基于单片机的出租车计价器设计方案

基于单片机的出租车计价器 设计方案 1 引言 随着生活水平的提高，人们已不再满足于衣食住的享受，出行的舒适已受到越来越多人的关注。于是，出租车行业以 快捷便利 的服务给人们带来了出行的享受。但是，一直以来存在着的买卖纠纷困扰着行业的发展。而在出租车行业中解决这一矛盾的最好方法就是改良计价器。用更加精良的计价器来为乘客提供更加方便快捷的服务。 我国在 70 年代开始出现出租车，但那时的计费系统大都是国外进口不但不够准确，价格还十分昂贵。随着改革开放日益深入，出租车行业的发展势头已十分突出，国内各机械厂家纷纷推出国产计价器。出租车计价器的功能从刚开始的只显示路程，到能够自主计费，以及现在的能够打发票和语音提示、按时间自主变动单价等功能。随着城市旅游业的发展，出租车行业已成为城市的窗口，象征着一个城市的文明程度。 鉴于目前有关出租车计费又出台了新的政策，在原有政策基础上新增了等待费用，为了与时俱进，设计一个计费功能较全面的系统也已是迫在眉 睫。 凡乘过出租车的人都知道，只要汽车开动，随着行驶里程的增加，就会看到汽车前面的计价器里程数字显示的读数从零逐渐增大，而当行驶到某一值时计费数字显示开始从起步价增加。当出租车到达某地需要在那里等候时，系统会自动根据时间进行计时，每等候一定时间，计费显示就增加一个该收的等候费用。汽车继续行驶时，停止计算等候费，继续增加里程计费。到达目的地，便可按显示的数字收费。 汽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。因此，汽车计价器的研究也是十分有应用价值的。 2 出租车计价器的方案论证 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、路程 和总金额的统计，掉电数据储存。 当按下按键后，启动计价器，开始 采集脉冲 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， 本电路设计的计价器不但能实现基本的计价，还能根据白天、黑夜、中途等待来调节单价 ，并且 在计价器掉电后能将数据存储，不影响后续计费功能。 租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、行车里程计费、等待时间计费三部分，用 1602 液晶显示总金额，运行时间，最大值为 999 元，起步价为 6元，等待时间单价为超过等待时间 30 秒 后每分钟 1 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。设白天起步价为 6 元，晚上起步价为 7 元。 等待时间 超过 30 秒后 按 1 元 /费 ，未超过 30 秒时清零等待时间。 2、显示功能 （ 1）显示单价 :用两位数字显示，显示方式 “单位为 1 元 /（ 2）显示行驶里程：用 两 位数字显示，显示方式为 “单位为 程范围 0里程 精确到 1 （ 3）显示总费用：用 三 位数字显示，显示方式为 “单位为元。计价范围 0，精确到 1 元。 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 。 方案二：用 编程门阵列）实现：利用硬件描述语言编程，仿真调试后下载到可编程期间上（ 实现。可以对计程车整个过程进行判断、处理。整个过程完全实现了自动化和智能化。 方案三：采用单片机控制。以单片机为核心 ,设计上采用 89片机为主控器，利用单片机丰富的 口，及其控制的灵活性，实现基本的里程计价功能和价格选择功能。不但能实现所要求的功能而且能在很大的程度上扩展功能，而且还可以方便的对系统进行升级。 通过各个方案的比较， 我们知道采用数字电路设计的计价器整体电路的规模较大，用到的器 件多，造成故障率高，并且难调试，而采用单片机进行设计，相对来说功能强大，用较少的硬件和适当的软件相互配合可以很容易的实现设计要求，且灵活性强，有较大的活动空间，可以通过软件编程来完成更多的附加功能，方便对系统进行升级和功能扩展。所以我们采用第三方案，用 片机实现出租车计价的功能。 系统结构如图 ： 图 统结构图 按 键 控 制 89 片 机 复位电路 掉电保护电路 数据采集 显示模块 显示总里程和总金额 3. 系统硬件设计 件设计说明 单片机是单片微型计算机的简称，单片机以其卓越的性能，得到广泛的应用，已经深入到各个领域。在这次设计中，我们用到 2口 ,位三态I/此口为地址总线及数据总线分时复用； 位准双向口 ,与地址总线高八位复用； 2口都有一定的驱动能力 , 在数据采集部分本系统采用霍尔传感器 在数据显示部分本系统采用的是 款液晶屏，由于 采用 晶屏显示器 功能强大，可显示各种字体的数字、汉字、图像，还可以自定义显示内容，时尚美观 ，而且液晶的功耗和 我们还设计了控制按键，能够很好的对出租车计价器控制 ,如启动 /停止按键，清零按键，白天黑夜模式选择等。 