基于Proteus的多功能出租车计价器设计.pdf

1、第23卷 第6期 Vol . 23 No. 6 重 庆 工 学 院 学 报(自然科学) Journal of Chongqing Institute of Technology(Natural Science) 2009年6月 Jun. 2009 3 收稿日期: 2009 - 03 - 01 基金项目:湖南省自然科学基金资助项目(07JJ6119) 作者简介:陈伟宏(1976 ) , 女,湖南益阳人,硕士,讲师,主要从事计算机网络、 嵌入式技术方面的研究. 基于Proteus的多功能出租车计价器设计 陈伟宏 a ,肖卫初 b ,邱 飚 b (湖南城市学院a.计算机科学系; b.物理与电信工程系

2、,湖南 益阳 413000) 摘 要:设计一种以单片机AT89S52为核心,以ISD2560、DS1302、MAX7219等芯片为外设的多功 能出租车计价器,给出了硬件电路及主程序流程,阐述了软硬件设计过程中关键技术的处理方 法.对Proteus与Keil c51集成开发环境进行连调.结果表明:该计价器具有集计程、 计时、 计费、 存 储、 查看、 统计等多种计量功能,并且具有防止司机作弊、 语音、 打印和显示等多种功能.与已有的 系统相比,该系统还具有超速提醒等功能. 关 键 词:出租车计价器;单片机;多功能 中图分类号: TP273 文献标识码:A文章编号: 1671 - 0924(200

3、9) 06 - 0083 - 04 Design of theM ulti- function Taximeter Based on Proteus CHEN Wei2hong a , XIAO Wei2chu b ,Q IU Biao b (a. Department of Computer Science; b. Department of Physics and Electronics Engineering, Hunan CityUniversity, Yiyang 413000, China) Abstract:The design of multi2function taxi me

4、ter based on single chip microcomputer AT89S52 and equipped with peripheral of ISD2560, DS1302 and MAX7219 chips is presented.Hardware circuit diagrams and main program flow chart are given.How to solve key problems in the process of designing software and hardware system is also discussed. The simu

5、lation resultswith the tools Proteus and Keil c51 have proved that the system satisfies the practical requirementsof distance, time and fare counting, storing, examining, accumulating data, guarding against driver cheating, and the print, speech and display function.Compared with the existing system

6、, this system has stronger function, such as reminding of the excessive speed and so on.The validity and practicality of the design based on Proteus is verified by the experi ment . Keywords: taxi meter; single chip microcomputer;multi2function 出租车计价器是出租车营运收费的专用智能 化仪表,随着电子技术的发展,出租车计价器的设 计技术也在不断进步和提高

7、,国内出租车计价器 的发展已经经历了4个阶段,从传统的全部由机 械元器件组成的机械式到半电子式(即用电子线 路代替部分机械元器件)出租车计价器,再从集成 电路式到目前的基于单片机系统设计的出租车计 价器.出租车计价器计费是否准确、 出租车司机是 否超速是乘客最关心的问题,而计价器营运数据 的管理是否方便是出租车司机最关注的.因此设 计一种既能有效防止司机作弊和超速提醒,又能 方便管理营运数据的多功能出租车计价器尤为重 要.本文中以单片机AT89S52为核心设计了一款 多功能出租车计价器,该计价器能实现里程计价 与显示、 数据存储与查询、 时钟显示、 超速提醒、 语 音播报和票据打印等功能.比市

8、场上的一些计价 器使用更方便,功能更全,还具有有效防止司机作 弊和系统稳定性好的优点.其中的超速提醒功能 可以提醒司机和乘客,告诫司机不要超速行驶,以 避免交通事故的发生. 1 系统硬件结构及功能特性 1. 1 整体方案 整体方案设计框图如图1所示,整个系统由 单片机AT89S52控制电路、A44E霍尔传感器电 路、AT24C02存 储 电 路、DS1302时 钟 电 路、 ISD2560语音播报电路、 票据打印电路、 按键调整 电路、MAX7219驱动显示电路及电源电路组成. 图1 整体方案设计方框图 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

9、的脉冲信号并进行里程计算.当无乘客时,单 片机调用实时芯片DS1302程序和MAX7219串口 显示驱动程序,用4只LED进行时钟显示;当空车 灯掰下、 乘客上车时, ISD2560语音播报电路进行 语音播报 1 ( 欢迎乘坐本出租车 ) , 通过 DS1302获取时间信息,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,进行播报 2 ( 谢谢再次乘坐本 出租车,请交金额? ) , 并打印好票据,单片机将 营运数据信息存储到24C02中,等待出租车再次 启动后,单次金额与里程等信息清零复位,完成

10、一 次计价. 1. 2 硬件电路设计 系统设计的硬件电路的原理如图2所示.它 由电源电路、 霍尔传感器路程测量电路、 数据显示 电路、 时钟电路、 语音播报电路、 票据打印电路和 数据存储电路等组成,各电路端口分别与单片机 AT89S52的输出口相连,通过单片机的控制来实 现计价器的功能 1 . 图2 硬件电路原理 1. 2. 1 路程测量电路 在汽车联轴器按圆周间隔嵌入磁钢,用霍尔 传感器集成芯片A44E检测并输出脉冲,霍尔传感 器集成芯片A44E有信号转换、 电压放大、 整形输 出等功能,为增加其抗干扰能力,经过74LS14对 信号整形后再通过光偶送入P3. 5引脚.利用单片 机T1的计数

