出租車計價器18435

1、1 出租車計價器的方案論證1.1出租車計價器的功能要求 本課題研究的是出租車計價器，要進行計價器的設計，首先要了解本 課題對計價器的基本功能要求和設計參數(shù)。出租車計價器的基本功能 本課題所設計的出租車計價器的主要功能有：數(shù)據(jù)的復位、白天/晚上轉(zhuǎn)換、計時計價、單價輸出、路程的輸出、語音播報數(shù)據(jù)信息、實現(xiàn)在系 統(tǒng)掉電的時候保存單價和系統(tǒng)時間等功能。當按下按鍵后，啟動計價器， 由路程傳感器開始采集信號，然后傳送到單片機，單片機進行處理，計算 出行駛路程以及總金額，將計算結果通過液晶顯示屏顯示，并且通過語音 芯片進行播報。本電路設計的計價器不但能實現(xiàn)基本的計價，而且還能根 據(jù)白天和黑夜來調(diào)節(jié)單價。出租

2、車計價器的主要設計參數(shù) 本課題對出租車計價器的設計要求如下： 設計一個出租車自動計價器，計價包括起步價和行車里程計費兩部分，用1602液晶顯示總金額，最大值為 999元，起步價為8.0元，3km之 內(nèi)起步價計費，超過3km，每增加1km增加1.5元用液晶顯示總里程、等 待時間和總金額。1 、計費功能費用的計算是按行駛里程收費。設白天 6 點到晚上 22 點）起步價為6.00元，晚上晚上 22點到第二天 6點）起步價為 7.00元。1）當里程3km時，按起價計算費用3km時，按1.5元/km計費2、顯示功能1）顯示行駛里程：用四位數(shù)字顯示，顯示方式為“xxX單位為km。計程范圍0-999km，精

3、確到1km。2）顯示總費用：用三位數(shù)字顯示，顯示方式為XXX ”單位為元。計價范圍0-999元，精確到1元。1.2方案論證與比較方案一：采用數(shù)字電子技術，利用 555定時芯片構成多諧振蕩器，或 采用外圍的晶振電路作為時鐘脈沖信號，計數(shù)芯片對脈沖的計數(shù)和分頻， 最后通過譯碼電路對數(shù)據(jù)進行譯碼，將譯碼所得的數(shù)據(jù)送給數(shù)碼管顯示， 以下是該方案的系統(tǒng)框圖，方案一如圖1.1所示：圖1.1基于定時芯片的計價器方案二：采用單片機技術，通過單片機作為主控器，利用1602字符液晶作為顯示電路，采用外部晶振作為時鐘脈沖，通過按鍵可以方便調(diào)節(jié)，以下是方案二的系統(tǒng)流程圖，如圖 1.2所示：電源電路1r按鍵電路語音播報

4、復位電路單片機掉電存儲電路液晶顯示里程傳感器時鐘電路圖1.2基于單片機控制的計價器通過兩個方案的比較，方案二設計符合人性化，性價比較高，因此采 用方案二。2出租車計價器的硬件設計2.1單片機的介紹在眾多的51系列單片機中，要算 ATMEL公司的AT89C51、AT89S51 更實用，因他不但和8051指令、管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的 4kB程序 存儲器是FLASH工藝的，這種工藝的存儲器用戶可以用電的方式瞬間擦 除、改寫，一般專為ATMEL AT89xx做的編程器均帶有這些功能。顯而易 見，這種單片機對開發(fā)設備的要求很低，開發(fā)時間也大大縮短。寫入單片 機內(nèi)的程序還可以進行加密，這又很好地保護了

5、你的勞動成果。 AT89C51、AT89S51目前的售價比 8031還低，市場供應也很充足。 AT89S51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能 CMOS 8位單片機， 片內(nèi)含 4kB ISP(In-system programmable的可反復擦寫 1000次的 Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結構，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強大的 AT89S51可為許多嵌入 式控制應用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。因此采用AT89S51單片機作為控制器。AT89S51的引

