出租车计价器18435

1、1 出租车计价器的方案论证1.1出租车计价器的功能要求 本课题研究的是出租车计价器，要进行计价器的设计，首先要了解本 课题对计价器的基本功能要求和设计参数。出租车计价器的基本功能 本课题所设计的出租车计价器的主要功能有：数据的复位、白天/晚上转换、计时计价、单价输出、路程的输出、语音播报数据信息、实现在系 统掉电的时候保存单价和系统时间等功能。当按下按键后，启动计价器， 由路程传感器开始采集信号，然后传送到单片机，单片机进行处理，计算 出行驶路程以及总金额，将计算结果通过液晶显示屏显示，并且通过语音 芯片进行播报。本电路设计的计价器不但能实现基本的计价，而且还能根 据白天和黑夜来调节单价。出租

2、车计价器的主要设计参数 本课题对出租车计价器的设计要求如下： 设计一个出租车自动计价器，计价包括起步价和行车里程计费两部分，用1602液晶显示总金额，最大值为 999元，起步价为8.0元，3km之 内起步价计费，超过3km，每增加1km增加1.5元用液晶显示总里程、等 待时间和总金额。1 、计费功能费用的计算是按行驶里程收费。设白天 6 点到晚上 22 点）起步价为6.00元，晚上晚上 22点到第二天 6点）起步价为 7.00元。1）当里程3km时，按起价计算费用3km时，按1.5元/km计费2、显示功能1）显示行驶里程：用四位数字显示，显示方式为“xxX单位为km。计程范围0-999km，精

3、确到1km。2）显示总费用：用三位数字显示，显示方式为XXX ”单位为元。计价范围0-999元，精确到1元。1.2方案论证与比较方案一：采用数字电子技术，利用 555定时芯片构成多谐振荡器，或 采用外围的晶振电路作为时钟脉冲信号，计数芯片对脉冲的计数和分频， 最后通过译码电路对数据进行译码，将译码所得的数据送给数码管显示， 以下是该方案的系统框图，方案一如图1.1所示：图1.1基于定时芯片的计价器方案二：采用单片机技术，通过单片机作为主控器，利用1602字符液晶作为显示电路，采用外部晶振作为时钟脉冲，通过按键可以方便调节，以下是方案二的系统流程图，如图 1.2所示：电源电路1r按键电路语音播报

4、复位电路单片机掉电存储电路液晶显示里程传感器时钟电路图1.2基于单片机控制的计价器通过两个方案的比较，方案二设计符合人性化，性价比较高，因此采 用方案二。2出租车计价器的硬件设计2.1单片机的介绍在众多的51系列单片机中，要算 ATMEL公司的AT89C51、AT89S51 更实用，因他不但和8051指令、管脚完全兼容，而且其片内的 4kB程序 存储器是FLASH工艺的，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦 除、改写，一般专为ATMEL AT89xx做的编程器均带有这些功能。显而易 见，这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。写入单片 机内的程序还可以进行加密，这又很好地保护了

5、你的劳动成果。 AT89C51、AT89S51目前的售价比 8031还低，市场供应也很充足。 AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能 CMOS 8位单片机， 片内含 4kB ISP(In-system programmable的可反复擦写 1000次的 Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用 8 位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的 AT89S51可为许多嵌入 式控制应用系统提供高性价比的解决方案。因此采用AT89S51单片机作为控制器。AT89S51的引

6、脚如图2.1所示：图2.1 AT89S51的引脚结构其各自引脚功能如下：VCC :电源电压。GND :地。P0 口： P0 口是一组8位漏极开路型双向I/O接口，即地址/数据总线 复用口。当访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址 和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在FLASH编程时，P0口接受指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上 拉电阻。P1 口： P1 口是一个带内部上拉电阻的 8位双向I/O接口，P1的输出 缓冲级可驱动4个TTL逻辑门电路。端口写“I,”通过内部的上拉电阻把 端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉

