电气工程及其自动化毕业论文 基于单片机出租车测速计价系统.docx

1、基于单片机出租车测速计价系统专业：电气工程及其自动化摘要本次设计的是出租车测速计价系统。本次设计出租车计价测速系统不但能实现计价的功能，还可以通过电机的转动模拟汽车轮胎转动,通过 A44E 霍尔传感器对模拟出的轮胎转数进行计数，实现对出租车里程的测量，间接的获得车速，并最终计算出总金额。显示界面采用的是 LCD1602 液晶屏，其内部有复位电路,时钟电路,键盘电路，空车时可以显示系统时间，还能实现根据时钟芯片自动调整白天、黑天计价模式，能自动处理中途等待等功能。关键词： 单片机 AT89S521602 液晶出租车计费器A44E 霍尔传感器IABSTRACTABSTRACTThis design

2、 is a taxi speed valuation system.This design can not only achieve the pricing function, can also be rotated simulation of automobile tire using the rotation of the motor, by the A44E Holzer sensor to simulate tire rotation pulse induction.it realize the measurement of the taxi mileage, indirect acc

3、ess speed, and finally calculates thetotal amount. Display use the LCD1602 LCD screen.The internal structure is resetcircuit, clock circuit, keyboard circuit. When the empty, it can display the system time.it also can realize the automatic adjustment of the daytime, dark pricing model according to t

4、he clock chip and can be automatically handled midway waiting for function.Keywords:single-chip AT89S52LCD1602TaximeterA44E Holzer sensorII目录目录IV摘要IABSTRACTII前言11 绪论21.1 国内外出租车计价器的研究现状21.2 国内外出租车计价器的发展趋势22 出租车计价测速系统的设计要求与设计方案32.1 出租车计价测速系统设计要求32.2 系统主要功能32.3 方案论证与比较43 出租车计价系统的硬件设计53.1 单片机的介绍53.2 霍尔传

5、感器简介73.3 里程计算、计价单元设计83.4 间接测速单元设计93.5 时钟单元设计93.5.1 DS1302 引脚说明103.5.2 DS1302 控制字和读写时序说明113.5.3 DS1302 片内寄存器说明123.6 按键单元设计143.7 显示模块设计163.7.1 液晶显示原理163.7.2 LCD 液晶显示器的优点213.8 555 电机调速单元设计213.8.1 555 定时器的应用213.8.2 555 时基电路的电路结构和逻辑功能224 出租车计价测速系统的软件设计254.1 系统主程序设计254.2 中断服务程序264.3 显示子程序274.4 键盘服务程序285 系

6、统安装与调试295.1 程序的检测与调试295.1.1 程序的查错手段295.1.2 源程序的检测295.1.3 源程序的调试30结论31参考文献32致谢34附录35黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文）前言随着我们国家的经济水平日益的提高，我们的生活水平也显著的改善，交通日益完善。汽车也成为了我们平时出行的使用比较普遍的交通工具。虽然我们居民不少都拥有私家车，但是出租车在我们日常交通工具中依然占有重要的位置。出租车计价器是伴随着出租车的出现应运而生，作为一种衡量司机和乘客的交易中的公平秤在出租车行业广泛的应用。近年来，随着我国出租汽车行业发飞速的发展，出租车已经成为了我们工作、生活中不可缺少的交

7、通工具。出租汽车服务行业和出租汽车计价器的使用紧密相关。出租汽车计价器是一种能根据乘客乘坐汽车行驶距离和等候时间的长度短进行计价的一种仪器，同时也可以直接显示车费值的计量器具。计价器是出租汽车的经营者和乘坐出租汽车的消费者之间用于公平交易结算的工具，因而计价器计价准确与否，直接关系到经营者和消费者的经济利益。依据国家有关法律、法规， 出租汽车计价器是列入国家首批强制检定的工作计量器具之一，也是近年来国家质量技术监督部门强化管理的六类重点计量器具之一。01 绪论1.1 国内外出租车计价器的研究现状出租车行业在我国是八十年代初兴起的一项新兴行业，随着我国国民经济的 高速发展，出租汽车已成为城市公共

8、交通的重要组成部分。多年来国内普遍使用 的出租车计价器仅仅具备单一的计量功能。目前全世界的计价器中有 90%为台湾所生产。现在我国生产出租车计价器的企业有上百家，主要是集中在北京，上海， 沈阳和广州等地。随着科学技术的发展创新，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以完成计价的工作。大规模集成电路的发展又产生出了第三代计价器，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。

