基于stm32的出租车计价器的设计与制作

湖南商务职业技术学院毕业设计

目录

1产品功能分析...............................................................................................................1

1.1设计背景及内容.................................................................................................1

1.2功能分析.............................................................................................................1

2方案设计.......................................................................................................................1

2.1显示屏的选择方案.............................................................................................1

2.2霍尔传感器的方案选择.....................................................................................2

2.3定时器的选择.....................................................................................................2

2.4系统框图.............................................................................................................3

3产品硬件设计...............................................................................................................3

3.1STM32F103C8T6核心板设计............................................................................3

3.2LCD1602液晶显示器设计.................................................................................5

3.3霍尔传感器设计.................................................................................................6

4产品软件设计...............................................................................................................7

4.1KeiluVision5程序开发环境...............................................................................7

4.2KeiluVision5软件开发流程...............................................................................8

4.3KeiluVision5程序烧录软件介绍.......................................................................9

4.4主程序流程图...................................................................................................10

5系统组装与调试.........................................................................................................13

5.1电路组装...........................................................................................................13

5.2系统调试...........................................................................................................13

5.2.1系统软件调试.........................................................................................13

5.2.2系统硬件调试.........................................................................................14

5.3实物测试...........................................................................................................14

6产品使用说明.............................................................................................................15

参考资料.........................................................................................................................16

附录1元器件清单.......................................................................................................17

附录2电路原理图.......................................................................................................18

I

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附录3PCB设计图........................................................................................................19

附录4作品实物照（正面照片和反面照片）...........................................................20

附录5软件程序代码...................................................................................................21

II

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基于stm32的出租车计价器的设计与制作

1产品功能分析

1.1设计背景及内容

为了满足人们最后一公里的需求，出租车走进了万千平常百姓的日常出行，

虽然这便利了很多人的出行，让人们的出现方式多元化，但随即产生了新的痛

点，很多顾客都认为自己坐了黑心出租车，即为了消除顾客的顾虑，又为了让

出租车司机节省成本，因此迫切需要一款稳定且制作成本低的出租车计价器。

（1）设计内容

1）系统方案的选择；

2）硬件电路的组成及使用方法；

3）硬件、软件调试。

（2）设计要求及预期成果

1）显示功能：采用液晶显示器显示，可以读取当前的速度，转速，距离和

总金额；

2）模拟功能：用于模拟汽车车轮；

3）扩展功能：可以设定距离的上限报警。

1.2功能分析

（1）检测到距离小于所设定值，则蜂鸣器报警提示，阀值按键进行设定；

（2）检测到的距离一旦当小于所设定的值蜂鸣器报警提示，一旦当正常则

不提示，实现功能。

2方案设计

2.1显示屏的选择方案

方案一:

LCD1602是一款12位、16位微控制器，它的高集成度将在很大程度上提高

产品性能，降低成本和提高可靠性,还是单片微型计算机和高速I/O口模块的理

1

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想组合，可以大大简化系统设计。并且不受刷新率的影响，亮度控制完全由背

光板决定，缺点是无法显示图形和曲线。

方案二:

