出租车计价器的设计终稿.docx
- 文档编号:23697225
- 上传时间:2023-05-20
- 格式:DOCX
- 页数:53
- 大小:1.19MB
出租车计价器的设计终稿.docx
《出租车计价器的设计终稿.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《出租车计价器的设计终稿.docx(53页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
出租车计价器的设计终稿
出租车计价器的设计
中文摘要
随着社会的快速发展,人民生活水平的不断提高,对交通工具的要求越来越高。
因此,出租车作为一个方便、快捷、舒适的交通工具,在一个城市里扮演着重要的角色。
然而,随着各个地区生活水平的不同,对出租车的计费有着不同的标准。
因而,要求我们设计出简易化、智能化、计价精确、可移植、可靠性高的出租车计价器。
鉴于上述要求,本次设计利用软硬件结合,由单片机AT89C52控制,通过记录安装在车轮上的集成霍尔传感器A44E发出的脉冲个数,实现正常的里程计费;通过软件的编写实现计误时费,并将总车费在LED数码管中显示出来。
而且,本次设计还通过LED数码管实现了正常时间的显示及调整。
系统包括控制模块、里程传感模块、计价与显示模块、计时与显示模块四个部分。
关键词:
单片机;霍尔传感器;数码管
TaximeterDesign
Abstract
Withtherapiddevelopmentofsocietyandthecontinuousimprovementofpeople'slivingstandards.Thepeoplearegettinghigherandhighertotransportationvehicle'srequest.Therefore,thetaxiasaconvenient,fastandcomfortabletransportationvehicleinacityplaysanimportantrole.However,withallthelivingstandardsofdifferentareas,thecostoftaxishavedifferentstandards.Asaresult,requiresustodesignasimple,intelligent,accuratepricing,portable,andhighreliabilitytaximeter.
Inviewoftheaboverequirements,thisdesignusesoftwareandhardwarebythemonolithicintegratedcircuitAT89C52control,throughtakesdownthepulseintegerwhichintegratesHallsensorA44Einstallsonthewheeltosendout,realizesthenormalcoursecost;realizestheideathroughsoftware'scompilationtobelatetheexpense,anddemonstratesthetotalfareintheLEDnixietube.Moreover,thisdesignhasalsorealizedthenormaltimedemonstrationandadjustthetimethroughtheLEDnixietube.Thesystemhavefourparts,includingcontrolmodule,coursesensingmodule,valuationanddisplaymodule,timeanddisplaymodule.
Keyword:
Monolithicintegratedcircuit;Hallsensor;Nixietube
第一章绪论
1.1出租车计价器发展概况
