單片機出租車計價器設計

1、 PAGE I遼 寧 工 業(yè) 大 學單片機原理及接口技術 課程設計（論文）題目： 出租車計價器設計 院（系）： 電氣工程學院 專業(yè)班級： 電氣11級 學 號： 學生姓名： 指導教師： 起止時間：2014.06.16-2014.06.30 PAGE 18課程設計（論文）任務及評語院（系）：電氣工程學院 教研室： 學 號學生姓名專業(yè)班級課程設計（論文）題目出租車計價器設計課程設計（論文）任務該計價器根據(jù)不同情況具有不同的收費標準。有白天/晚上收費標準的轉換開關，數(shù)據(jù)的清零開關，能夠在掉電的情況下存儲單價等數(shù)據(jù)，能夠顯示當前的系統(tǒng)時間設計任務：1. CPU最小系統(tǒng)設計（包括CPU選擇，晶振電路，復位

2、電路）2.測距傳感器選擇及接口電路設計3.顯示及開關啟動電路設計4.程序流程圖設計及程序清單編寫技術參數(shù)：1白天：1.2元/公里，晚上2元/公里2工作電源12V設計要求：1、分析系統(tǒng)功能，選擇合適的單片機及傳感器，里程檢測電路設計等；2、應用專業(yè)繪圖軟件繪制硬件電路圖和軟件流程圖；3、按規(guī)定格式，撰寫、打印設計說明書一份，其中程序開發(fā)要有詳細的軟件設計說明，詳細闡述系統(tǒng)的工作過程，字數(shù)應在4000字以上。進度計劃第1天 查閱收集資料第2天 總體設計方案的確定第3-4天 CPU最小系統(tǒng)設計第5天 測距傳感器選擇及接口電路設計第6天顯示及開關啟動電路設計第7天 程序流程圖設計第8天 軟件編寫與調試

3、第9天 設計說明書完成第10天 答辯指導教師評語及成績 平時： 論文質量： 答辯： 總成績： 指導教師簽字： 年 月 日注：成績：平時20% 論文質量60% 答辯20% 以百分制計算摘 要出租車計價器的硬件設計以AT89S51 單片機為核心控制元件，利用靈敏的霍爾開關型器件A44E 霍爾傳感器測距，采用AT24C02 實現(xiàn)在系統(tǒng)掉電的時候保存單價和系統(tǒng)時間等信息，時鐘電路采用12MHz的晶振輸出，在上電時字符型液晶1602顯示最初的起步價，里程收費，等待時間收費三種收費，通過按鍵可以調整起步價，里程收費，等待時間收費。通過按鍵模擬出租車的運行，暫停，停止。在1602液晶上可以顯示運行的時間，運

4、行時暫停的時間，通過計算可以得出總共的費用和總的路程。在這里主要是以AT89S52單片機為核心控制器，P0口接1602液晶顯示模塊，P1口接按鍵的，通過按鍵輸入。關鍵詞：AT89S51，霍爾傳感器，AT24C02，；1602液晶 第1章 緒論1.1出租車計價器概況出租車行業(yè)在我國是八十年代初興起的一項新興行業(yè)，隨著出租車行業(yè)的發(fā)展，出租車已經(jīng)是城市交通的重要組成部分，出租車計費器是乘客與司機雙方的交易準則，它是出租車行業(yè)發(fā)展的重要標志，是出租車中最重要的工具。它關系著交易雙方的利益。具有良好性能的計費器無論是對廣大出租車司機朋友還是乘客來說都是很必要的。因此，汽車計價器的研究也是十分有一個應用