单片机的介绍 一种低功耗、高性能 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 储器 。使用 司高密度非 易失性存储器 技术制造，与工业80品指令和引脚完全兼容。片上 许 程序存储器 在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 在系统可编程 得 8 位的 片内有振荡器和时钟电路 ,工作频率为 0 24内有 256字节 数据存储器 内有 8程序存储器 个 8位 的并行 I/O 口（ 1个 全双 工串行通讯口 3个 16位 定时器 /计数器（ 可处理 6个中断源，两级中断优先级 图 图 ： 位漏极开路的双向 I/为输出口，每位能驱动8个 辑电平。对 1” 时，引脚用作高阻抗输入。 当访问外部程序和数据存储器时， 位地址 /数据复用。在这种模式下， 在 程序校验时，输出指令字节。程序校验 时，需要外部上拉电阻。 ： 是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， 出缓冲器能驱动 4 个 辑电平。对 口写 “1” 时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口使用。作为输入使用时， 被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ 此外， 别作定时器 /计数器 2的外部计数输入（ 2）和定时器 /计数器 2 的触发输入（ 2 在 程和校验时， 接收低 8位地址字节。 引脚号第二功能： 2（定时器 /计数器 时钟输出 2时器 /计数器 重载触发信号和方向控制） 系统编程用） 系统编程用） P 1 M O S M I S 8R S 10P 3 11P 3 012P 3 113P 3 W A A /P /P 0 /P 2 1 /P 2 2 /P 2 3 /P 2 4 /P 2 5 /P 2 E E /P R O /V p 7 /P 0 6 /P 0 5 /P 0 4 /P 0 3 /P 0 2 /P 0 1 /P 0 0 /P 0 c 8 9S 5 2 系统编程用） ： 是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， 出缓冲器能驱动 4 个 辑电平。对 口写 “1” 时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ 在访问外部程序存储器或用 16位地址读取外部数据存储器（例如执行 时， 送出高八位地址。在这种应用中，使用很强的内部上拉发送 1。在使用 8位地址（如 问外部数据存储器时， 输出 存器的内容。 在 程和校验时， 也接收高 8位地址字节和一些控制信号。 ： 是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， 出缓冲器能驱动 4 个 辑电平。对 口写 “1” 时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ 殊功能（第二功能）使用，如下表所示。 在 程和校验时， 端口引脚 第二功能： 行输入口 ) 行输出口 ) 中断 0) 中断 1) O(定时 /计数器 0) 1(定时 /计数器 1) R(外部数据存储器写选通 ) D(外部数据存储器读选通 ) 此外， 复位输入。当振荡器工作时， 脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。 当访问外部程序存储器或数据存储器时， 址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低 8位字节。一般情况下， ，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 引脚还用于输入编程脉冲（ 如有必要，可通过对特殊功能寄存器（ 中的 8元的 置位，可禁止 作。该位置位后，只有一条 令才能将 活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置 程序储存允许（ 出是外部程序存储器的读选通信号，当 数据）时，每个机器周期两次 效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次 外部访问允许，欲使 访问外部程序存储器（地址为0000 地）。需注意的是：如果加密位 位时内部会锁存 状态。如 为高电平（接 ）， 执行内部程序存储器的指令。 引脚加上 +12然这必须是该器件是使用 12 振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 振荡器反相放大器的输出端。 