出租车行业在我国是八十年代初兴起的一项新兴行业,随着出租车的产生,计价器也就应运而生。
但当时在全国还没有一家企业能够生产,因而那个时期的计价器是由台湾引进。
台湾是计价器的主要生产场地,目前全世界的计价器中有90%为台湾所生产。
现今我国生产计价器的企业有上百家,主要是集中在北京、上海、沈阳和广州。
我国第一家生产计价器的是重庆市起重机厂,最早的计价器全部采用机械齿轮构,只能完成简单的计程功能,可以说,早期的计价器就是个里程表。
随着科学技术的发展,产生了第二代计价器。
它采用了手摇计算机与机械结构相结合的方式,实现了半机械半电子化,此时它在计程的同时还可完成计价的工作。
大规模集成电路的发展又产生了第三代计价器,也就是全电子化的计价器,它的功能也在不断完善。
当单片机出现并应用于计价器后,现代出租车计价器的模型也就基本具备了,它可以完成计程,计价,显示等基本工作。
单片机以及外围芯片的不断发展促进了计价器的发展。
出租车计价器在最初使用时具备的主要功能是根据行驶里程计价,要求精度高,可靠性好。
随着电子技术的发展以及对计价器的不断改进和完善,便产生了诸多的附加功能。
例如:
(1)LED显示功能,数码管的使用让计价器实现多屏显示的功能,可同时显示各项营运数据,使乘客一目了然;
(2)永久时钟功能,在非营运状态下,日历时钟芯片的使用使计价器可以显示永久时钟;(3)存储功能,可存储多项营运数据,便于查询。
新型数据存储器的应用使得计价器的营运数据在掉电情况下还可以保存10年;(4)语音功能,实现语音报价及语音提示等。
可以说计价器的发展史反应了现代科技的发展史。
1.2出租车行业的管理现状
在我国,经济尚处于发展阶段,由于人民的生活水平以及道路交通的限制,私家汽车的拥有率在短期内不会有较大提高,因此出租车扮演着重要角色。
出租车计价器则是出租车上必不可少的重要仪器,它是负责出租车营运收费的专用智能化仪表。
由于出租车数量的快速增长,出租车的行业管理也就产生了一系列问题。
在我国的各大城市中,对出租车行业的管理方式归纳起来可以分为两大类:
第一类管理模式是由出租车司机以向私人老板承包的方式进行的,司机只须每天向老板交纳一定的租赁费用,最终由老板按出租车数量向地方和国家交一定的费用即可。
因为这种管理模式相对简单,因而存在的问题也较多,主要体砚在以下两点:
1、税收严重流失。
现有的出租车票据不统一,目前国内出租车普遍使用的发票为客运汽车发票。
众所周知,汽车客运发票的面值一般来讲为整数,如5角,1元,10元一张等。
这在实际使用中一是会给乘客带来不便。
例如,计价器显示计价13.4元,而客运汽车发票面值为5元一张和10元一张,此时司机给乘客的发票或者为15元,或者为10元,与实际计价肯定存在误差,给乘客带来不便;二是给单位造成损失。
在有些情况下,司机多给乘客发票,乘客若凭此发票报销,会给单位财政带来损失。
2、乘客与司机之间的纠纷问题。
由于出租车目前还没有一个统一的营运收费依据,因此当乘客与司机之间发生纠纷时,若乘客忘记索取发票,纠纷就无法解决,不利于出租车行业的管理。
第一类管理模式是一种较为落后的模式,存在诸多问题。
问题产生的主要原因是由于现有计价器不能给出出租车营运状况的有效依据,包括单次营运依据及总的营运依据。
第二类管理模式是通过出租汽车公司实现对出租车的管理,如国外大城市以及国内的上海,北京等就是采用这种方式。
在这种管理模式中,出租车公司是以企业形象存在的实体,司机则是企业的雇员。
出租车司机每天营运后应与车队结帐,车队定期向出租车总公司结帐,出租车总公司再向地方政府和国家交纳各项税收。
传统的交纳方式采用的是现金方式,由于公司没有一种有效方法掌握司机每天的营运状况,因此司机与公司之间的结帐是很难进行严格管理的,人们越来越觉得这种现金交易的不方便性和不严密性,因此提出了能够通过一种科学的手段实现对出租车行业的闭环管理。
若能引入“黑匣子功能”,将司机每天的营运数据进行保存,便可作为司机的结帐依据,保存数据的手段有两种:
一种是通过磁带录入进行保存。
但出租汽车公司不能通过有效手段将数据读出,因而这种方式不易采用。
第二种方式是将数据存在数据芯片中。
由于科技的发展,芯片中的数据可保持十年不变,且芯片体积小,容量大,因此这种方式是可行的。
保存在芯片中的数据应能够通过某种方式输出。
输出方式有IC卡和打印机两种。
在国外一般采用IC卡输出,这样由IC卡及计算机网络构成的一个闭环管理系统。
这种IC卡管理虽然提高了行业科学管理水平。
但若在我国推广使用就存在一些问题:
一是由于该系统的实现需要出租汽车公司,金融机构以及政府部门之间的相互协调配合,而这种方方面面的协调工作难以在短时期内完成的。
二是国家对该系统还没有颁布一个统一的行业管理标准,实施起来没有统一依据。
三是该方式投入资金大。
四是IC卡在国内还没有普及。
上述种种原因使得这种方式在相当长一段时期内还不能在国内被广泛采用,因此有必要在这段时期内寻找一种有效的替代方案,既解决出租车行业管理存在的问题,又便于实施。
第二种打印机输出方式使得上述问题都有了一个解决方案。
给出租车计价器配备一台微型打印机,将每次的营运数据以统一的发票形式打印出来,方便了乘客,实现了票据的统一;同时由于计价器配备有“黑匣子”,可保存各次的营运数据,将一天当中各次营运数据进行累加,并由打印机及时打印,司机便可凭此有效依据与车队之间结帐;若将“黑匣子”中保存的某一段时间的营运数据累加并打印出来,在第一类管理模式中私人老板就可以凭累加和发票缴费。
上述两种管理模式中存在的问题都迎刃而解。
以这种方式加强对出租车行业的管理,在IC卡管理方式还未普及之前无疑是一种有效的方法。
因此研究开发一种带有“黑匣子”及打印功能的新型计价器,不仅会给乘客带来方便,而且还可以避免国家税收的损失,使出租车行业管理更加统一化和标准化,具有十分重要的现实意义和广阔的市场前景。
1.3本章小结
本章介绍了出租车计价器的发展状况和出租车行业的管理现状。
分别从我国不同地区发展不同做了比较,说明了出租车计价器在我国发展的历程,及现有市场的计价器所能实现的功能。
还对我国出租车行业的几个管理模式做了比较,阐述了每种模式存在的弊端,及怎样改进出租车行业的管理模式。
第二章系统方案的选择和论证
2.1系统的功能要求
1、里程计费
(1)顾客上车显示起步价6元,行车距离小于等于2.5公里时为起步价。
(2)里程计价为每公里1元,当行车距离大于2.5公里后,每增加1公里,车费增加1元。
2、面板显示
(1)时间显示:
显示实际北京时间,有校正实际北京时间的按健,可分别校正时、分、秒。
(2)计费显示:
显示里程费和误时费总和,显示器为四位,价格上限为9999元。
2.2系统的总体方案规划
通过固定在车轮上的霍尔传感器A44E发出的里程脉冲信号,由AT89C52单片机的P3.5口记录发出的里程脉冲信号的个数,通过单片机的控制,将记录的路程脉冲信号个数换算为实际的车费信息输出,并通过4位LED数码管静态显示;本次设计总的车费中还包括误时费,误时费是通过单片机监视霍尔传感器不发里程脉冲信号的时间,把误时时间换算为误时费。
本次设计还包括实际北京时间的显示,时间显示是由单片机的定时器T0控制,通过8位LED数码管动态扫描显示。
系统设计基本功能电路框图如图1所示:
图1基本功能电路框图
2.3系统各模块方案选择与论证
本次设计的出租车计价器,主要是通过单片机来控制整个系统,实现计费功能。
通过四个部分来实现,分别是控制模块、里程传感模块、计价与显示模块、计时与时间显示模块。
1、控制模块:
用AT89C52单片机控制整个系统的协调运行。
2、里程传感模块:
用霍尔传感器A44E产生里程脉冲信号送人单片机P3.5口。
3、计价与显示模块:
具备里程费和误时费累计功能,并用4位LED数码管显示两费之和。
4、时间显示模块:
用8位LED数码管显示时、分、秒,并能通过四个控制开关调节时间。
基本功能模块框图如图2所示:
图2基本功能模块框图
2.4本章小结