5、價值的。要將出租車計價系統(tǒng)產(chǎn)品化，應該根據(jù)客戶不同的需求進行不同的設計，應該在程序中增加一些可以人為改變的參數(shù)，以便客戶根據(jù)不同的需要隨時調節(jié)單價以及計價方式。因此，研究出租車計價器及擴大其應用，有著非?，F(xiàn)實的意義。多年來國內普遍使用的計價器只具備單一的計量功能。目前全世界的計價器中有90%為臺灣所生產(chǎn)?，F(xiàn)今我國生產(chǎn)計價器的企業(yè)有上百家，主要是集中在北京，上海，沈陽和廣州等地。我國第一家生產(chǎn)計價器的是重慶市起重機廠，最早的計價器全部采用機械齒輪構，只能完成簡單的計程功能，可以說，早期的計價器就是個里程表。隨著科學技術的發(fā)展，產(chǎn)生了第二代計價器。它采用了手搖計算機與機械結構相結合的方式，實現(xiàn)了半

6、機械半電子化。此時它在計程的同時還可完成計價的工作。大規(guī)模集成電路的發(fā)展又產(chǎn)生了第三代計價器，也就是全電子化的計價器。它的功能也在不斷完善。出租汽車計價器是一種專用的計量儀器，它安裝在出租汽車上，能連續(xù)累加，并指示出行程中任一時刻乘客應付費用的總數(shù)，其金額值是計程和計時時間的函數(shù)。出租車計價器在最初使用時具備的主要功能是根據(jù)行駛里程計價，要求精度高，可靠性好。隨著電子技術的發(fā)展以及對計價器的不斷改進和完善，便產(chǎn)生了諸多的附加功能。例如：（1）LED顯示功能，數(shù)碼管的使用讓計價器實現(xiàn)多屏顯示的功能，可同時顯示各項營運數(shù)據(jù)，使乘客一目了然；（2）永久時鐘功能，在非營運狀態(tài)下，日歷時鐘芯片的使用使計

7、價器可以顯示永久時鐘；（3）存儲功能，可存儲多項營運數(shù)據(jù)，便于查詢。新型數(shù)據(jù)存儲器的應用使得計價器的營運數(shù)據(jù)在掉電情況下還可以保存10年。1.2本文研究內容所設計的出租車計價系統(tǒng),要求可以設置起步價，(如5 公里內10 元) ,以后開始按每公里增加費用,白天每公里的單價1.2 元，晚上每公里的單價2元。在出租車運營過程中,當遇到堵車等情況而導致出租車處于等待狀態(tài),則每等到五分鐘(時速低于每小時5 公里) 費用加1 元。當總計費金額達到30 元后,每公里將加收50 %的空駛費,遇有特殊情況停車時,可設為不計費,以保證乘客權益。該電路系統(tǒng)能夠模擬實際出租汽車的啟動、停止、暫停、空車等狀態(tài),可以顯示

8、計費金額、行駛公里數(shù)、計費開始時間等參數(shù),而且各關鍵參數(shù)可以進行調整,以適應在實際應用中起步價、每公里價格和計費方式等參數(shù)的變化。本課題研究的主要內容是設計出租車計價器的硬件電路。設計的整體電路框圖如圖2-4所示，整個系統(tǒng)由單片機A T89S51 控制電路、A44E 霍爾傳感器電路、AT24C02 存儲電路、8563時鐘電路、按鍵鍵盤電路、液晶顯示電路及電源電路組成。單片機采集并判斷空車燈信號及路程檢測傳感器信號,當出租車啟動時,單片機檢測到霍爾傳感器的脈沖信號并進行里程計算。當無乘客時,單片機調用實時時間芯片8563 程序和8255串口顯示驅動程序;當空車燈掰下乘客上車時，通過8563 獲取

9、時間信息分辨白天/ 晚上,然后調用AT24C02 程序獲取白天/ 晚上的單價及起始價,便開始計價并顯示時間、里程和金額等信息;當空車燈打上乘客下車時，打印好票據(jù),單片機將營運數(shù)據(jù)信息存儲到AT24C02 中,等待出租車再次啟動后單次金額與里程等信息清零復位, 就此完成一次計價。本設計由硬件設計和軟件設計兩部分組成。系統(tǒng)的硬件主要由以下幾個部件組成：主機電路、掉電保護模塊、顯示模塊、傳感器信號采集模塊、鍵控模塊、電源模塊。其方框原理圖如圖2.1所示。單片機顯示模塊驅動電路鍵盤檢測與控制掉電存儲霍爾傳感器檢測電路顯示電路電源模塊 圖1.1 總體設計電路框圖第2章 硬件設計2.1振蕩電路單片機內部有