6、腳如圖2.1所示：圖2.1 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(zhuǎn)換地址 和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間激活內(nèi)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(nèi)部上拉電阻的 8位雙向I/O接口，P1的輸出 緩沖級可驅(qū)動4個TTL邏輯門電路。端口寫“I,”通過內(nèi)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(nèi)部存在上拉

7、電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流vIil） , FLASH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(nèi)部上拉電阻的 8位雙向I/O 口，P2的輸出緩 沖級可驅(qū)動 吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“ 1,通過 內(nèi)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(nèi)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(nèi)容 也即特 殊功

8、能寄存器SFR）區(qū)中P2寄存器的內(nèi)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(nèi)部上拉電阻的 8位雙向I/O 口。P3 口輸出 緩沖級可驅(qū)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(nèi)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vIil）。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，更重要是它的第二功能，如下表所示：表2.2 P3 口的引腳及功能端口引腳第二功能P3.0RXD串行輸入口）P

9、3.1TXD串行輸出口）P3.2回 外部中斷0）P3.3因 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|匕 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7丨回1 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SFRAUXR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/ I :當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，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

10、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。/VPP:外部訪問允許。欲使 CPU僅訪問外部程序存儲器 地址為 OOOOH FFFFH）, 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(nèi)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(nèi)部程序存儲器中的指令。Flash存儲器編程時， 該引腳加上+12V的編程電壓VPP。一：程序儲存允許。一 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(nèi)部是鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2 :振蕩器反相放大器的輸出端

11、。2.2單片機最小系統(tǒng)單片機的最小系統(tǒng)由電源供電模塊、復位電路、晶體振蕩電路組成電源供電模塊通過考慮，計費系統(tǒng)最終是安裝在計程車上的，電源一般不是220V交流電壓，而是有電瓶輸出的直流電壓，因此采用輸入一個 610V的直流 電壓，再穩(wěn)壓得到5V電壓。因為計價器的工作環(huán)境比較差，它要求有抗振動、抗高低溫、抗潮濕、抗電磁干擾等能力，特別是電源方面的干擾，如出租車啟動時，發(fā)動 機打火、電瓶充電等造成輸入計價器的+5V電源不穩(wěn)定。因此采用+I2V電 瓶電源經(jīng)過濾波和電源穩(wěn)壓芯片LM78L05后得到+5V的穩(wěn)定電壓輸出，保證整個系統(tǒng)能夠正常工作。電源模塊具體電路如圖2.3所示：復位電路復位操作有兩種基本

12、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R3、R4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，RESET引腳的高電平將逐漸下降。按鍵復位電路原理：在單片機啟動后，電容C兩端的電壓持續(xù)充電為5V，這是時候10K電阻兩端的電壓接近于 0V， RESET處于低電平所以系統(tǒng)正常工作。當按鍵按下的時候，開關導通，這個時候電容兩 端形成了一個回路，電容被短路，所以在按鍵按下的這個過程中，電容開 始釋放之

13、前充的電量。隨著時間的推移，電容的電壓從5V釋放到變?yōu)榱?.5V，甚至更小。根據(jù)串聯(lián)電路電壓為各處之和，這個時候10K電阻兩端的電壓為3.5V，甚至更大，所以RESET引腳又接收到高電平。單片機系 統(tǒng)自動復位。按鍵復位電路圖如圖2.4所示：圖2.4復位電路223晶體振蕩電路單片機內(nèi)部有一個高增益、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 ;最佳工作電壓：5V;字符尺寸：2.95*4.35(W*Hmm。LCD1602的各個引腳的功能如表表2.9 LCD1602引腳說明編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地

14、9D2DATAI/O2VDD電源正極10D3DATAI/O3VL液晶顯示偏壓信號11D4DATAI/O4RS數(shù)據(jù)命令選擇端vH/L)12D5DATAI/O5R/W讀寫數(shù)據(jù)端H/L)13D6DATAI/O6E使能信號14D7DATAI/O7D0DATAI/O15BLAr背光源正極8D1DATAI/O16BLK背光源負極顯示模塊的硬件電路設計：根據(jù)LCD1602的基本工作參數(shù)和引腳接圖2.10顯示電路此模塊電路電源電壓為5V，由接口 VCC引入，上電后芯片開始工作。數(shù)據(jù)端8位接分別由單片機的P0 I/O 口與其線連接，3個控制端口分別有P2.0P2.2端口來控制，8位雙向數(shù)據(jù)線714與單片機的P0