7、电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流vIil） , FLASH编程和程序校验时，P1接收低8位地址。P2 口： P2是一个带有内部上拉电阻的 8位双向I/O 口，P2的输出缓 冲级可驱动 吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“ 1,通过 内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时， 因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流 Iil）。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器 例如执行MOVXDPTR指令）时，P2 口送出高8位地址数据。在访问8位地址的 外部数据存储器 如执行MOVXRi指令）时，P2 口线上的内容 也即特 殊功

8、能寄存器SFR）区中P2寄存器的内容），在整个访问期间不改变。 Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和其它控制信号。P3 口： P3 口是一组带有内部上拉电阻的 8位双向I/O 口。P3 口输出 缓冲级可驱动 吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对P3 口写入“l 时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时，被外部拉 低的P3 口将用上拉电阻输出电流vIil）。P3 口除了作为一般的I/O 口线外，P3 口还接收一些用于Flash闪速存 储器编程和程序校验的控制信号，更重要是它的第二功能，如下表所示：表2.2 P3 口的引脚及功能端口引脚第二功能P3.0RXD串行输入口）P

9、3.1TXD串行输出口）P3.2回 外部中断0）P3.3因 外部中断1）P3.4T0定时器0的外部输入）P3.5T1定时器1的外部输入）P3.6|匕 外部数据存储器写选通）P3.7丨回1 外部数据存储器读选通）RST:复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。WDT溢出将使该引脚输出高电平，设置SFRAUXR的DISRT0位地址8EH）可打开或关闭该功能。 DISRT0位缺省为 RESET输出高电平打开状态。ALE/ I :当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器，ALE仍以时钟振荡频率的

10、1/6输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出 时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一 个ALE脉冲。/VPP:外部访问允许。欲使 CPU仅访问外部程序存储器 地址为 OOOOH FFFFH）, EA端必须保持低电平 接地）。需注意的是：如果加 密位LB1被编程，复位时内部会锁存 EA端状态。如EA端为高电平 接 VCC端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。Flash存储器编程时， 该引脚加上+12V的编程电压VPP。一：程序储存允许。一 输出是外部程序存储器的度选通信 号。XTAL1 :振荡器反相放大及内部是钟发生器的输入端。XTAL2 :振荡器反相放大器的输出端

11、。2.2单片机最小系统单片机的最小系统由电源供电模块、复位电路、晶体振荡电路组成电源供电模块通过考虑，计费系统最终是安装在计程车上的，电源一般不是220V交流电压，而是有电瓶输出的直流电压，因此采用输入一个 610V的直流 电压，再稳压得到5V电压。因为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、抗电磁干扰等能力，特别是电源方面的干扰，如出租车启动时，发动 机打火、电瓶充电等造成输入计价器的+5V电源不稳定。因此采用+I2V电 瓶电源经过滤波和电源稳压芯片LM78L05后得到+5V的稳定电压输出，保证整个系统能够正常工作。电源模块具体电路如图2.3所示：复位电路复位操作有两种基本

12、形式：一种是上电复位，另一种是按键复位。按 键复位具有上电复位功能外，若要复位，只要按图中的 RESET键，电源 VCC经电阻R3、R4分压，在RESET端产生一个复位高电平。上电复位 电路要求接通电源后，通过外部电容充电来实现单片机自动复位操作。上 电瞬间RESET引脚获得高电平，随着电容的充电，RESET引脚的高电平将逐渐下降。按键复位电路原理：在单片机启动后，电容C两端的电压持续充电为5V，这是时候10K电阻两端的电压接近于 0V， RESET处于低电平所以系统正常工作。当按键按下的时候，开关导通，这个时候电容两 端形成了一个回路，电容被短路，所以在按键按下的这个过程中，电容开 始释放之

13、前充的电量。随着时间的推移，电容的电压从5V释放到变为了1.5V，甚至更小。根据串联电路电压为各处之和，这个时候10K电阻两端的电压为3.5V，甚至更大，所以RESET引脚又接收到高电平。单片机系 统自动复位。按键复位电路图如图2.4所示：图2.4复位电路223晶体振荡电路单片机内部有一个高增益、反相放大器，其输入端为芯片引脚 XTAL1，其输出端为引脚 XTAL2。通过这两个引脚在芯片外并接石英晶 体振荡器和两只电容 ;最佳工作电压：5V;字符尺寸：2.95*4.35(W*Hmm。LCD1602的各个引脚的功能如表表2.9 LCD1602引脚说明编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地

