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开题分析报告模版

开题报告（模版）

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毕业设计（论文）开题报告

设计（论文）题目:

基于FPGA的出租车计费系统的设计

院系名称:

电气与信息工程学院

专业班级:

电子信息工程09-2班

学生姓名:

导师姓名:

开题时间:

2013年3月15号

指导委员会审查意见：

签字：

年月日

一课题研究目的和意义

在我国社会经济的全面发展过程中，各大中小城市的出租车营运事业也迅速发展，出租车已经成为人们日常出行选择较为普遍的交通工具。

出租车计价器是出租车营运收费的专用智能化仪表，是出租车市场规范化、标准化以及减少司机与乘客之间发生纠纷的重要设备。

为了保护营运者和乘客的经济利益,世界上的多数国家都对作为贸易结算用的出租汽车计价器进行强制管理[1]。

我国《计量法》也将出租汽车计价器列入强检目录,实行强制检定。

1999年,国家质量技术监督局又将出租汽车计价器列为六种重点管理的计量器具之一[2]。

出租车行业以低价高质的服务给人们带来了出行的享受。

但是总存在着买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。

汽车计价器是乘客与司机双方的交易准则它是出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。

具租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[3]。

一种功能完备、简单易用、计量准确的出租车计价器是加强出租车行业管理、提高服务质量的必备品。

当计费系统在各大、中城市出租车中使用越来越广泛，用户对计费器的要求也越来越高。

以出租车多功能计费器为例，用户不仅要求计费器性能稳定，计费准确，有防作弊功能;同时还要求其具有车票打印、语音报话识别、电脑串行通信及税控等功能;不同国家和地区的收费方式存在差异，即使在同一地区，不同车型的出租车收费方式也有差别，而且出租车还面临几年一次的调价或调整收费方式等问题[4]。

采用模拟电路和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难调试对于模式的切换需要用到机械开关机械开关时间久了会造成接触不良功能不易实现。

采用单片机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，可以通过软件编程来完成更多的附加功能，然而传统的基于单片机设计的出租车多功能计费器已远远跟不上这种变化，功能升级很繁琐，需要硬件重组和软件更新同步进行，成本高，并且每次升级都可能出现新的不稳定因素;而基于现场可编程逻辑阵列（FPGA）的出租车多功能计费器，采用硬件描述语言VerilogHDL和逻辑综合为基础的自顶向下的电路设计方法，开发成本低，周期短，可靠性高，功能升级方便，满足了用户的要求。

该系统在不改变硬件电路的前提下，具有可以重构系统的功能；采用完全相同电路结构，只要根据各地区的要求在VerilogHDL程序中设置各参数，就可以适应各地区出租车不同计费标准的需要，还可以根据各地区需求增加其他功能[5]。

二文献综述

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贸易结算的工具，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。

在出租车是城市交通的重要组成部分，行业健康和发展也获得越来越多的关注。

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[6]。

我国的第一家生产计价器企业是重庆市起重机厂，最早的计价器全部采用机械齿轮结构，只能完成简单的计程功能，可以说早期的计价器就是一个里程表。

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以完成计价的工作。

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[7]。

从国内外的各种研究方法来看，实现出租车计费系统总共有三种方案。

利用大规模的数字逻辑器件来实现，利用89C51实现，利用CPLD/FPGA来实现。

二十世纪后半期，数字系统得到了飞速发展，同时为了提高系统的可靠性与通用性，微处理器和专业集成电路逐渐取代了通用全硬件电路。

目前，业界大量可编程逻辑器件，尤其是现场可编程器件被大量地应用在集成电路的制作当中[8]。

最近几年出租车行业发展迅速，在全国有几千家出租车公司，出租车计费器的市场非常庞大。

目前市场上使用的出租车计费器主要采用的都是利用MCU如89C51单片机实现的计费器设计，显示方式上主要采用的是固定显示内容的LED显示[9]。

如图1所示。

图1传统LED显示的计费器

以AT89S51单片机为核心器件,附加A44E霍尔传感器测距,实现对出租车的计价统计.采用AT24C02实现在系统掉电时保存单价和系统时间等信息,输出采用8段数码显示管.用该电路设计的计价器不但能实现基本的计价,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提供方便[10]。