15、端口相連，實現(xiàn)液晶與單片機的通信。液晶對比度通過1602的第三腳接可調(diào)電阻來調(diào)。2.6掉電存儲電路的設計當用戶每次通過出租車計價器更改數(shù)據(jù)的時候，應該把更改后的數(shù)據(jù) 保存，這樣不用斷電時候都要重新進行基本信息的設置，這就是掉電保護 模塊的作用?？?以進行存儲的芯片有很多種，在這個設計中采用了 AT24C02這款芯片。AT24C02是一個2字節(jié)串行 CMOS EEPROM,內(nèi)部有256個8位字節(jié)，CATALYST公司的先進 CMOS技術實質(zhì)上減少了器件的功耗，AT24C02還有一個16字節(jié)讀寫緩沖器AT24C02的管腳及其功能如下表所示：表2.11AT24C02管腳功能功厶 冃匕器 件 地 址

16、選 擇串行數(shù)據(jù)/地址串行時鐘寫保護+18V60V工 作 電 壓 接 地AT24C02管腳圖如圖2.12所示:AO VCCAl WPA2 SCLGND SDAAT24C02圖2.12 AT24C02管腳圖根據(jù)AT24C02的引腳，設計出掉電存儲電路電路圖如圖2.13所示:cc5.1kRS5.1kSCLSDAA0VCCA1WPA2SCLGNDSDA2AT2-K702圖2.13掉電存儲電路3出租車計價器的軟件設計3.1模塊介紹本系統(tǒng)的軟件設計主要可分為主程序模塊、里程中斷程序、定時中斷 程序、顯示子程序服務程序四大模塊。下面對各部分模塊作介紹。3.2主程序模塊在主程序模塊中，需要完成對各接口芯片的初

17、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?qū)⒏鶕?jù)各寄存器的內(nèi)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(nèi)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通過顯示電路顯示出來。當?shù)竭_目的地的時 候，因為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

18、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。開始圖3.1主程序流程圖3.3里程計數(shù)中斷程序在里程計數(shù)中斷服務程序中，車輪每轉(zhuǎn)一圈我們設車輪的周長是 1M），霍爾開關就檢測并輸出信號，引起單片機的中斷，對脈沖計數(shù)，當 計數(shù)達到1000次時，也就是1公里，單片機就控制將金額自動的加增 加，送數(shù)據(jù)到相應的顯示緩沖單元，并調(diào)用顯示子程序顯示。里程計數(shù)中斷服務程序流程圖如圖 3.2所示。圖3.2里程計數(shù)中斷程序流程圖3.3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(diào)

19、用顯示子程 序?qū)崟r顯示。定時中斷服務程序流程圖如圖3.3所示。圖3.3定時中斷程序流程圖3.4顯示服務子程序1602液晶是字符型液晶，它的內(nèi)部自帶字符庫，它可以寫兩行的字 符，同時每行可以寫40個字符，在寫顯示程序的時候，我們先寫命令， 再設定字符顯示，最后寫數(shù)據(jù)，在每寫一次命令或數(shù)據(jù)都需要判斷液晶是 否忙。液晶顯示程序流程圖如圖 3.4所示：圖3.4顯示服務程序流程圖4系統(tǒng)調(diào)試根據(jù)系統(tǒng)設計方案，本系統(tǒng)的調(diào)試共分為三大部分：硬件調(diào)試，軟件 調(diào)試和軟硬件聯(lián)調(diào)。因為在系統(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。4.1 軟件調(diào)試編程工具 C51 語言8051單片機的應用程序設計