10、一個高增益、反相放大器，其輸入端為芯片引腳XTAL1，其輸出端為引腳XTAL2。通過這兩個引腳在芯片外并接石英晶體振蕩器和兩只電容（電容 和一般取33PF），這樣構成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。振蕩電路脈沖經(jīng)過二分頻后作為系統(tǒng)的時鐘信號，再在二分頻的基礎上三分頻產(chǎn)生ALE信號，此時得到的信號時機器周期信號。振蕩電路如圖2.1所示：圖2.1振蕩電路2.2 復位電路設計 復位操作有兩種基本形式：一種是上電復位，另一種是按鍵復位。按鍵復位具有上電復位功能外，若要復位，只要按圖中的RESET鍵，電源VCC經(jīng)電阻R1、R2分壓，在RESET端產(chǎn)生一個復位高電平。上電復位電路要求接通電源后，通過外部電容充電來實

11、現(xiàn)單片機自動復位操作。上電瞬間RESET引腳獲得高電平，隨著電容的充電，RERST引腳的高電平將逐漸下降。RERST引腳的高電平只要能保持足夠的時間（2個機器周期），單片機就可以進行復位操作。按鍵復位電路圖如圖2.2所示。 圖2.2復位電路2.3按鍵電路設計采用行列式鍵盤，每一條水平（行線）與垂直線（列線）的交叉處不相通，而是通過一個按鍵來連通，利用這種行列式矩陣結構只需要N條行線和M條列線，即可組成具有NM個按鍵的鍵盤。鍵控電路設計如下圖2.3所示。圖2.3 鍵控電路設計當電路中某一個按鍵被按下時候相應的行線輸出為高電平，列先輸出為低電平，如圖中按鍵“1啟動”被按下時候，P14通過按鍵連同，

12、接VCC,輸出高電平，P12輸出低電平，通過單片機P1口產(chǎn)生二進制代碼，通過按鍵查詢程序從而實現(xiàn)按鍵功能。2.4顯示電路對于現(xiàn)實電路我們可以采用數(shù)碼管，也可以采用液晶顯示，液晶又分字符型和點陣型，我們使用的液晶是字符型液晶，并且?guī)ё址麕斓?，不需要查找代碼。英文字符就可。液晶電路使用時，如果發(fā)現(xiàn)液晶不亮可以調節(jié)連接液晶的點位器，改變液晶的亮度。顯示電路如圖2.4所示： 圖2.4顯示電路 2.5 AT24C02存儲模塊電路AT24C02的外圍電路中有R3、R4 兩個上拉電阻，其作用是減少AT24C02 的靜態(tài)功耗，由于AT24C02 的數(shù)據(jù)線和地址線是復用的，采用串口的方式傳送數(shù)據(jù)，所以只用兩根線

13、SCL（移位脈沖）和SDA（數(shù)據(jù)/地址）與單片機傳送數(shù)據(jù)。每當設定一次單價，系統(tǒng)就自動調用存儲程序，將單價信息保存在芯片內；當系統(tǒng)重新上電的時候，自動調用讀存儲器程序，將存儲器內的單價等信息，讀到緩存單元中，供主程序使用。如圖2.5為AT24C02存儲模塊電路設計。圖2.5 AT24C02存儲模塊2.6 直流電機電路該直流電機主要是通過驅動芯片L298來驅動，這款芯片可以同時驅動2個直流電機，可以用直流電或PWM脈沖波驅動第5,7腳為控制電機的正反轉，一個接負電壓，一個接正電壓，第6腳ENA控制電機的轉速，通過PWM可以控制轉速，這里我們給它一個高電平就可以了。直流電機電路如圖2.6所示：圖2