本章先从总体介绍了本次设计包含的主要内容和需要实现的基本功能,再讲述了本次设计的总体设计方案,及这个设计方案包括的功能模块,并简述了各个功能模块在系统中的主要功能和作用。
第三章系统硬件电路的设计
3.1控制模块电路设计
用Atmel公司生产的AT89C52单片机作为系统控制器。
其算术运算功能强,软件编程灵活、自由度大,可用软件编程实现各种算法和逻辑控制,并且其功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点,使其在各个领域应用广泛。
5l系列单片机为许多控制系统提供了高度灵活和低成本的解决办法。
下面简单介绍一下单片机AT89C52。
AT89C52是美国Atmel公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机,片内含8kbytes的可反复擦写的程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器(RAM),器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内配置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元,功能强大的AT89C52单片机可灵活应用于各种控制领域。
AT89C52单片机属于AT89C51单片机的增强型,与Intel公司的89C52在引脚排列、硬件组成、工作特点和指令系统等方面兼容。
其主要工作特性如下:
1、片内程序存储器内含8kbytes的Flash程序存储器,可擦写寿命为1000次;
2、片内数据存储器内含256字节的RAM;
3、具有32根可编程I/O口线;
4、具有3个可编程定时器;
5、中断系统是具有8个中断源、6个中断矢量、2个级优先权的中断结构;
6、串行口是具有一个全双工的可编程串行通信口;
7、具有一个数据指针DPTR;
8、低功耗工作模式有空闲模式和掉电模式;
9、具有可编程的3级程序锁定位;
10、AT89C52工作电源电压为5(1+0.2)V,其典型值为5V;
11、AT89C52最高工作频率为24MHz;
12、单片机正常工作时,都需要有一个时钟电路和一个复位电路。
本设计中选择了12MHZ的时钟电路和上电复位电路,来构成单片机的最小系统外围电路。
[M7]
为了方便电路的连接,单片机的所有引脚接口引出,I/O口资源分配如下:
1、霍尔传感器脉冲输出端口:
P3.5。
2、时间显示模块:
数码管a~h接口通过74LS573接:
P1,位选端74LS138
3-8译码器接:
P2.0~P2.2,时钟调整按键:
P0.0~P0.2、P0.4。
3、计价与显示模块:
通过74LS164来扩展并行输出口,A、B接P3.0,CLK接P3.1。
4、空车显示接口:
P0.7。
5、时钟产生电路接:
XTAL1、XTAL2。
6、复位电路接:
RST。
3.2计时与时间显示模块电路设计
时间显示采用24小时计时方式,时、分、秒用8位LED数码管动态扫描法显示。
该电路采用AT89C52单片机控制,通过4个开关按键来调节时间,其中按键开关SP1、SP2、SP3分别接单片机的P0.0、P0.1、P0.2口,分别调节时钟的秒、分、时;单刀双掷开关K1(实际硬件电路用短路冒代替)控制时、分、秒的加减调节,当发光二极管亮时,按下按键开关进行加1调节;当发光二极管灭时,按下按键开关进行减1调节。
如图3所示:
在本电路中,各位LED数码管的段选端并接在一起,通过220欧姆电阻和8位数据锁存器74LS573(下面的模块图中省略,详见后总原理图)接到单片机AT89C52的P1口。
其中,8位数据锁存器74LS573主要是驱动LED数码管的段选端,使LED数码管的显示更亮;220欧姆电阻在电路中起到限流的作用,防止LED数码管烧坏。
各位LED数码管的位选端通过ULN2803(下面的模块图中省略,详见后总原理图)和74LS138接到单片机的P2.0、P2.1、P2.2口。