14、9D2DATAI/O2VDD电源正极10D3DATAI/O3VL液晶显示偏压信号11D4DATAI/O4RS数据命令选择端vH/L)12D5DATAI/O5R/W读写数据端H/L)13D6DATAI/O6E使能信号14D7DATAI/O7D0DATAI/O15BLAr背光源正极8D1DATAI/O16BLK背光源负极显示模块的硬件电路设计：根据LCD1602的基本工作参数和引脚接图2.10显示电路此模块电路电源电压为5V，由接口 VCC引入，上电后芯片开始工作。数据端8位接分别由单片机的P0 I/O 口与其线连接，3个控制端口分别有P2.0P2.2端口来控制，8位双向数据线714与单片机的P0

15、端口相连，实现液晶与单片机的通信。液晶对比度通过1602的第三脚接可调电阻来调。2.6掉电存储电路的设计当用户每次通过出租车计价器更改数据的时候，应该把更改后的数据 保存，这样不用断电时候都要重新进行基本信息的设置，这就是掉电保护 模块的作用。可 以进行存储的芯片有很多种，在这个设计中采用了 AT24C02这款芯片。AT24C02是一个2字节串行 CMOS EEPROM,内部有256个8位字节，CATALYST公司的先进 CMOS技术实质上减少了器件的功耗，AT24C02还有一个16字节读写缓冲器AT24C02的管脚及其功能如下表所示：表2.11AT24C02管脚功能功厶 冃匕器 件 地 址

16、选 择串行数据/地址串行时钟写保护+18V60V工 作 电 压 接 地AT24C02管脚图如图2.12所示:AO VCCAl WPA2 SCLGND SDAAT24C02图2.12 AT24C02管脚图根据AT24C02的引脚，设计出掉电存储电路电路图如图2.13所示:cc5.1kRS5.1kSCLSDAA0VCCA1WPA2SCLGNDSDA2AT2-K702图2.13掉电存储电路3出租车计价器的软件设计3.1模块介绍本系统的软件设计主要可分为主程序模块、里程中断程序、定时中断 程序、显示子程序服务程序四大模块。下面对各部分模块作介绍。3.2主程序模块在主程序模块中，需要完成对各接口芯片的初

17、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S1时，就启动计价，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通过显示电路显示出来。当到达目的地的时 候，因为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

18、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。主程序流程图如图 3.1 所示。开始图3.1主程序流程图3.3里程计数中断程序在里程计数中断服务程序中，车轮每转一圈我们设车轮的周长是 1M），霍尔开关就检测并输出信号，引起单片机的中断，对脉冲计数，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，送数据到相应的显示缓冲单元，并调用显示子程序显示。里程计数中断服务程序流程图如图 3.2所示。图3.2里程计数中断程序流程图3.3定时中断服务程序在定时中断服务程序中，每 100ms产生一次中断，当产生10次中断 的时候，也就到了一秒，送数据到相应的显示缓冲单元，并调

19、用显示子程 序实时显示。定时中断服务程序流程图如图3.3所示。图3.3定时中断程序流程图3.4显示服务子程序1602液晶是字符型液晶，它的内部自带字符库，它可以写两行的字 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 3.4所示：图3.4显示服务程序流程图4系统调试根据系统设计方案，本系统的调试共分为三大部分：硬件调试，软件 调试和软硬件联调。因为在系统设计中采用模块设计法，所以方便对各电 路模块功能进行逐级测试。4.1 软件调试编程工具 C51 语言8051单片机的应用程序设计

