基于AT89S52的出租车计价器设计.docx
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基于AT89S52的出租车计价器设计
编号：
J乙2103
出租车计价器
摘要
本系统以AT89S52单片机为主控制器，通过外围电路扩展设计一款多功能出租车计价器，本设计方案包括行车里程数显示、消费金额显示、累计等待时间显示等显示模块，以及车速检测电路、信息存储、蜂鸣器电路、按键控制等功能单元。
该系统可以实现行车里程和金额的实时显示、数据存储与查询、时速检测显示、实时时钟显示等基本功能和发挥部分功能。
此外，该系统还扩展了票单打印、语音播报、超速提醒等功能。
程序软件设计采用功能模块化编程，各功能模块实现相对独立。
关键词：
出租车计价器、AT89S52、车速检测、超速提醒、语音播报。
ABSTRACT
Amulti-functionaltaximeterisdesignedbasedonAT89S52microcontrolleandheexternalcircuit.Thedesignincludesdrivingmileagedisplay,consumptionratesshowing,totawaitingtimedisplaymodule,andthespeeddetectioncircuit, informationstorage,thebuzzercircuit,keycontrolfunctionunit. Thesystemcanrealizemileageandtimedisplay,datastorageandquery，speedtestfunction. Inaddition,thesystemextendsthesingle-ticketprint,voicebroadcast,speedingalerts. Softwaredesignfeaturesamodularprogramming,relativelyindependentofeachfunctionalmodule.
Keywords:
Taximeter,AT89S52,SpeedDetection,Voicebroadcast.
1系统总体设计方案
1.1系统总体结构图
根据题目要求，本系统主要有电源电路、键盘控制电路、信息存储电路、时钟电路、车速检测电路、超速提醒电路、语音播报电路、打印输出电路、显示电路等构成。
系统的结构框图如图1-1所示：
图1-1系统总体结构图
1.2方案论证
1.2.1电源模块选择
方案一：
采用LM7805芯片。
方案二：
采用LM2576芯片。
LM7805三端稳压芯片，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，输出电流1.5A。
LM2576开关型降压稳压器，它内部含有频率补偿器和一个固定频率振荡器，它能驱动3A的负载。
本电路中打印机驱动电流为1.5A，整板电路工作电流1A以上。
从电流驱动能力上分析我们选用方案二。
1.2.2控制器选择
选用市场最常见的AT89S52单片机。
AT89S52单片机是低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含8Kbytes的可系统编程的Flash只读程序存储器，兼容标准8051指令系统及引脚。
可在线编程（ISP）也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片芯片中，功能强大，低价AT89S52单片机可灵活应用于各种控制领域。
1.2.3电机模块选择
采用直流减速电机。
直流减速电机转动力矩大，速度大，体积小，重量轻适合进行车速检测。
1.2.4电机驱动模块选择
方案一：
采用分立元件组成H桥驱动电路；
方案二：
采用电机专用芯片L298N。
H桥有四个三极管组成，可方便实现直流电机的四象限运行，分别对应正转、正转制动、反转、反转制动。
但分立元件占用空间大。
专用驱动芯片L298N，响应频率高，一片可以控制两个直流电机，操作方便，稳定性好，性能优良。