LCD12864显示器采用128*64分辨率点阵，可以显示更多信息，但与方案1

相比，LCD1602的程序和电路将更加复杂，缺点是价格比LCD1602高得多。

综上所述，因为我们是设计一款物美价廉的出租车计价器，只需要显示里

程，速度，价格等信息即可，故选择更加廉价且简单的方案一。

2.2霍尔传感器的方案选择

方案一

采用A3144霍尔传感器，具有器件小巧，灵敏度高，响应速度极快，可靠

性高，可编程，低功耗的全差分电流源。在1V~5V的宽电压范围内，A3144电流

输出为1mA和0.1uA。并且在购物网站有很多以A3144为核心的测速模块可以

直接使用，便于产品的组装焊接。

方案二

采用3144霍尔传感器，该霍尔传感器与A3144霍尔传感器是同一系列产品，

他们都是非接触式、高灵敏度的磁敏电阻，通过对它施加磁场，便可获得测量

值。但以其为核心的测速模块选择性较少。

综上所述，故选择方案一。

2.3定时器的选择

方案一

采用STM32F103C8T6单片机自身的16位定时器，在STM32F103C8T6单片机

中，可以对其中的16位定时器进行编程。通过内部寄存器设置，可编程16位

定时功能可设置定时器时间长度、占空比、时间间隔等参数。

方案二

采用NE555FE精密定时器，NE555FE定时器主要用于继电器控制电路等电子

电路中时间常数的检测和保护;可用于电机启动、停止或电压转换;也可用作继

电器触点的触点或其他目的。

综上所述，为了节约成本，方案一完全够用，不用增加成本，故选择方案

一。

2

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2.4系统框图

本设计由STM32F103C8T6单片机核心板+LCD1602液晶显示器+霍尔传感器+

电源+单联功率电位器+电机+蓝白电位器组成。

图1系统框图

3产品硬件设计

3.1STM32F103C8T6核心板设计

在电子工业中，嵌入式系统是电子产品的核心部分。其开发周期短，应用

范围广。深受广大设计工程师的喜爱。其中，基于ARM核心的处理器(MCU)是近

年来最受欢迎的产品之一。下面将介绍一种基于STM32F103C8T6核心板的单片

机，可以满足设计工程师开发高性能、低功耗产品的需求。同时，STM32F103C8T6

核心板还具有很强的性价比优势，非常适合在嵌入式设计中使用。

STM32所有芯片资料都是开源，当然，理解它的原理并不是很重要，主要是

需要了解其引脚的使用方法。硬件部分主要用于做核心板，可以应用在PC外设，

GPS平台，报警系统和暖气通风等方向；并且可以通过KeiluVision5等编程软

件编写其详细功能的代码，实现不同功能，通过KeiluVision5等软件将写好的

程序烧录到开发板就能进行实际效果调试，如果产生错误信息能立刻进行修改，

操作方便，易于上手。

（1）STM32F103C8T6主要特性

性能强大；

可以随时修改原本的设计和源代码，可塑性和执行力较强；

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引脚多，拓展性强，应用领域广；

STM32F103C8T6只需要将USB线连接到已编程的计算机进行刻录。阈值低，

操作简单。

（2）STM32F103C8T6主要参数

STM32F103C8T6处理器使用32位Cortex-M3内核，主频为72MHz，总线速度

为800MHz；

ARM内核支持多种主流的外部接口和处理器，包括2个32位和2个16位串行

CPU、10个32位外围设备、20个8位串行口、20个16位通用I/O以及5个通

用I/O。STM32F103C8T6系列是目前STM32系列中的最高端系列，具有强大的性

能特点，广泛应用于各种高速，低成本以及高性价比的嵌入式系统。目前该系

列产品已经广泛应用在汽车电子领域。而我们使用的STM32F103C8T6处理器就

使用了ARM内核。

（3）STM32F103C8T6相关引脚

GND:接地引脚；

VCC:该引脚用于外部电源给开发板供电；

3V3:电源引脚，最大输出50mA；

5V:使用USB供电；

PA0~PA9:模拟输入引脚；

PA1~PA3和PA6~PA11:可用于脉宽调制；

PA2~PA3和PA9~PA10:串行口，用于数据的发送和接收；

PB8~PB11和PB0~PB6:也可用于脉宽调制；

单片机引脚图如图2所示：

图2STM32核心板原理图

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3.2LCD1602液晶显示器设计

LCD（LiquidCrystalDisplay的缩写）液晶显示器能够同时显示16x2=32

个字符。是专门显示字母、数字、符号等信息的点阵液晶显示模块。支持1920×

1080全高清分辨率+60Hz刷新率，拥有1920×1080P全高清分辨率+150Hz动态

刷新率技术和1000cd/㎡亮度，支持双屏显示。非常适合用在出租车计价器上，