11、功能完成100次的计数后,产生一中 断来完成路程的测量. 1. 2. 2 显示电路 由于设计要求有单价 (2 位)、 中途等待时间 (2 位)、 路程 (4 位)、 金额 (4 位)和时钟 (4 位)显示,因 此,采用16位高亮度LED数码管显示.用2片 MAX7219级连进行驱动显示,把上一片的数据输出 口和下一片的数据输入口连接使用.而主电路板上 48重 庆 工 学 院 学 报 AT89S52输出的D I N、LOAD、CLK信号在传输到显 示板的过程中可能会由于干扰而产生变形,所以在 显示电路上对这3个信号进行整形后再通过光偶, 以防止数据的错误显示或不显示现象发生 2. 1. 2. 3

12、 语音播报电路 考虑到计价器的微型化、 智能化,语音芯片采 用集成度较高的ISD2560芯片,其最大特点是采用 EEPROM进行模拟信息直接存取,而不必经过A /D 和D /A转换.它内部带有话筒放大器、 自动增益控 制时钟、 扬声器驱动电路等,采用+5 V电源供电. 语音模块与单片机的接口如图2所示 3 ,在 设计过程中,先把语音信息存储到ISD2560内部 的不同起点地址中.营运过程中根据上、 下车的不 同营运状态来实现不同语音功能播放.语音芯片 工作时,由主程序调用放音处理程序,根据发音地 址寻找ISD2560中的发音单元,然后将信号送到 扬声器发出声音. 1. 2. 4 票据打印电路

13、当出租车到达指定地点,司机翻起空车牌时, 便产生一个信号,通知单片机AT89S52,单片机启 动打印服务,将行车的中途等待时间、 营运里程、 单价、 金额、 日期及上下车时间等数据打印成出租 车专用发票,微型打印机接口电路如图2所示.本 设计中所用微打是EPSON公司生产的TPp - 16 微型打印机,微打与单片机通过并行接口相连,当 所需要打印的数据出现在打印机I/O0I/O7上 时, STB只要从高电平转到低电平,再从低电平转 到高电平,就可把数据送入打印机.这时打印机将 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 )

14、, 同时送出回答脉冲ACK,通知系统,可 以再次输入数据 4 . 1. 2. 5 超速提醒电路 有些出租车司机为了获取更多的时间来多送一 个乘客,他们在送客过程中以高速行驶来榨取时间, 而引起一些交通事故,为了制止这些事故发生,在系 统程序中通过软件检测行驶速度,当速度高于设置的 最高速度时以红色LED显示,乘客观察后可以提醒 司机不要超速行驶,以避免交通事故发生. 2 系统软件设计 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1里程计算程 序、T0等待时间计数中断程序、MAX7219串口静态 16位LED显示程序、DS1302时钟程序、ISD2560语 音播

15、报程序、24C02数据存储程序、 打印程序和键盘 服务程序等.在整个软件设计过程中一些变量使用 全局变量形式,以供主程序调用 5. 在主程序模块中,需要完成对各芯片的初始 化、 各中断的初始化,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 据各标志寄存器的内容分别完成启动、 清除、 计程 和计价等不同操作.主程序流程如图3所示.当空 车信号灯打下时,表示有乘客上车,就进行语音播 报1,并启动计价,然后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千米数. 若已超过,则根据里程值、 每千米的单价和起价来 计算出

16、当前的累计价格,并将结果存于价格寄存 器中,将当前时间和累计价格送MAX7219驱动的 LED显示电路显示出来.当中途塞车(等待或低速 行驶)时,在一定时间内没有检测到传感器的脉冲 信号就启动T0计时器进行计时,当超过规定的等 待时间后,计价器就根据等待价格进行当前金额的 累加与显示,并在计价器上显示等待时间;当到达 目的地的时候,司机把空车灯打上,就停止计价,显 示当前所应该付的金额和对应的单价,并进行语音 播报2和票据打印.等乘客下车后,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,完成一次计价 6. 图3 主程序流程 58陈伟宏,等:基于Prot

17、eus的多功能出租车计价器设计 3 基于Proteus ISIS 6的系统仿真 在Proteus的ISIS 6软件环境下画出电路原理 图,如图4所示,然后将设计的程序在KeilC Vision2开发集成环境上编译成机器语言,进入 Proteus的ISIS,鼠标左键点击菜单“Debug”,选中 “use romote debuger monitor”,便可实现KeilC与 Proteus的连接调试.首先在Proteus中双击单片机 AT89S52,将在KeilC下编程生成的. HEX文件导 入到AT89S52中,可在Proteus中单击全速仿真运 行按钮,进行现象的查看,能清楚地观察到芯 片上每

18、一个引脚的电平变化,红色代表高电平,蓝 色代表低电平;并在LED显示器上显示相应的数 据,如图4所示.如果现象不正确,则在KeilC中单 步调试程序,并在Proteus观察现象,哪一步不正 确则对该段的程序进行修改、 调试,直到仿真完全 成功为止. 在仿真过程中,霍尔传感器采集的路程脉冲 信号用系统提供的脉冲信号源代替,其他器件均 可找到,电路仿真调试过程为:启动计价器,在空 车灯没有掰下时空车灯亮,只显示时间,如图4所 示;当超速行驶时,发光二极管发出红色的光进行 提醒,如图5所示.仿真结果表明系统硬件和程序 通过了模拟,为检验设计的电路和程序,将调试好 的程序下载到制作的实物电路板的单片机中,制 作电路印刷板,得到的实物运行结果与Proteus的 仿真结果完全一致. 图4 空车现象图(显示时间与空车灯亮) 图5 超速行驶现象图(超速提醒灯亮) 4 结束语 设计了以单片机AT89S52为