综合比较分析我们选用方案二。
1.2.5键盘输入
不使用任何专用芯片，只用4个I/O口检测16个按键，不停地对按键进行扫描来检测键盘的按下、开启中断，利用二极管的特性来对按键分组设置。
1.2.6数码管显示驱动选择
方案一：
采用三极管驱动数码管。
方案二：
采用移位寄存器74HC164驱动。
本设计中我们应用的是共阳数码管，用三极管驱动数码管简单但是占用空间。
用贴片形式的74HC164专用芯片驱动，驱动能力强，占用空间小，显示稳定。
经过综合比较分析我们选用方案二。
1.2.7语音芯片选择
采用集成度较高SYN6288芯片,其最大特点是通过异步串口（UART）通信方式从单片机自动读出显示的数据，其接口简单，低功耗，音色清亮圆润，极高的性价比。
1.2.8车速检测元件选择
方案一：
采用霍尔传感器集成芯片A44E
方案二：
采用光电传感器
霍尔元件是一种磁传感器，只能跟磁性物质组成曲线，成本高。
反射式光电传感器采用一体化结构，利用黑线白线反射光的的强弱寻迹，灵敏度高，体积小，且结构紧凑安装方便。
经过综合比较分析我们选用方案二。
经过仔细的分析和论证，确定了系统的最终方案如下：
（1）电源模块：
选用LM2576三端稳压芯片
（2）控制器：
AT89S52单片机。
（3）电机模块：
直流减速电机。
（4）电机驱动模块：
L298芯片驱动。
（5）数码管驱动：
74HC595驱动芯片。
（6）车速检测元件：
光电传感器。
（7）语音芯片：
SYN6288芯片。
（8）信息存储芯片：
24C02芯片。
（9）时钟模块：
DS1302芯片。
（10）无线发射接收模块：
运用PT2272、PT2262。
（11）打印机：
讯普SP-E1610SK-12微型打印机。
（12）按键模块：
用4个I/O口检测16个按键
2系统硬软件设计与实现
2.1硬件电路设计
2.1.1电源部分
本设计模块采用LM2576开关型降压稳压器，它内部含有频率补偿器和一个固定频率振荡器，它能驱动3A的负载。
本电路中打印机驱动电流为1.5A，整板电路工作电流1A以上，电路图如图2-1所示。
图2-1电源部分
2.1.2控制器部分
本模块中采用AT89s52单片机。
AT89S52是低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含8K字节的可系统编程的Flash只读程序存储器，兼容标准8051指令系统及引脚，如图2-2所示。
图2-2AT89S52单片机最小系统
2.1.3数据显示部分
图2-3数据显示电路
本模块由3路74HC164驱动八位共阳数码管级联而成，移位寄存器74HC164驱动能力强，占用空间小，显示稳定。
该模块需要24个数码管显示数据，需要驱动能力强的芯片驱动。
2.1.4电机驱动部分
本设计采用电机专用芯片L298N。
专用驱动芯片L298N，响应频率高，一片可以控制两个直流电机，操作方便，稳定性好，性能优良，如图2-4。
图2-4电机驱动模块
2.1.5时钟部分
本设计中运用具有充电功能的时钟芯片DS1302，DS1302一种高性能、低功耗的实时时钟芯片,采用SPI三线接口与CPU进行同步通信;时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，具有闰年补偿功能，如图2-5。
图2-5时钟模块
2.1.6语音播报模块
图2-6语音播报模块
SYN6288通过异步串口接收待合成的文本，实现文本到声音（TTS）的转换。
SYN6288语音合成芯片继承了OSYNO6188的优秀特点：
最小SSOP28L贴片封装，硬件接口简单，极高的性价比；除此之外，SYN6288文本识别更智能，语音合成更自然，语音合成效果和智能识别效果大幅度提高，是一款面向中高端应用领域的语音合成芯片，电路图如图2-6所示。
2.1.7信息存储部分
图2-724C02信息存储部分
本设计中运用24C02芯片作为信息存储器，芯片AT24C02具有2kB的电可擦除存储芯片,采用2线串行的总线和单片机通讯,电压最低可以到2.5V,额定电流为1mA,静态电流10Ua（5.5V）,芯片内的资料可以在断电的情况下保存40年以上而且采用8脚的DIP封装,使用方便。