所以本产品设计选用LCD1602液晶显示器。

（1）模块特点

物美价廉；

耗电量较低；

抗干扰能力强；

响应速度快；

结构简单，体积小。

（2）产品应用范围

工业领域的手持设备；

公共场所的显示设备；

计算器的显示屏幕；

出租车计价器的显示设备；

洗衣机的显示器。

（3）模块技术参数

工作电压：4.5V-5V；

最佳工作电压:5.0V；

工作电流:2.0mA；

显示字符:每行显示16个字符，共分为上下两行；

工作温度：-10°C~70°C；

引脚：共有16个引脚。

图3LCD1602液晶显示器原理图

5

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传感器如

图3所示。

3.3霍尔传感器设计

位移传感器是一种利用霍尔效应来检测物体是否在变化的检测装置。当移

动物体通过某一处时，就会在该处产生感应电动势（电压）或磁通量。由于霍

尔式传感器没有旋转磁场的干扰，所以可以避免磁感应强度不能随距离变化的

缺点，这就可以使其广泛应用于生产过程控制、质量检测、安全防护等领域。

我们常见的位移传感器都是利用这种原理来测量其位置变化。

本产品设计利用这一特性，在电机的车轮上放置磁铁，使霍尔传感器能够

感知模拟车轮的转动。

（1）传感器特点：

普通传感器只能用于测50Hz的正弦波，但霍尔传感器可以对任意波形的电

流电压进行实时测量。

霍尔传感器的副边电路与原边电路间的电气隔离较好，最高的隔离电压可

达9600Vrms;

霍尔传感器是一款高精度传感器，在室温内测量精度优于1%，如此精确的

测量精度无论对于什么波形的测量都是非常合适的。

性价比较高，功耗低。

（2）主要参数：

工作电压：5V

工作电流：10mA

AO信号：模拟量输出

GND：接地线

VCC：接5V电源

DO：数字输出引脚

其具体电路原理图如图4所示。

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图4霍尔传感器图

4产品软件设计

一个完整的出租车计价器是由硬件产品和程序源码两部分组成的，硬件产

品是由STM32核心板，A3144霍尔传感器，LCD1602液晶显示器，直流减速电机

等一系列电子元器件组成的电路，仅仅在只有硬件电路的情况下，渴望达到理

想效果是天方夜谭，因为我们还需要各种软件源码的支持，通过合适的开发板

软件（KeiluVision5）,将程序烧录到STM32核心板里即可。

4.1KeiluVision5程序开发环境

图5STM32F103C8T6开发界面图

7

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uVision5向后兼容KeilMDK-ARMuVision4，以前的项目同样可以在MDKv5

上进行开发，MDKv5同时加强了针对Cortex-M微控制器开发的支持，并且对传

统的开发模式和界面进行升级，将分成两个部分，MDKCore和SoftwarePacks。

其中，SoftwarePacks可以独立于工具链进行新芯片支持和中间库的升级。即

使您使用汇编语言而不是C语言编程，KeiluVision5易于使用的集成环境和强

大的软件模拟调试工具也能让您完成两倍的工作。

4.2KeiluVision5软件开发流程

（1）首先要建立一个文件夹，用于放置整个工程，从STM32官方库下载stm

32官方的库，并将下载的官方库放到我们新建的文件夹中，然后新建一个USER

文件夹，用于放置我们自己新建的工程的拓展的.c或.h文件，打开KeiluVisio

n5软件，新建一个工程，并将工程保存到我们的USER文件夹中，然后在工程下

新建一个main.c的文件保存到工程的相同位置，开始编写主程序文件，如果需

要其他文件，可以放在工程文件的同一级目录。

（2）书写完整个程序后，我们需要对程序进行编译，编译结果可能会出现

警告或者错误，我们重点关注错误信息，一般的警告信息不会影响我们产品的

实际效果，如果程序存在报错信息，我们应该根据错误信息一条一条地针对性

修改，直到程序显示0错误为止。

（3）如果完成了前两个步骤，我们将进行程序烧录操作。

4.3KeiluVision5程序烧录软件介绍

KeiluVision5是基于Linux的跨平台图形界面设计软件，主要面向图形图

像设计人员。主要功能：

（1）KeiluVision5提供了图形对象库和用户界面，可根据用户需要对图

形进行各种操作，如显示、处理或修改动画、图像等。

（2）用户界面包括对象操作界面和图形操作界面两部分。

（3）对象操作界面提供了大量常用的命令以及功能强大的命令行界面，通

过这些指令控制图形对象的运动，并对这些对象进行处理等。

（4）用户通过鼠标点击可以对图形对象进行各种操作，包括放大缩小、平

移旋转、变换坐标等。

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（5）KeiluVision5提供了丰富的工具（如属性库）和指令，使用户能够根