20、，使用 C51 语言进行程序设计虽然相对于 汇编语言代码效率有所下降，但可以方便地实现程序设计模块化，代码结 构清晰、可读性强，易于维护、更新和移植，适合较大规模的单片机程序 设计。近年来，随着 C51 语言的编译器性能的不断提高，在绝大多数应用 环境下，C51程序的执行效率已经非常接近汇编语言，因此，使用C51进行单片机程序设计已经成为单片机程序设计的主流选择之一。程序调试工具 KEIL本设计的软件都是在Keil卩Vision 7上进行编写，编译，调试以及运 行操作。单片机仿真软件在线调试 PROTEUS：1打开Proteus软件。2. 选择file菜单下的open design选项，找到所

21、需的元器件，元器件上 单击右键选中，再单击左键对其进行命名和赋值，接着在编辑器左边的一 栏中，找出并绘制设计所要的各种元器件，按照电路图连接后并保存。3. 将用 keil 编译产生的 hex 文件下载到单片机中：双击 51 单片机，在 对话框中把保存过的 hex 文件打开，再单击确定。4. 单击左下角运行按钮，进行软件仿真调试，直到出现正确的结果。下图是通过在Keil C中编译通过，并生成 Hex文件，在PROTEUS中仿真通过的整体硬件原理图图4.1系统仿真图4.2里程计价测试因为实验条件有限，我们采用电动机附带霍尔元件作为车轮，电机为 3V的直流电机，每分的转速可以达到几千转，我们设定电机

22、每转一圈为 车轮转动1 M，当电机转动达到1000圈时，就表示已经到达了一公里，系 统自动将当前的单价加到总金额上。表4.1的测试条件是：设定白天的起步价是 6元，晚上起步价是7元 包含3公里），超出3公里按每公里1元收费，分别行驶不同里程测得数据 如下表。总金额理论71318405262实际712.96818.01639.92651.97262.108行驶路程理论41015374959实际41014.8936.9849.0258.023表4.2测试条件是：晚上的单价设定为3.0元，起步价为5元包含3公里），分别行驶不同里程测得数据如下表。表4.2晚上单价测试41015374959总金额理论8

23、1419415363实际814.02318.98840.93253.12662.899行驶路程理论41015374959实际41014.8936.9849.0258.023里程测试数据的分析:通过表5.1、表5.2中的数据，我们可以看到系统的计价功能很稳定, 误差很小，几乎为零，不过还应该在实际的应用中测试。结论与展望在这段时间里，经过自己努力，基本上完成了设计要求的内容，在系 统可行性分析、原理图设计等方面都作了许多实际工作，取得了一些成 绩，同时也遇到了一些问题，存在一些不足。经过这段时间的学习和工 作，我觉得自己不论是在理论知识方面还是在动手能力方面都有了不小的 进步，自己从中受益匪浅。

24、这次设计很好的把以前学到的理论知识应用于 实践，使我认识到理论知识与实践之间有一定的差距，只有通过不断的努 力学习和实践才能很好的把理论知识应用到实践当中，也只有通过不断的 实践才能对理论知识的理解。通过这次设计不仅学会了如何去查找相关资料，更重要的是通过查找 资料和翻阅书籍学到了不少知识，扩大了知识面，提高了知识水平。经过 单元设计和系统设计巩固了以前所学的专业知识，自己真正认识到理论联 系实际的重要性，为以后的学习和工作提供了很多有价值的经验。通过这 次设计不仅增强了自己的动脑能力和动手能力，也提高了我思考问题、分 析问题、解决问题的能力，更重要的是学会用项目化的思想来解决问题。 这在以前

25、的学习过程中是不曾学到的。提这次设计是我认真认识到完整、严谨、科学分析问题、解决问题的 思想是多么的重要，只有拥有了科学的态度才能设计出有用的产品。另外 通过本次设计，使我认识到自己理论知识的应用能力有很大的欠缺，需要 在以后的学习中进一步高。可行性分析报告1）研究的必要性：随着城市化水平的提高和人民生活水平的改善， 出租车的服务显得越来越重要。出租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。2）设计原理可行性：本文采用 AT89S51 单片机为主控制器，以 A44E 霍尔传感器测行驶里程，实现对出租车计价器的计价设计，并采用掉电存 储单元 AT24C02