AT24C02支持IC，总线数据传送协议IC，总线协议规定任何数据传送到总线的器件作为发送器，任何从总线接收的器件为接收器。
数据传送是由产生串行时钟和所有起始停止信号的主器件控制的，总器件从器件都可以作为发送器和接收器，但由主器件控制传送器件的模式，通过器件地址输入端可以实现将AT24C02器件连接到总线上。
2.1.8按键/无线遥控
图2-8键盘模块
2-9发射模块
2-10接收模块
按键部分我们设计了利用单片机的4个I/O口来检测16个按键，通过无线来对电路控制，通过发射模块的四个按键，发送数据，接收模块接收数据后控制独立按键，即通过无线遥控来控制独立按键。
2.1.9超速提醒与按键设置
在系统程序中通过软件检测行驶速度,当速度高于设置的最高速度时即超速时以语音提醒司机,以避免交通事故发生。
按键部分有营运数据查询键和数据设置键,营运数据查询按键置于计价器的外面,司机通过该查询键可以查看1个月的总营运额与总营运里程,和单次的营运额与营运里程。
短按查看总营运数据,再次短按则循环依次往上翻阅过去单次的营运数据,长按3s则跳出数据查询。
数据设置键则秘码安放于计价器内部,且必须对计价器多处进行铅封,以防止司机通过该按键对营运的重要数据进行设置而作弊,,由功能设置/确认键、UP、DOWN键组成,其中功能设置/确认键对系统时间、起步价、单程/往返单价、等待时间等数据调整进行设置,然后通过UP与DOWN来对数据值进行加与减。
然后再通过功能设置/确认键来对所设数据的确认，最后结束键输出本次乘车的时间、金额并打印出发票。
2.1.10打印机及语音控制
图2-11打印语音控制模块电路
当出租车到达某地点，司机翻起空车牌，便产生一个信息通知单片机AT89S51，单片机启动便打印，将行车的中途等待时间，里程单价，金额，日期，等有关信息打印成发票，该电路采用接口插扳方式与单片机接口相连，这样使计价器的票价打印在功能表上与主机统一，微打与单片机通过并行接口相连，但所需要打印的数据出现在打印机上时，STB只要从高电平转到低电平，在从低电平转到高电平就可以把数据打印。
2.1.11路程测量部分
出租车中需要一个能准确获得车轮转动即路程计量信号的装置，已得到标准的脉冲信号，送入单片机的定时器、计数器中，利用单片机的T1口的计数功能来测出车轮每没转一周完成1次的计数后产生中断来完成路程的测量。
系统中小车车轮的直径为6mm，运行的路程为：
C=2*3.14*3mm；
设小车运行一周的时间为t,则速度为：
v=C/t=2*3.14*3mm/t。
2.2软件电路设计
软件设计的流程图如下：
3系统测试和调整
3.1测试内容
（1）24位数码管显示时钟、里程、金额、时速和等待时间。
（2）实时检测并显示车速、累计等待时间。
（3）通过按键模拟单程/往返。
（4）按暂停键，计价器暂停计价。
（5）反复按查询按键数码管以此显示总等待时间、里程数、金额数。
（6）检测等待时间计价功能。
（7）键盘预置、增加起步价、起步价里程、每公里价格预置及密码保护功能。
3.2测试仪器
表3-2：
仪器名称
型号
用途
数量
数字万用表
UIN-T
测量各驱动电路参数是否满足要求
1
计算机
方正PC机
调试程序
1
激光测速仪
DM6236P
测量速度
1
3.3测试结果与分析
见附录1。
4总结
通过四天三夜的艰苦奋战，在同组三人的紧密团结、共同努力下，小组顺利完成了设计任务，并有所发挥，这是与大学的理论学习、平时的电子设计训练及老师的教导分不开的。
通过这段时间的训练和比赛，不仅增强了动手能力、加深了对理论知识的理解，还学到了许多课堂学不到的知识。
虽然过程是艰苦的，但最终成功的喜悦同样令人快乐。
通过这次比赛，在硬件电路设计、软件编程方面得到了极大的提高。
也让我们再一次体会到“科学技术是第一生产力”的深刻的内涵。
这种体验为走好今后的人生路增添了极大的信心。
我们有信心继续走下去。
期待明天会更好！
参考文献
[1]何立民.单片机应用技术选编[M].北京:
北京航空航天大学出版社,1999.