据需要选择不同的操作方法。

（6）可以设置图元属性的参数，以使用户更容易控制图元属性；支持多线

程和多用户；可以定义一些高级特性，如图层合并及图层管理等；可以定义多

个图层，实现对同一图层的控制等。

（7）支持多种分辨率设置，可对图元属性进行分屏显示或叠加方式显示；

支持图层合并及隐藏功能；提供了各种颜色设置和混合效果设置参数等。

（8）支持多种显示模式：标准图像模式、分屏图像模式和混合输出（RS-232

或RS-422）+ASCII+RGB等）模式；支持多种字体和颜色模式设置。

（9）支持对图像进行压缩或去噪处理，可方便地将任意尺寸图像转换成标

准尺寸图像并保存在KeiluVision5中；提供多个滤镜功能，可将任意尺寸或非

特定形状的图像转换成标准尺寸或特定形状图像（如圆形图片）。

（10）提供图形对象操作界面（如属性操作）和用户管理界面（如图层管

理）功能；提供图形对象操作界面（如属性操作）功能和用户管理界面功能。

图6烧录软件框

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4.4主程序流程图

本系统设计主要采用KeiluVision5软件编写源码并调试实际效果，系统运

行流程图如图7所示。

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图7主程序流程图

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图8LCD1602液晶显示器子程序流程图

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5系统组装与调试

5.1电路组装

第一步需要为元器件预设焊接位置：

虽然第一步没有开始焊接，但是也尤为重要，因为元件位置的规划是我们

产品成功制成的关键要素，他能让我们产品布局看上去更加美观，布线更加有

规则，降低我们产品在焊接过程中的难度。

第二步是进行产品的实际焊接：

在第一步的基础上，我们将元器件焊接在电路板的预定位置，并且要注意

元器件的引脚位置不能放错，否则会导致后面的线路焊接错误或者增加焊接难

度，引起不必要的麻烦。

第三步进行元器件之间的线路焊接：

元器件的线路焊接主要是通过焊锡和导线完成，一般芯片或较近的元器件

引脚直接用焊锡焊接起来即可，而距离较远的元器件引脚就需要用到导线跳线

连接。

第四步需要检查焊接是否错误：

完成前三个步骤后，我们不要急于给产品上电，防止元器件因焊接错误漏

电或元器件损坏，因此，我们需要对整个产品进行检查，查看是否有焊接错误，

是否存在漏焊的引脚，元件。

5.2系统调试

在产品上电前，确认电路焊接没有异常，连接STM32电源线和DC接口的电

源线，打开DC接口旁的开关，查看电机是否转动，如果没有转动，可以将DC

接口的电源线插在电脑或手机充电头上，调节单联电位器查看电机是否转动。

如果电机转动，查看霍尔传感器和STM32核心板是否正常工作，主要通过

板载LED的状态判断。

产品硬件无误后，我们可以进入KeiluVision5软件，将我们编译好的.hex

文件烧录到STM32F103C8T6核心板中，查看实际产品效果，是否符合预期的测

速，计费，显示，模拟车轮转动的功能。

5.2.1系统软件调试

书写完功能源码后，我们就点击编译按钮，当编译完成时，控制台会显示

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编译的文件和编译结果，如果有错误的话，会将错误的大致位置显示出来，当

