器件将会使整个出租车计价器系统的整体性能得到极大提升，而一个不好的选择将会使整个计价系统的效率变低甚至是彻底失灵，因此可以看到，在选择显示器件的问题上必须非常认真。由于我们的设计中要求有单价、路程、总金额等不同信息的显示输出，而如果采用LCD液晶段码来作为显示器件，那么由于LCD液晶天生的性能决定的，在距离屏幕一米之外就没有办法清楚的看到我们所要显示的信息，从这方面讲LCD液晶还不是很能满足我们的要求，而且在白天的时候，LCD液晶不是很良好的对比度也不能够满足我们的设计要求，因此我们不考虑使用LCD液晶作为显示器件。因此我决定使用在距离屏幕一米之外也能看清数据，同时在白天的情况下对比度也非常良好的6位LED数码管来完成整个出租车计价器系统中非常重要的显示器件的设计。在出租车中，乘客能够看到的计价系统就是显示单元，因此，显示单元就是计价系统与乘客见面的门户，一个好的显示单元不仅能够完美的显示单价，费用，里程等等我们需要的信息，同时还能兼具美观等性能，因此从很大程度上将，一个显示单元设计的好与坏，直接关系到了整个计价系统设计的成败，好的显示单元会使得整个计价系统充满活力同时也更富现代化的气息，老一代的计价系统的显示单元均很不美观，这样乘客在乘坐出租车的时候也会对计价系统很不满意，他们迫切需要一个设计完美，同时美观性很好的计价系统显示单元，在发展速度相当快的今天，一个不美观的计价系统在市场上将很快被淘汰，而这则不是我们这些设计人员所希望看到的。由于在出租车计价器系统中显示器件是一个非常重要同时也是不可或缺的组成部分，因此显示器件的选择也就是一个至关重要的问题，选择一个好的显示器件将会使整个出租车计价器系统的整体性能得到极大提升，而一个不好的选择将会使整个计价系统的效率变低甚至是彻底失灵，因此可以看到，在选择显示器件的问题上必须非常认真而且仔细。我们在上面的章节了解到，我们有两个选择，一个是LCD液晶另一个则是6位LED数码管，下面我们分别对它们进行讨论。由于我们的设计中要求有单价、路程、总金额等不同信息的显示输出，而如果采用LCD液晶段码来作为显示器件，那么由于LCD液晶天生的性能决定的，在距离屏幕一米之外就没有办法清楚的看到我们所要显示的信息，从这方面讲LCD液晶还不是很能满足我们的要求，而且在白天的时候，LCD液晶不是很良好的对比度也不能够满足我们的设计要求，因此我们就不考虑使用来LCD液晶作为显示器件的设计部件了。因此我决定使用在距离屏幕一米之外也能看清数据，同时在白天的情况下对比度也非常良好的6位LED数码管来完成整个出租车计价器系统中非常重要的显示器件的设计。下面我们将对6位LED数码管进行详尽而准确的介绍3526位LED数码管简介LED是发光二极管的缩写。而LED显示器则是使用发光二极管来显示我们需要显示的信息的单片机输出设备。通常在AT89S51单片机中，我们常采用7段LED数码管作为显示单元，这种显示单元具有耗电低、结构简单、价格低廉且寿命长等优点，而这正是我们在设计显示单元的时候所优先考虑的。因此，6为LED数码管将能很好的完成我们的设计，它的一系列优点将使我们能够设计出非常好甚至是完美的出租车计价器系统。这将使我们的设计变得简单易行，同时又不失美感并且价格也非常低廉。因此使用了6位LED数码管设计的出租车计价器系统将具有很多非常令人满意的优点，例如外观特别美观，这样就非常受乘客和司机朋友们的欢迎，同时价格低廉，这样非常利于新式出租车计价器系统的推广，一个新式出租车计价器系统的推广很大程度上依赖于显示部件的美与丑，而这正是6位LED数码管所具备的最好的优点。另外无论白天黑夜，6位LED数码管的对比度都能满足需求，使得我们需要显示的数据可以很清楚的被显示出来，这样就使得乘客和司机朋友们可以很方便的查看他们需要的数据。单片机系统中显示单元的显示通常有两种方法第一种是静态显示，每个显示器必须占用一个单独的锁存功能的I/O接口用于字形代码。这种方法虽然CPU的占用小、编程简单，同时