传统的出租车计费器由于发展使用了十几年，在稳定性、成本、以及使用习惯上都具有一些优势，但是随着出租车价格市场化，我国加入WTO以来主导出租车行业成本的许多因素主要包括油价的波动，都对传统的出租车计费器提出了更高的要求[11]。

近一年来，各大城市都在对出租车价格进行调整，由于数量太多，很多城市的调价甚至需要一个月的时间才能完成，经常会同一时间出现几个价格，有的城市的出租车上还会出现司机人工计价的尴尬情形。

这些都暴露了传统计费器在灵活性和升级换代能力的天生不足[12]。

传统计费器的不足可以体现在以下几点：

1.产品更新周期长

2.计价方式的不灵活

3.显示方式的不灵活

在生活出租车计价系统较多的是利用单片机进行控制，但较易被私自改装，且故障率相对较高[13]；FPGA有多种配置模式：

并行主模式为一片FPGA加一片EPROM的方式；主从模式可以支持一片PROM编程多片FPGA；串行模式可以采用串行PROM编程FPGA；外设模式可以将FPGA作为微处理器的外设，由微处理器对其编程。

FPGA具有高密度、可编程及有强大的软件支持等特点，所以设计的产品具有功能强、可靠性高、灵活性好等特点。

在本设计中针对目前常用的这两种设计方案（单片机设计方案和FPGA设计方案）进行了优劣比较，使用FPGA来实现系统设计，根据预定的设计要求和设计思路进行了功能设计[14]。

三基本内容和预期达到的目标

基本内容：

设计一款基于FPGA的出租车计价器，无人乘车时正常显示空车指示牌，LED显示器显示当地时间；乘客上车时，司机按电钮开始计费，扳倒空车指示牌并熄灭空车指示牌里的指示灯，并提示此时已开始计费。

当乘客中途下车时，出租车减速停车，计价器开始计时。

当乘客回来时，出租车开车，计价器结束计时，并回到计程阶段继续计程（如果出租车再次启动后，乘客还需要离开，则计价器回到计时阶段，继续计时）。

到达目的地时停车，司机按电钮结束计价空车指示牌被扶起，点亮空车指示牌的指示灯，并语音提示结束计费，此时显示器显示为此次乘客乘车的总费用，等待5分钟后，回到时钟显示界面。

预期达到的目标：

1．计费及显示

（1）里程用四位数字显示，单位为km，精确到0.1km。

（2）单价用三位数字显示，单价为元/km，根据每天不同的时间段有两种情况：

当时间段为06:

00～23:

00时单价为3元/km，其他时间段内单价为2元/km。

（3）等候时间，用四位数字显示分钟和秒。

（4）等候单价，等候单价有两种情况：

在等候时间小于1小时的情况下，等候单价为1元每5分钟；在等候时间大于1小时的情况下，等候单价为20元每小时。

（5）费用的计算，出租车的起价为8.00元，当里程小于3km时，按起价计算费用；当里程大于3km时按下式计算费用：

费用=里程╳里程单价+等候时间╳等候单价

（6）费用的显示，用五位数字显示，显示方式为“XXX.XX”，单价为元。

2．时钟及显示

当出租车在常运状态下，应能显示当前的时间。

3．计费开始提示

当出租车载上乘客并起步后，将空车指示牌扳倒时，空车指示牌里的指示灯熄灭，并有语音或灯光提示信号。

四整体方案

系统的整体方框图如图2所示。

图2系统的整体方框图

本系统中FPGA应该完成的功能分解为7个功能模块，它们分别是分频器模块FPQ、等待判别模块DDPB、里程计算模块LCJS、里程计费模块LCJF、等待计时模块DDJS，等待计费模块DDJF、输出数据选择模块SCXZ。

1．分频器模块FPQ，产生1Hz系统时钟信号C，供系统中其他相关模块使用。

2．等待判别模块DDPB根据速度传感器脉冲时钟信号WCLK和基准时钟信号CLKlHZ，计算出单位时间里WCLK的脉冲个数（假定每公里产生1000个脉冲信号，即每米一个脉冲），即出租车行驶速度，从而判断出租车是否处于等待状态，产生等待标志。