件电路组成 本系统硬件电路组成主要包括：复位电路、晶振震荡电路、显示模块，掉电存储电路，按键电 路。 整体硬件原理图如图 图 硬件电路原理图 位电路 复位操作有两种基本形式：一种是上电复位，另一种是按键复位。 本系统采用按键复位（如图 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 10V， 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 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 至更大，所以 脚又接收到高电平。单片机系统自动复位。 05 9 2. 0/ T 21P 1. 1/ T 2E . 23P 1. 34P 1. 45P 1. 5/ M O S . 6/ M I S . 7/ S C . 0/ R X . 1/ T X . 2/ I N T 012P 3. 3/ I N T 113P 3. 4/ T 014P 3. 5/ T 115P 3. 6/ W . 7/ R A L 218X T A L 119、反相放大器，其输入端为芯片引脚 输出端为引脚 过这两个引脚在芯片外并接石英晶体振荡器和两只电容（电容一般取 30这样就构成一个稳定的自激振荡器。振荡电路脉冲经过二分频后作为系统的时钟信号，再在二分频的基础上三分频产生 时得到的信号是机器周期信号。晶振电路如图 示： 图 振震荡电路 数据采集模块介绍 里程计算是通过安装在车轮上的霍尔传感器 到单片机，经处理计算 ,送给显示单 元的。其原理如图 示。 一端接在 ，另一端接地，车 轮每转一圈小磁铁提供一个磁场， 通过霍尔传感器进出磁场来回高低电平的变化， 就检测并输出信号，引起单片机的中断， 每中断一次 代表汽车轮胎旋转了一圈。本设计以 165/70款轮胎 为准，165代表胎宽，指轮胎的名义宽度就是 165是轮胎与地面接触的那个面得宽度。 /70代表 扁平比 ，指轮胎的扁平比是 70% ，扁平比可以间接反映胎壁的名义高度胎壁的名义高度计算式为：名义宽度 扁平比。所以该轮胎的胎壁名义高度为： 1650%= 轮胎的外圆半径 为 ：胎壁高度（ 轮胎内圆半径 () ; 周长 =2*径 ； 所以汽车轮胎转一圈大概行驶 ，轮胎旋转圈 543 转行驶一公里的路程， 通过在程序中设置的里程和金额的信息，就可以在 霍尔传感器集成芯片管脚图如图 图 尔传感器集成芯片管脚图 霍尔传感器集成芯片 部引脚说明： （ 1） 接供电电源输入端 （ 2） 接电源地 ou C （ 3） 字信号输出端 掉电存储单元设计 当计价器因为外界因素的影响而发生掉电现象时 ，应该把 统计得到的里程，总金额，单价等 数据 进行 保存， 当恢复供电后还能够继续进行计价， 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 一个 2K 串行 部有 1024 个 8 位字节，司的先进 术实质上减少 了器件的功耗， 有一个 16 字节页写缓冲器。 当 遇到意外断电的情况 ，通过程序每次都会自动从 读取信息，这样就达到了对单价 ，路程，总费用 信息的保护 ，避免司机和乘客因为掉电数据丢失而造成不必要的价格纠纷。 脚图如图 3示。 图 3脚图 脚描述见表 3 表 3管脚名称 功能 件地址选择 行数据 /地址 行时钟 保护 作电压 地 所有 引脚中 只需要将 到单片机的数据端，其 它 引脚接地就可 以了 。 显示模块介绍 显示部分要求显示 里程 、 等待时间 、总金额信息 的显示 。 下面是 基本参数和各个引脚的功能，必须根据下面的参数来设计显示电路的原理图。 基本参数及各引脚功能见表 3 3 表 3 16芯片工作电压： 作电流： V) 最佳工作电压： 5V 字符尺寸： XH) 3编号 符号 引脚说明 编号 符号 引脚说明 1 源地 9 2 源正极 10 3 晶显示偏压信号 11 4 据命令选择端 （ H/L） 12 5 R/W 读写数据端 （ H/L） 13 6 E 使能信号 14 7 15 光源正极 8 16 光源负极 根据 基本工作参数和引脚接口信号的介绍，设计出显示电路，显示模块如图 示。 图 此模块电路电源电压为 5V，由接口 入，上电后可看到发光二极管被点亮。数据端 8 位接分别由单片机的 ， 3 个控制端口分别有 06端口来控制， 8位双向数据线 714 与单片机的 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提供可调。 键模块介绍 单片机常用的键盘分为 独立式键盘和矩阵式键盘。 独立式键盘特点：每个按键占用一条 I/O 线，当按键数量较多时， I/程序编制简单。适用于所需按键较少的场合。 矩阵键盘特点：电路连接复杂，但提高了 I/O 口利用率，软件编程较复杂。适用于需使用大量按键的场合。 