14、.6直流電機電路2.7AT89S51功能介紹AT89S51有40個引腳，與MCS -51系列單片機引腳完全兼容。AT89S51的引腳如圖2.7所示。圖2.7 AT89S51的引腳結構其各自引腳功能如下：VCC：電源電壓。GND：地。P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O接口，即地址/數(shù)據(jù)總線復用口。當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉換地址和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間激活內部上拉電阻。在FLASH編程時，P0口接受指令字節(jié)，而在程序校驗時 ，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。P1口：P1口是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O接口，P1的輸出緩沖級可驅動4個TTL邏輯門電

15、路。端口寫“l(fā)”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（IIL），F(xiàn)LASH編程和程序校驗時，P1接收低8位地址。 P2口：P2 是一個帶有內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O口，P2 的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4 個TTL 邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVXDPTR 指令）時，P2 口送出高8位

16、地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行 MOVXRi 指令）時，P2口線上的內容（也即特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中 P2 寄存器的內容），在整個訪問期間不改變。Flash 編程或校驗時，P2 亦接收高位地址和其它控制信號。P3口：P3口是一組帶有內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O口。P3口輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對 P3口寫入“l(fā)”時，它們被內部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。P3口除了作為一般的 I/O口線外，P3口還接收一些用于 Flash 閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號,更重要是它的

17、第二功能，如下表所示：表2.1 P3口的引腳及功能端口引腳第二功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2（外部中斷0）P3.3（外部中斷1）P3.4T0（定時器0的外部輸入）P3.5T1（定時器1的外部輸入）P3.6（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）RST：復位輸入。當振蕩器工作時，RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。WDT 溢出將使該引腳輸出高電平，設置 SFR AUXR 的 DISRT0 位（地址 8EH）可打開或關閉該功能。DISRT0 位缺省為 RESET 輸出高電平打開狀態(tài)。ALE/ ：當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器

18、時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE 仍以時鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ALE 脈沖。對 F1ash 存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。該位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令 ALE 才會被激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設置 ALE 無效。/VPP:外部訪問允許。欲使 CPU 僅訪問

19、外部程序存儲器（地址為 0000HFFFFH），EA 端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復位時內部會鎖存 EA 端狀態(tài)。如 EA 端為高電平（接 VCC 端），CPU 則執(zhí)行內部程序存儲器中的指令。F1ash 存儲器編程時，該引腳加上+12V 的編程電壓 VPP。：程序儲存允許。輸出是外部程序存儲器的度選通信號。XTAL1：振蕩器反相放大及內部是鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。第三章 流程圖設計3.1主程序流程圖設計主程序中，需要完成對各接口芯片的初始化、出租車起價和單價的初始化、中斷向量的設計以及開中斷、循環(huán)等待等工作。另外，在主程序模

20、塊中還需要設置啟動/清除標志寄存器、里程寄存器和價格寄存器，并對它們進行初始化。然后，主程序將根據(jù)各標志寄存器的內容，分別完成啟動、清除、計程和計價等不同的操作。當按下S1時，就啟動計價，將根據(jù)里程寄存器中的內容計算和判斷出行駛里程是否已超過起價公里數(shù)。若已超過，則根據(jù)里程值、每公里的單價數(shù)和起價數(shù)來計算出當前的累計價格，并將結果存于價格寄存器中，然后將時間和當前累計價格送顯示電路顯示出來。當?shù)竭_目的地的時候，由于霍爾開關沒有送來脈沖信號，就停止計價，顯示當前所應該付的金額和對應的單價，到下次啟動計價時，系統(tǒng)自動對顯示清零，并重新進行初始化過程。主程序流程圖如圖3.1所示。圖3.1主程序流程圖