3．里程计算模块LCJS根据速度传感器脉冲信号WCLK和等待标志DDBZ，对出租车行驶的里程XSLC进行计算，同时产生里程标志信号LCBZ和里程计费标志信号JFBZ。

4．里程计费模块LCJF在计费标志信号JFBZ、等待标志DDBZ、里程标志信号LCBZ和时段标志信号SDBZ等信号的控制下，计算行驶里程超过3km以上的里程费用LCFY。

5．等待计时模块DDJs在等待标志信号DDBZ和基准时钟信号CLKlHZ的控制下，进行等待时间计算。

6．等待计费模块DDJF在等待标志信号DDBZ和熄灯标志信号XDBZ的控制下，进行等待计费操作。

7．输出数据选择模块SCXZ根据单片机发出的数据传输选择控制信号SEL，选择相应的数据计算处理结果传输给单片机。

五技术路线或研究方法

1.了解开发流程对使用Quartus

软件、优化设计项目、提高设计效率十分有益。

其次最主要的是对Quartus

软件的使用，了解其基本设计流程和软件操作与设置。

2.熟悉VHDL语言的结构与规范，根据文献中的例子进行编写。

利用VHDL语言对各个功能单元进行系统论证，并展开设计。

3.完成顶层实体的原理图设计，根据设计方案分别设计FPGA系统CZJFXT的七个模块：

分频器模块FPQ，等待判别模块DDPB，里程计算模块LCJS，里程计费模块LCJF，等待计时模块DDJS，等待计费模块DDJF，输出数据选择模块SCXZ。

根据总体方案框图，进行硬件系统的连接，将软件下载到FPGA中，并对各个部分进行仿真。

4.根据硬件系统设计方案搭建时钟电路，数码显示电路等。

编写FPGA软件模块VHDL程序，下载到硬件电路中进行调试。

搭建信号整形电路，并与FPGA相连，校验电路。

六进度安排

1．1-2周：

查阅资料，完成设计的开题报告。

2．3-4周：

完成基于FPGA的出租车计费系统的设计。

3．5-7周：

完成顶层实体的原理图设计。

4．8-10周：

完成分模块硬件描述语言程序设计。

5．11-13周：

代码调试，并进行编译、综合得出仿真结果。

6．14-15周：

撰写毕业设计说明书。

7．16周：

上交毕业论文、完成PPT讲稿、准备答辩。

8．17周：

答辩。

参考文献

[1]丁舒平.国内出租车行业发展现状和分析[EB].中国智能交通网,2012-02-09.

[2]陈鸿俊.必须加强出租汽车计价器的管理[J].计量与测试技术，1994年06期

[3]吴冬梅，吴延海，邓玉玖.基于CPLD/FPGA的出租车计费器[J]:

电子技术应用;2004年11期.

[4]应朝龙，赵剑峰，刘海滨.ZH-CJ1出租车合乘计价器设计[J].电子测量与仪器学报，2002:

1056-1062.

[5][英]JoneWulenskl.VHDLDigtalSystemDesign[D]，北京：

电子工业出版社，2004,10～105.

[6]凌璟.基于VHDL的出租车计价器设计[J]:

苏州大学,2009.

[7]丁舒平.国内出租车行业发展现状和分析[EB].中国智能交通网,2012-02-09.

[8]亿特科技.CPLD/FPGA应用系统设计与基础篇[M].北京：

人民邮电出版社，2005，93～102.

[9]舒涛，伍远，超李明.基于AT89S51单片机的出租车计价器系统设计[J]:

中国民用航空飞行学院，2010.

[10]朱正伟.EDA技术及应用[M]，清华大学出版社，2005年,180～290.

[11]EDA先锋工作室.AlteraFPGA/CPLD设计（高级篇）[C]，北京：

人民邮电出版社，2005，27～58.

[12]求是科技.FPGA数字电子系统设计与开发实例导航[J]，北京：

人民邮电出版社，2005，115～126.

[13]黄智伟.FPGA系统设计与实践[J]，北京：

电子工业出版社，2005，200～217.

[14]谭会生等.EDA技术综合应用实例与分析[M]，西安电子科技大学出版社，2004年，250～368.