[2]求实科技.单片机典型模块设计实例导航[M].北京:
人民邮电出版社,2004.
[3]陈小忠.单片机接口技术实用子程序[M].北京:
人民邮电出版社,2005.
[4]赵晶主.电路设计与制版Protel99高级应用[M].北京:
人民邮电出版社,2000.
[5]全国大学生电子设计竞赛组委会.全国大学生电子设计竞赛获奖作品精选[M].北京:
北京理工大学出版社,2000.
附录1：
测试结果数据：
出租车模拟测速装置相关计算及测试结果
一、相关计算：
1、小车车轮周长
直径D=6.37cm，则车轮周长为L=πD=20cm
2、单个方波脉冲对应的弧长
3、车轮光电编码盘采用40分黑白相间的圆纸盘，对应每份的弧长是0.5cm，对应光电传感器测速装置产生20个方波脉冲，每个方波脉冲对应的弧长是1cm。
3、转速计算
设光电传感器每分钟检测到的脉冲数是x个，每转光电传感器测速装置检测到20个方波脉冲，则转速n=
（rpm）
4、车速计算
若里程用S表示，时间用T表示，车速用V表示，车速V=S/T
赛题规定转盘转速为5转/分对应车速5公里/小时，转盘转速为50转/分对应车速50公里/小时，依此类推，按实际转盘转速换算对应车速。
5、单程模式计价：
起步价8元
非等待计费（车速≥5km/h），若2元/km，若非等待里程用X1km表示，则非等待计费为2X1元。
等待计费（车速<5km/h,每5分钟，按2元/km计算），若等待时间为T1,则等待计费为
元。
（1）单程<6km无回空费
单程计价金额=起步价+非等待计费+等待计费
=8+2X1+
=8+2X1+0.4T1
测试结果如下：
设定
转速
（rpm）
测试
转速
（rpm）
转速
误差
理论
车速
（km/h）
测试
车速（km/h）
车速
误差
理论
里程
（km）
测试
里程
（km）
里程
误差
理论
金额
（元）
实际
金额
（元）
金额
误差
3
3
0
3
3
0
3
3
0
32
32
0
5
5
0
5
5
0
5
5
0
12
12
0
10
10
0
10
10
0
10
10
0
22
22
0
20
20
0
20
20
0
20
20
0
42
42
0
30
30
0
30
30
0
30
30
0
62
62
0
40
41
2.5%
40
41
2.5%
40
41
2.5%
82
84
2.44%
50
52
4%
50
52
4%
50
52
4%
102
106
3.92%
（2）单程>6km有回空费
回空费就是出租车行驶到6公里以上加收的那部分费用。
出租车在6公里内不收回空费，超过6公里的部分，每车每公里加收基本租价50%的空驶费，
非等待计费若2元/km，总行驶里程用X3表示，回空费为X3-6元。
单程计价金额=起步价+非等待计费+等待计费+回空费
=8+2X1+
+X3-6
=2+2X1+0.4T1+X3
测试结果如下：
设定
转速（rpm）
测试
转速
（rpm）
转速
误差
理论
车速
（km/h）
测试
车速（km/h）
车速
误差
理论
里程
（km）
测试
里程
（km）
里程
误差
理论回空费（元）
实际回空费
（元）
理论
金额（元）
实际
金额（元）
金额
误差
3
3
0
3
3
0
3
3
0
0
0
32
32
0
5
5
0
5
5
0
5
5
0
0
0
12
12
0
10
10
0
10
10
0
10
10
0
4
4
26
26
0
20
20
0
20
20
0
20
20
0
14
14
56
56
0
30
30
0
30
30
0
30
30
0
24
24
86
86
0
40
41
2.5%
40
41
2.5%
40
41
2.5%
34
35
116
119
2.58%
50
52
4%
50
52
4%
50
52
4%
44
46
146
152
4.1%
6、双程模式计价：
起步价8元；非等待计费（车速≥5km/h），若1.5元/km，若非等待里程用X2表示，则非等待计费为1.5X2元；等待计费（车速<5km/h,每5分钟，按1.5元/km计算），若等待时间为T2,则等待计费为