9、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。1.2 国内外出租车计价器的发展趋势大规模集成电路的发展又产生了新一代出租车计价器，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，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。随着单片机性能不断提高而价格却不断下降，单片机控制得到更广泛的应用， 外围芯片的不断发展，使得计价器的功能更加强大，性能更加稳定。随着电子技 术的发展以及对计价器的不断改进和完善，于是，便产生了诸多的附加功能。例 如：(1)LCD 显示功能，液晶屏的使用让计价器实现

10、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的时钟；(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 年之久。342出租车计价测速系统的设计要求与设计方案2.1 出租车计价测速系统设计要求设计一个出租车自动计费测速器，计费包括起步价、行车里程计费、等待时间计费等部分，并可以通过电机转动模拟轮胎转动，用 A44E 霍尔传感器对模拟出的轮胎转数进行计数，实现对出租车里程的测量，间接的获得车速，用 1602 液晶显示总金额，运行时间，暂停时间。同

11、时，在机器不使用时候显示系统时间。（一）基本要求不同情况具有不同的收费标准。白天、晚上、途中等待（3S 开始收费）1、具有数据的复位功能。IO 口分配的简易要求。距离检测使用霍尔开关 A44E白天/晚上收费标准的转换开关2、数据输出（采用 LCD1602）。单价输出 2 位路程输出 2 位总金额输出 3 位3、按键。等待时钟调节白天/晚上转换（二）发挥部分能够获得行驶总路程，间接获得车速。能够显示当前的当地时间。能够实现计价功能。2.2 系统主要功能本课程设计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、数据输出、计时计价、单价输出、路程输出数据信息。输出采用 1602 液晶显

12、示屏。本次设计的计价车速系统不但能实现基本的计价和间接计算出车速，而且还能根据白天、黑夜、中途等待来调节单价，同时在不计价的时候还能作为时钟为司机同志提供方便。2.3 方案论证与比较时钟信号分频器计费等待信号计时译码公里脉冲控制器计程计费/复位显示方案一：采用 EDA 技术，根据层次化设计理论，该设计问题自顶向下可分为分频模块，控制模块 计量模块、译码和动态扫描显示模块，其系统框图如图 1 所示：图 1 方案一方案二：计价器的单片机控制方案。它由以下部件组成：AT89C52、总金额及单价显示部件、键盘控制部件，里程计算单元,1302 时钟显示模块。利用单片机丰富的 IO 端口，实现基本的里程计

13、价功能和价格调节、时钟显示功能。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。如图 2 所示：键盘控制AT89S52测速电路液晶显示部分图 2 方案二方案总结：通过各个方案的比较，本次采用方案二，不但控制简单，而且成本低廉，设计电路简单。3出租车计价系统的硬件设计3.1 单片机的介绍在众多的 51 系列单片机中，要算ATMEL 公司的 AT89C51、AT89S52 更实用，因他不但和 8051 指令、管脚完全兼容，而且其片内的 4kB 程序存储器是FLASH 工艺的，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写，一般专为 ATMEL AT89xx 做

14、的编程器均带有这些功能。显而易见，这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。写入单片机内的程序还可以进行加密， 这又很好地保护了你的劳动成果。AT89C51、AT89S51 目前的售价比 8031 还低， 市场供应也很充足。AT89C52 是一个低电压，高性能 CMOS8 位单片机，片内含 8kbytes 的可反复擦写的 Flash 只读程序存储器和 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，片内置通用 8 位中央处理器和 Flash 存储单元，AT89C52 单片机在电子行业中有着广

15、泛的应用。AT89S52 有 40 个引脚，与 MCS51 系列单片机引脚完全兼容如图 3 所示：VCC (AD0)P0.0(AD1)P0.1(AD2)P0.2(AD3)P0.3(AD4)P0.4(AD5)P0.5(AD6)P0.6(AD7)P0.7EA/VPP ALE/PROGPSENP1.0(T2) P1.1(T2EX) P1.2P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7RESET P3.0(RXD)P3.1(TXD) P3.2(INT0) P3.3(INT1) P3.4(T0)P3.5(T1) P3.6(WR)P3.7(RD)XTAL2 XTAL1 GND1 402 393 384