20、，使用 C51 語言進行程序設計雖然相對于 匯編語言代碼效率有所下降，但可以方便地實現(xiàn)程序設計模塊化，代碼結 構清晰、可讀性強，易于維護、更新和移植，適合較大規(guī)模的單片機程序 設計。近年來，隨著 C51 語言的編譯器性能的不斷提高，在絕大多數(shù)應用 環(huán)境下，C51程序的執(zhí)行效率已經(jīng)非常接近匯編語言，因此，使用C51進行單片機程序設計已經(jīng)成為單片機程序設計的主流選擇之一。程序調(diào)試工具 KEIL本設計的軟件都是在Keil卩Vision 7上進行編寫，編譯，調(diào)試以及運 行操作。單片機仿真軟件在線調(diào)試 PROTEUS：1打開Proteus軟件。2. 選擇file菜單下的open design選項，找到所

21、需的元器件，元器件上 單擊右鍵選中，再單擊左鍵對其進行命名和賦值，接著在編輯器左邊的一 欄中，找出并繪制設計所要的各種元器件，按照電路圖連接后并保存。3. 將用 keil 編譯產(chǎn)生的 hex 文件下載到單片機中：雙擊 51 單片機，在 對話框中把保存過的 hex 文件打開，再單擊確定。4. 單擊左下角運行按鈕，進行軟件仿真調(diào)試，直到出現(xiàn)正確的結果。下圖是通過在Keil C中編譯通過，并生成 Hex文件，在PROTEUS中仿真通過的整體硬件原理圖圖4.1系統(tǒng)仿真圖4.2里程計價測試因為實驗條件有限，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(zhuǎn)速可以達到幾千轉(zhuǎn)，我們設定電機

22、每轉(zhuǎn)一圈為 車輪轉(zhuǎn)動1 M，當電機轉(zhuǎn)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：設定白天的起步價是 6元，晚上起步價是7元 包含3公里），超出3公里按每公里1元收費，分別行駛不同里程測得數(shù)據(jù) 如下表。總金額理論71318405262實際712.96818.01639.92651.97262.108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41015374959總金額理論8

23、1419415363實際814.02318.98840.93253.12662.899行駛路程理論41015374959實際41014.8936.9849.0258.023里程測試數(shù)據(jù)的分析:通過表5.1、表5.2中的數(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。結論與展望在這段時間里，經(jīng)過自己努力，基本上完成了設計要求的內(nèi)容，在系 統(tǒng)可行性分析、原理圖設計等方面都作了許多實際工作，取得了一些成 績，同時也遇到了一些問題，存在一些不足。經(jīng)過這段時間的學習和工 作，我覺得自己不論是在理論知識方面還是在動手能力方面都有了不小的 進步，自己從中受益匪淺。

24、這次設計很好的把以前學到的理論知識應用于 實踐，使我認識到理論知識與實踐之間有一定的差距，只有通過不斷的努 力學習和實踐才能很好的把理論知識應用到實踐當中，也只有通過不斷的 實踐才能對理論知識的理解。通過這次設計不僅學會了如何去查找相關資料，更重要的是通過查找 資料和翻閱書籍學到了不少知識，擴大了知識面，提高了知識水平。經(jīng)過 單元設計和系統(tǒng)設計鞏固了以前所學的專業(yè)知識，自己真正認識到理論聯(lián) 系實際的重要性，為以后的學習和工作提供了很多有價值的經(jīng)驗。通過這 次設計不僅增強了自己的動腦能力和動手能力，也提高了我思考問題、分 析問題、解決問題的能力，更重要的是學會用項目化的思想來解決問題。 這在以前

25、的學習過程中是不曾學到的。提這次設計是我認真認識到完整、嚴謹、科學分析問題、解決問題的 思想是多么的重要，只有擁有了科學的態(tài)度才能設計出有用的產(chǎn)品。另外 通過本次設計，使我認識到自己理論知識的應用能力有很大的欠缺，需要 在以后的學習中進一步高。可行性分析報告1）研究的必要性：隨著城市化水平的提高和人民生活水平的改善， 出租車的服務顯得越來越重要。出租車計價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。具有良好性能的計價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。2）設計原理可行性：本文采用 AT89S51 單片機為主控制器，以 A44E 霍爾傳感器測行駛里程，實現(xiàn)對出租車計價器的計價設計，并采用掉電存 儲單元 AT24C02