其中,电路通过74LS138将P2.0、P2.1、P2.2口的输出状态译成8种BCD码,这8种BCD码分别对应选择LED数码管的各位,起到位选作用;并在74LS138后面接上达林顿管ULN2803,增加LED数码管位选驱动能力。
下面分别介绍各个元器件的功能和在模块电路中的作用。
图3计时与时间显示模块电路图
3.2.1动态扫描显示
动态扫描显示是一位一位地轮流点亮各位数码管,这种逐位点亮显示器的方式称为位扫描。
通常,各位数码管的段选线相应地并联在一起,由一个8位的I/O口控制(本设计由P1口通过八位锁存器74LS573驱动),各位的位选线(共阴极)由另外的I/O口控制(本设计通过P2.0、P2.1、P2.2口由74LS138译码选择,再通过达林顿管ULN2803驱动)。
动态方式显示时,各数码管分时轮流选通,要使其稳定显示,必须采用扫描方式,即在某一时刻只选通一位LED数码管,并送出相应的段码。
依次规律循环,即可使各位数码管显示需要显示的字符。
虽然这些字符是在不同的时刻分别显示,但由于人眼存在视觉暂留效应,只要每位显示间隔时间(本次设计中,每位LED数码管的时间显示间隔为5ms)足够短就可以给人同时显示的感觉。
[M11]
采用动态显示方式,比较节省I/O口,硬件电路也较静态显示简单,但其亮度不如静态显示方式,而且在显示位数较多是,CPU要依次扫描,占用CPU较多时间。
3.2.2LED数码管
LED数码管是由一种特殊的半导体材料制作成的PN结。
其发光强度与其正向压降VF和电流IF的乘积有关,其乘积越大,则发光强度越大。
工作电流一般在50mA~20mA。
我们从系统整体考虑,选用的是共阴型的LDS-5461BH七段LED数码管,其参数如下:
1.最大工作电流:
200mA;
2.正向工作电流:
60mA;
3.正向压降(每段I:
为10mA)≤3.6V;
4.反向漏电流(VR=5V/H)≤100uA;
5.反向耐压:
≥5V;
6.光强:
≥150Pcd;
7.结构类型:
共阴极双列式;
8.封装形式:
双列塑料环氧;
9.发光材料:
GaAsP;
这种型号的LED数码管由于VF高达3.6V,故在相同亮度的情况下,其正向电流可以小得多,所以对降低整机功耗非常有利。
在本设计中,采用共阴极数码管,其数码管电路图和引脚图如图4、图5所示:
图4共阴极数码管电路图图5共阴极数码管引脚图
从LED数码管原理图可以看出,不同笔段的组合就可以构成不同的字符,例如当笔段b、c被点亮时,就可以显示数字1;又如当笔段a、b、c被点亮时,就可以显示数字7;当笔段a、b、c、d、e、f、g都被点亮时,就可以显示数字8。
只要控制7个发光二极管按一定的要求亮与灭,就能显示出十六进制0到F。
图6为本设计用到的四位数码管集成在一起的引脚图,通过万用表测得其引脚分布:
图6集成四位共阴极数码管引脚图
3.2.3段码驱动74LS573
74LS573是8位锁存器,作为各位数码管的段驱动端,它有/OE和LE两个片选端,/OE为低电平有效,LE端为高电平有效。
该芯片常用于地址锁存、数据锁存等。
3.2.4译码器74LS138
译码是将具有特定含义的二进制码进行辨别,并转换成控制信号,具有译码功能的逻辑电路称为译码器。
74LS138为3线-8线译码器,有三个输入A、B、C,它们共有8种状态的组合,即可译出8个输出信号Y0~Y7(低电平有效)。
当一个选通端(G1)为高电平,另两个选通端(G2A)和(G2B)为低电平时,可将地址端(A、B、C)的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。
A、B、C译码地址输入端,G1选通端(高电平有效),G2A、G2B选通端(低电平有效),Y0~Y7译码输出端(低电平有效)。
其功能功能表如表1所示:
表174LS138集成译码器功能表
3.2.5位选驱动ULN2803
ULN2803A是达林顿管阵列集成驱动芯片。