16、 375 366 357 348 33 329 3110 3011 291213(A15)P2.7(A14)P2.6(A13)P2.5(A12)P2.4(A11)P2.3(A10)P2.2(A9)P2.1(A8)P2.014 2815 2716 2617 25 2418 2319 2220 21图 3 AT89S52 的引脚结构AT89S52 的引脚功能说明：AT89C52 有 40 个引脚，32 个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含 2个外中断口，3 个 16 位可编程定时计数器，2 个全双工串行通信口，2 个读写口线，AT89C52 可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。将其通

17、用的微处理器和 Flash 存储器结合在一起，特别是可反复擦写的 Flash 存储器可有效地降低开发成本。P0 口：P0 口是一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 逻辑门电路，对端口 P0写“1”时，可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低 8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在 Flash 编程时，P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时， 要求外接上拉电阻。P1 口：P1 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 的输

18、出缓冲级可驱 动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。与 AT89C51 不同之处是，P1.0和 P1.1还可分别作为定时/计数器 2的外部计数输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX），Flash 编程和程序校验期间，P1 接收低 8 位地址。P2 口：P2是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对端口 P2 写“1”，通过内部的上拉电阻把端口

19、拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。Flash编程或校验时，P2 亦接收高位地址和一些控制信号。P3 口：P3 口是一组带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个 TTL 逻辑门电路。对 P3 口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的 P3 口将用上拉电阻。P3 口除了作为一般的 I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能 P3 口还接收一些用于 Flash 闪速存储器编程和程序校验的控制信号。RST：复位输入。当振荡器工作时，RS

20、T 引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许） 输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节。一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。对 Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。MOVX 和 MOVC 指令才能将 ALE 激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE 禁止位无效。PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次 PS

21、EN 有效， 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 PSEN 信号。EA/VPP：外部访问允许。欲使 CPU 仅访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH），EA 端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1 被编程，复位时内部会锁存 EA 端状态。XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。特殊功能寄存器：在 AT89C52 片内存储器中，80H-FFH 共 128 个单元为特殊功能寄存器（SFE）。3.2 霍尔传感器简介霍尔传感器是利用霍尔效应实现磁电转换的一种传感器，它具有灵敏度高， 线性度好，稳定性高

22、、体积小和耐高温等特点，在机车控制系统中占有非常重要的地位。对测速装置的要求是分辨能力强、高精度和尽可能短的检测时间。霍尔器件具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达 1MHZ），耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。按照霍尔器件的功能可将它们分为: 霍尔线性器件和霍尔开关器件 。前者输出模拟量，后者输出数字量。霍尔线性器件的精度高、线性度好；霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高（可达 m 级）。取用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽，可达55150。按被检测的对象的性质可将它们的应用分为:

23、直接应用和间接应用。前者是直接检测出受检测对象本身的磁场或磁特性，后者是检测受检对象上人为设置的磁场，用这个磁场作为被检测的信息的载体，通过它，将许多非电、非磁的物理量例如力、力矩、应力以及工作状态发生变化的时间等，转变成电量来进行检测和控制。霍尔传感器 A44E 工作原理，A44E 集成霍耳开关由稳压器 A、霍耳电势发生器(即硅霍耳片)B、差分放大器 C、施密特触发器 D 和 OC 门输出 E五个基本部分组成。在输入端输入电压，经稳压器稳压后加在霍耳电势发生器的两端，根据霍耳效应原理，当霍耳片处在磁场中时，在垂直于磁场的方向通以电流，则与这二者相垂直的方向上将会产生霍耳电势差 HV 输出，该

24、 HV 信号经放大器放大后送至施密特触发器整形，使其成为方波输送到 OC 门输出。当施加的磁场达到工作点时，触发器输出高电压(相对于地电位)使三极管导通，此时 OC 门输出端输出低电压，通常称这种状态为“开”。当施加的磁场达到释放点时，触发器输出低电压，三极管截止，使 OC 门输出高电压，这种状态为“关”。这样两次电压变换， 使霍耳开关完成了一次开关动作。集成开关型霍尔传感器原理如图 4 所示。图 4 集成开关型霍耳传感器原理图其集成霍耳开关外形及接线如图 5 所示。图 5 集成霍耳开关外形及接线3.3 里程计算、计价单元设计里程计算是通过安装在车轮上的霍尔传感器 A44E 检测到的信号，送到