由于本设计用到的按键较少如果使用 矩阵键盘 （如图 示）， 扫描时需要较长的时间，因此利用 三 个独立按键作为系统开始 ， 结束 和白天黑夜模式切换的按键，运用比较方便 。 图 立按键 T 2 D 16 02L C D 1 60 2 程序模块 主程序软件的任务要求包括定时器的设置、按键的扫描、按键的功能处理、脉冲的计数、路途等待超 3分钟的计时以及总金额的计算等。 程序设计的思路：使用中断方式对定时器的溢出进行计数实现 3分钟的计时。主程序采用查询外部中断标志实现脉冲的计数，由于每个脉冲代表 此，当脉冲计数超过 543 时，计价器按照收费标准计价。主程序在初始化变量和定时器参数设置之后，进入一个循环结构，循环扫描键盘、查询脉冲的中断、数码管的动态扫描等功能，当脉冲的中断标志被查询到，若路途等待时间未超 3 分钟时，要及时将路途等待时间的值清除为零。主程序的流程图如图 4示。 N N Y N Y N Y 图 程序流程图 初始化变量 设置定时器 参数 按键弹起或按下 扫描键盘 启动定时器 1 关闭定时器 1 白天晚上切换 示 脉冲个数 40) /如果计数 3999,计时 1s ; if( /包含随机函数 的定义文件 #()函数定义的头文件 #,0为 1010 0001B #,0为 1010 0000B #5=; S=; /寄存器选择位，将 W=; /读写选择位，将 =; /使能信号位，将 F=; /忙碌标志位，将 34; /将串行时钟总线 定义在为 35; 0_; ; /定义新旧键值 =1,2,1; /收费标准 白天 黑夜 等待 =0123456789; /定义字符数组显示数字 =; /定义字符数组显示提示信息 =/; =; h,d,t; i) /1时基准函数 j; j=0;3999,计时 1s ; if( ; ; ; /允许使用外中断 ; /选择负跳变来触发外中断 ; /开总中断 ; /定时器 /使用定时器 /定时器 位赋初值 /定时器 位赋初值 ; /启动定时器 时启动计数 时停止计数 1; / ,使主从设备处于空闲状态 1; /1; );/读出保存的数据赋于 ); ); ) ; /255 if( if(255) :/启动键 ; ; /; if(0) 0)?6:7; ; /启动计时， 为启动了的标志 if(0) ; :/清除键 ;/清除变量 ; ; /关闭定时器 :/白天 /黑夜的切换 if(0) ; ; , , , ; 毕业实习报告 题 目 基于单片机的出租车计价器 姓 名 欧 鹏 学 号 20097052 系 部 理工系 专业年级 09级电子信息工程二班 指导教师 徐丽莎 2013 年 5月 25 日 中南林业科技大学涉外学院学生毕业实习鉴定表 专业年级 姓名 性别 学号 实习日期 实习单位 实习岗位 个人小结 实 习 单 位 评 语 签字： 年 月 日 毕 业 设计 指 导 老 师 评 语 签字： 年 月 日 系（专业）意见 学 院 意 见 负责人签字： 年 月 日 院领导签字： 年 月 日 毕 业 实 习 报 告 1 实习的目的和意义 此次实习是为了了解更多我们的专业领域以及它所涵盖的范围，理论联系实际，使我们平时的理论与实践相结合，更加明确今后的学习目标，也培养了我们看待事情，分析问题，解决问题的能力，让我们认识了解公司企业，为以后的努力学习，为今后走向社会，认识社会，为我们以后走向社会工作打好基础。 2 实习时间 2012年 7月 4日至 2013年 4月 28日 3 实习单位（地点） 长沙安博牛耳 4 实习过程和内容 2012年 7月 4日本着对嵌入式行业的憧憬，我走进了安博牛耳，安博牛耳是长沙一家从事嵌入式软件外包的企业，在和热情的接待员参观了公司的工作场所和主要产品后，我就开始了紧张而有序的实习生活，我在公司所从事的工作是嵌入式实习工程师负责应用程序的编写。每天早上 9点到 12点，下午 2点到 6点，朝 9晚 6的生活，跟着公司开发人员一步步的熟悉嵌入式的开发过程，协助工程师进行项目模块程序的编写，总结起来在实习阶段大概分为以下几个步骤： 一 作系统的学习。 二 熟悉三星 片和其外围电路 三 熟悉 核裁剪 ,移植和 驱动程序的编写。 四 参与车载 目应用程序的编写 5 总结 在安博牛耳实习的这几个月时间里，使我有机会贴近的体验嵌入式产品开发的过程，丰富了理论知识，增强了操作能力，开阔了视野，并使我对以后的工作有了定性的认识，真是让我收获颇丰，总结起来主要有一下几点 : 其一，做事一定要主动：公司不像学校，有老师耐心的教导你学习，大多时间里只能自己对着一大堆资料和代码慢慢琢磨，所以能否胜任这份工作，关键看你自己对待这份工作的态度，态度对了，即使自己以前没学过的知识也可以在工作中逐渐掌握。我刚到这个岗位工作，根本不清楚该做些什么，并且学校读的专业于这里做的东西也不太一样，刚开始很头痛，可经过工作过程中多看别人怎么做，多听别人怎么说，多想自己应该怎么做，然后自己亲自动手去多做，终于在