21、3.2定時中斷服務程序在定時中斷服務程序中，每100ms 產(chǎn)生一次中斷，當產(chǎn)生10 次中斷的時候，也就到了一秒，送數(shù)據(jù)到相應的顯示緩沖單元，并調用顯示子程序實時顯示。定時中斷服務程序流程圖如圖3.2所示。圖3.2 定時中斷服務程序流程圖第四章 系統(tǒng)調試與測試結果分析4.1 使用的儀器儀表 數(shù)字萬用表DT9203單片機仿真器WAVE6000燒寫器 GF2100雙蹤穩(wěn)壓穩(wěn)流電源DH1718E-5數(shù)字示波器 TDS1002在軟件調試過程中，因為AT89S51與MCS51系列相兼容，所以在調試WAVE6000調試過程中，我們采用8751來進行調試。4.2 系統(tǒng)調試本系統(tǒng)的調試共分為三大部分：硬件調試，

22、軟件調試和軟硬件聯(lián)調。由于在系統(tǒng)設計中采用模塊設計法，所以方便對各電路模塊功能進行逐級測試。4.2.1里程計價測試由于試驗條件有限，我們采用電動機附帶霍爾元件作為車輪，電機為3V 的直流電機，每分的轉速可以達到幾千轉，我們設定電機每轉一圈為車輪轉動1 米，當電機轉動達到1000圈時，就表示已經(jīng)到達了一公里，系統(tǒng)自動將當前的單價加到總金額上。表4.1 的測試條件是：設定白天的單價是2.5 元，起步價為5 元（包含3 公里），分別行駛不同里程測得數(shù)據(jù)如下表。表4.1白天單價測試公里41015374959總金額理論7.522.53590120145實際7.60222.4983590.12119.97

23、8145行駛路程理論41015374959實際41014.8936.9849.0258.023表4.2測試條件是：晚上的單價設定為3.0 元，起步價為5 元（包含3 公里），分別行駛不同里程測得數(shù)據(jù)如下表。表4.2晚上單價測試公里41015374959總金額理論82641107143173實際82640.989107143.01173.01行駛路程理論41015374959實際41014.8936.9849.0258.023表4.3測試條件是：設定在單價為2.5 的情況下已經(jīng)行駛了10 （22.5）公里，進行中途等待，分別等待不同的時間（10 分鐘為一個單位），起步價為5 元（包含3 公里）。

24、表4.3中途等待價格測試 時間當前金額204050607080總金額理論27.532.53537.54042.5實際27.49931.49934.98937.50140.00142.499里程測試數(shù)據(jù)的分析：通過表4.1、表4.2、表4.3 的數(shù)據(jù)，我們可以看到系統(tǒng)的計價功能很穩(wěn)定，誤差很小，幾乎為零，不過還應該在實際的應用中測試。4.2.2掉電存儲測試表4.4顯示的數(shù)據(jù)表明，系統(tǒng)能在掉電的情況下正確的保存數(shù)據(jù)，并且能在系統(tǒng)上電后將數(shù)據(jù)讀到相應的存儲單元。表4.4掉電存儲測試白天單價晚上單價中途等待單價掉電前數(shù)據(jù)2.53.02.5重新上電后數(shù)據(jù)2.53.02.5總結本款出租車計價器使用的是單片機作為核心的控制元件，以及靈敏的霍爾開關型器件，具有功能強、性能可靠、電路簡單、成本低的特點，加上經(jīng)過優(yōu)化的程序，使其有很高的智能化水平。在設計計價規(guī)則時，我們所設定的規(guī)則更加公平，基本能實現(xiàn)實時計價，更加人性化。然而，該系統(tǒng)還有一些不足之處，譬如計價的金額位數(shù)有限，實際的里程可能會很遠，會超出我們的顯示范圍。計價器的設計還可以更加完善，比如加上語音的提示功能或打印車票，可能會更有生命力。通過這次設計不僅學會了