驱动LED数码管的位选端,它的最大工作电压为50V,最大输出电流为500mA,典型延迟时间为1us,内部设有钳位二极管。
I1、I2~I8为输入端,Q1、Q2~Q8为输出端,输出端漏极开路。
VCC为电源端,GND为地。
其引脚脚图如图7所示:
图7ULN2803引脚图图8ULN2803内部逻辑电路图
达林顿管的原理:
达林顿管又称复合管。
它是将二只三极管适当的连接在一起,以组成一只等效的新的三极管。
这等效于三极管的放大倍数是二者之积。
在电子学电路设计中,达林顿接法常用于大功率开关电路、电机调速和逆变电路,以及小型继电器和LED智能显示屏的驱动。
达林顿电路有四种接法:
NPN+NPN,PNP+PNP,NPN+PNP,PNP+NPN。
前二种是同极性接法,后二种是异极性接法。
[M13]
ULN2803是NPN+NPN型的达林顿阵列,集电极开路输出,输出电压的极性是反向的,输出端为集电极到电源正极,其内部逻辑电路图如图8示。
3.3计价与显示模块电路设计
计价与显示部分通过四个74LS164扩展32个并行端口,采用4位LED数码管(共阴极)静态显示。
顾客上车显示起步价6元,行车距离小于等于2.5公里时为起步价;里程计价为每公里1元,当行车距离大于2.5公里后,每增加1公里,车费增加1元。
如图9所示,其中发光二极管代替空车牌,发光二极管亮时,为空车;发光二极管灭时为起步计费。
CLOCK时钟代替霍尔传感器A44E发里程脉冲。
依据计价与显示模块电路图,将74LS164的A、B端与RXD相接,CLK与TXD相接,CLR接高电平+5V,在满足条件时数据就送到74LS164并寄存,管脚将自动设置成相应的电平。
将前一个74LS164的QH端连接到下一个74LS164的A、B端,再将CLK端连接到一起并接到TXD,则送数据时,前后数据就会依次从上一个74LS164传到下一个74LS164。
图9计价与显示模块电路图
3.3.1静态显示
静态显示是指数码管显示某一字符时,相应的发光二极管恒定导通或恒定截止。
这种显示方式的各位数码管相互独立,公共段固定接地(共阴极)或接正电源(共阳极)。
每个数码管的7个字段和小数点位分别与8位I/O口输出的一位相连。
I/O口只要有段码输出,相应的字符就显示出来,并保持不变,直到I/O口输出新的段码。
静态显示的显示驱动电路具有输出锁存功能,单片机将所要显示的数据送出后就不再控制LED数码管,直到下一次显示时再传送一次新的显示数据。
静态显示的数据稳定,占用的CPU时间少。
多位静态显示的特点是每位数码管都需要有各自的数据锁存、译码电路和驱动器。
[M12]
3.3.2八位串入并出移位寄存器74LS164
74LS164是8位串入并出移位寄存器。
其中:
A、B为串行数据输入端,QA、QB~QH为并行数据输出端,CLK为串行时钟输入端(上升沿有效),CLR为同步并行输出清零端(低电平有效),VCC为+5V电源输入端,GND为接地端。
其功能表如表2所示:
X代表任意状态;QA0、QB0~QH0代表在稳态输入条件建立之前QA、QB~QH的输出状态;QAn、QBn~QHn代表最近的时钟上升沿转换之前QA、QB~QH的输出状态;H/L、QAn、QBn~QHn代表在最近的时钟上升沿转换之后QA、QB~QH大的输出状态。
表274LS164功能表
本设计实际上是通过74LS164,利用串行的方式来扩展并行输出接口。
在MCS-51里,将MCS-51单片机的串行口设置在工作方式0,只要把数据往SBUF里放,系统就自动将串行数据由RXD(P3.0)送出,其中移位时钟由TXD(P3.1)送出。
在方式0下,当一个数据写入串行口发送缓冲器SBUF时,串行口将8位数据以1MHZ的波特率从RXD引脚输出,发出完置中断标志位TI为1,请求中断。
在再次发送数据之前,必须由软件将TI清零。
3
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 出租车 计价器 设计