然，有时报错的位置并不是错误的源头，而是与错误相关的内容，需要我们根

据整个项目程序的逻辑进行更改。

更改完所有的报错后，可能还会显示警告信息，一般是由于程序的书写格

式或命名的原因导致的，不会对实际的产品功能造成影响，因此，我们可以忽

略警告信息。

解决完所有的报错信息后，我们就可以准备对硬件进行烧录操作。如果烧

录后与预期效果不符，就需要我们检查源码逻辑是否有错误，更改实现方式再

查看产品效果是否符合预期。

5.2.2系统硬件调试

硬件电路测试主要是通过数字量来检验其功能是否能够正常工作，数字量

通常都是一些参数或者是数字电路本身所具备的一些特性，而这些参数或者性

能会影响到整个硬件电路工作时是否能够正常工作。

（1）调试过程：

首先根据原理图，查看自己的硬件电路是否存在错焊元器件或元件引脚，

根据PCB线路图，查看元件位置是否与预期有偏差，应交的焊接是否有差错，

否则很容易烧坏元器件。

可以利用教室的万用表测试元件是否短路或元器件是否已经损坏，如果已

经损坏需要重新购买元器件再进行焊接操作。

将DC接口插在手机充电头，不能接在充电宝，因为充电宝有自我保护机制，

每次调节单联电位器就会断电，没有实际效果，然后查看电机是否正常运行，

霍尔传感器是否能测速，stm32核心板是否正常工作，显示器是否正常显示，调

节蓝白电位器显示器的亮度是否会发生变化，调节单联电位器是否对电机的速

度产生影响。

（2）产品功能验证：

完成调试过程后，我们需要对产品功能进行初步测试，查看产品效果是否

符合逻辑，正常运行。

5.3实物测试

测试正常，如图9所示。

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图9系统测试图

6产品使用说明

（1）使用前检查是否存在元器件丢失，导线脱落等情况，防止因为产品零

件的缺失导致产品效果不理想。

（2）直接利用手机充电器给DC接口和STM32核心板上电，打开DC接口旁

的开关，并扭动单联电位器，使电机模拟的车轮开始转动，此时模拟车轮上的

磁铁每次经过霍尔传感器时，霍尔传感器的板载LED会闪烁一次，表示检测到

车轮转了一圈，打开STM32核心板开关，LCD1602显示器就会显示模拟车辆的车

速，距离，转速，总金额的信息，并且可以通过LCD显示器旁的蓝白电位器调

节LCD的亮度，出租车3米内起步价是6元（因为考虑到效果展示的直观性，

所以距离较短），3米外每米0.2元。

（3）使用完产品后，建议将产品用防水袋装起来，并用泡沫装起来，防止

元器件腐蚀生锈，导致漏电，元器件损坏的情况。

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参考资料

[1]王鲁云.模拟电路原理设计及应用.北京:清华大学出版社,2017

[2]张金.Arduino程序设计与实践.北京:电子工业出版社,2018.

[3]周元哲.软件测试.北京:清华大学出版社,2013.

[4]李朝青.单片机原理及应用.北京：北京航空航天大学出版社.2013.

[5]郑人杰.计算机软件测试技术.北京:清华大学出版社,1992.

[6]李秀忠.单片机原理及应用.华南理工大学出版社.2009.

[6]宋万年.电子系统设计.北京：复旦大学出版社，2004.9.

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附录1元器件清单

(李文杰)《基于Stm32的出租车计价器的设计与制作》元器件清单

序号元器件名称型号(Comment)原理图中的标号数量

1STM32核心板STM32_COREU1

2A3144霍尔传感器A3144霍尔传感器U3

3LCD1602液晶显示器LCD1602LCD1

4直流减速电机直流减速电机J1

5DC接口DC接口DC1

6蓝白减速电机103PR1

7单联电位器103PR2

8电源开关电源开关SW1

95.08间距2芯端子2芯/

102.54单排座4pin/

112.54单排针16pin/

122.54单排座16pin/

132.54单排座3pin/

142.54单排座20pin/

15码盘码盘/

16圆磁铁圆磁铁/

17焊接线-短线红色/

18焊接线-短线黑色/

19覆铜板或万用板//

20USB电源线_小头//

21导线(只有万用板有)//

22焊锡//

232cm胶棒固定作用/

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附录2电路原理图

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附录3PCB设计图

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附录4作品实物照（正面照片和反面照片）

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附录5软件程序代码

#include"led.h"

#include"delay.h"

#include"sys.h"

#include"usart.h"

#include<stdio.h>

#include"timer.h"

#include"key.h"

#include<stdio.h>

#include"lcd1602.h"

//#include"rtc.h"

#include"exti.h"

chardis0[17];//暂存

chardis1[17];/