25、单片机，经处理计算,送给显示单元的。其原理如图 6 所示(见下页)。小铁圈霍尔传感器 AT89SC52单片机图 6 传感器测距示意图由于 A44E 属于开关型的霍尔器件，其工作电压范围比较宽（4.518V）， 其输出的信号符合 TTL 电平标准，可以直接接到单片机的 I/O 端口上，而且其最高检测频率可达到 1MHZ。我们选择了 P3.2口作为信号的输入端，内部采用外部中断 0（这样可以减少程序设计的麻烦），车轮每转一圈（我们设车轮的周长是 1米），霍尔开关就检测并输出信号，引起单片机的中断，对脉冲计数，当计数达到 500 次时，也就是1公里，单片机就控制将金额自动的增加。计算公式如下：3 公

26、里以内，金额=起步价；3 公里以外，金额=起步价+（公里数-3）*单价。例如：设行驶里程为 5 里， 起步价为 6 元，超出 3 公里后按每公里一元收费，则金额=6+（5-3）*1=8（元）3.4 间接测速单元设计霍尔传感器 A44E 在本次设计的主要作用是对车轮转动时产生出的脉冲信号采集。车轮每转一周，磁铁经过传感器两次。霍尔传感器 A44E 的第 3 脚就输出一个脉冲信号作为单片机 AT89S52 的外中断信号，从 P3.2 口输入。P3.2口作为信号的输入端，内部采用外部中断 0（这样可以减少程序设计的麻烦），车轮每转一圈（我们假设车轮的周长是 1米），霍尔开关就检测并输出信号，引起单片

27、机的中断，对脉计数，当计数达到 500 次时，也就是 1 公里。单片机处理计算的接收到的脉冲信号，在显示屏上显示出总里程和这段路程花费的总时间，根据脉冲信号的周期,显示出的里程数和这段路程花费的时间间接可得计算出车速。3.5 时钟单元设计DS1302是美国 DALLAS 公司推出的一种高性能、低功耗、带 RAM 的实时时钟电路，它可以对年、月、日、星期、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为 2.5V5.5V。采用三线接口与 CPU 进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或 RAM 数据。DS1302 内部有一个 318 的用于临时性存放数据的 RAM 寄存器。DS

28、1302 是 DS1202 的升级产品，与 DS1202 兼容，但增加了主电源/后备电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。主要特点是采用串行数据传输，可为掉电保护电源提供可编程的充电功能， 并且可以关闭充电功能。DS1302 的外接晶振采用普通 32.768kHz 晶振。3.5.1 DS1302 引脚说明DS1302 封装和引脚参照图如图 7。图 7 DS1302 封装和引脚图DS1302 的引脚排列,其中 Vcc1 为后备电源， Vcc2 为主电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。 DS1302 由 Vcc1 或 Vcc2 两者中的较大者供电。X1 和 X

29、2 是振荡源，外接 32.768kHz 晶振。RST 是复位/片选线，通过把RST 输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。 RST 输入有两种功能：首先，RST 接通控制逻辑，允许地址 /命令序列送入移位寄存器；其次， RST 提供终止单字节或多字节数据的传送手段。当 RST 为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对 DS1302 进行操作。如果在传送过程中 RST 置为低电平，则会终止此次数据传送， I/O 引脚变为高阻态。上电运行时，在 Vcc22.0V 之前，RST 必须保持低电平。只有在 SCLK 为低电平时，才能将 RST 置为高电平。I/O 为串行数据输入输出端(双向)，后面有详

30、细说明。 SCLK 为时钟输入端。具体的引脚说明如表 1。表 1 DS1302 引脚功能说明引脚号名称功能1VCC1备份电源输入2X132.768KHZ 输入3X232.768KHZ 输出4GND地5RST控制移位寄存器/复位6I/O数据输入/输出7SCLK串行时钟8VCC2主电源输入3.5.2 DS1302 控制字和读写时序说明在编程过程中要注意 DS1302 的读写时序，DS1302 是 SPI 总线驱动方式，它不仅要向寄存器写入控制字，还需要读取相应寄存器的数据。要想与 DS1302 通信， 首先要先了解 DS1302 的控制字。DS1302 的控制字如表 2：表 2 DS1302 的控制字节1RAMCKA4A3A2A1A0RD WR第 7位第 6位第 5 位第 4 位第 3 位第 2位第 1 位第 0 位控制字的作用是设定 DS1302 的工作方式，