元。
双程计价金额=起步价+非等待计费+等待计费
=8+1.5X2+
=8+1.5X2+0.3T2
测试结果如下：
设定
转速
（rpm）
测试
转速
（rpm）
转速
误差
理论
车速
（km/h）
测试
车速（km/h）
车速
误差
理论
里程
（km）
测试
里程
（km）
里程
误差
理论
金额
（元）
实际
金额
（元）
金额
误差
5
5
0
5
5
0
5
5
0
11
11
0
10
10
0
10
10
0
10
10
0
18.5
18.5
0
20
20
0
20
20
0
20
20
0
33.5
33.5
0
30
30
0
30
30
0
30
30
0
48.5
48.5
0
40
41
2.5%
40
41
2.5%
40
41
2.5%
63.5
65
2.36%
50
52
4%
50
52
4%
50
52
4%
78.5
80
1.91%
7、速度变化时单程模式无回空费的测试结果如下：
0-30S
30S-60S
设定
转速
（rpm）
测试转速
（rpm）
转速误差
理论车速
（km/h）
测试车速
（km/h）
车速误差
理论等待时间
（min）
测试等待时间
（min）
等待时间误差
设定
转速
测试转速
转速误差
理论车速
（km/h）
测试车速
（km/h）
车速误差
理论等待时间
（min）
测试等待时间
（min）
等待时间误差
理论金额
（元）
实际金额
（元）
误差金额
5
5
0
5
5
0
0
0
0
3
3
0
3
3
0
30
30
0
22
22
0
10
10
0
10
10
0
0
0
0
3
3
0
3
3
0
30
30
0
27
27
0
20
20
0
20
20
0
0
0
0
3
3
0
3
3
0
30
30
0
37
37
0
30
30
0
30
30
0
0
0
0
3
3
0
3
3
0
30
30
0
47
47
0
40
41
2.5%
40
41
2.5%
0
0
0
3
3
0
3
3
0
30
30
0
57
58
1.7%
50
52
4%
50
52
4%
0
0
0
3
3
0
3
3
0
30
30
0
67
69
3%
8、速度变化时双程模式测试结果如下：
0-30S
30S-60S
设定
转速
（rpm）
测试转速
（rpm）
转速误差
理论车速
（km/h）
测试车速
（km/h）
车速误差
理论等待时间
（min）
测试等待时间
（min）
等待时间误差
设定
转速
测试转速
转速误差
理论车速
（km/h）
测试车速
（km/h）
车速误差
理论等待时间
（min）
测试等待时间
（min）
等待时间误差
理论金额
（元）
实际金额
（元）
误差金额
5
5
0
5
5
0
0
0
0
3
3
0
3
3
0
30
30
0
18.5
18.5
0
10
10
0
10
10
0
0
0
0
3
3
0
3
3
0
30
30
0
22.25
22.2
0.22%
20
20
0
20
20
0
0
0
0
3
3
0
3
3
0
30
30
0
29.75
29.7
0.17%
30
30
0
30
30
0
0
0
0
3
3
0
3
3
0
30
30
0
37.25
37.2
0.13%
40
41
2.5%
40
41
2.5%
0
0
0
3
3
0
3
3
0
30
30
0
44.75
45.5
1.67%
50
52
4%
50
52
4%
0
0
0
3
3
0
3
3
0
30
30
0
52.25
53.7
2.77%
附录2：
总原理图：
3路数码管显示原理图：
附录3：
部分源程序：
#include
#include"drive.c"
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
uintmaichong,ll;
uintlucheng;
//floatjine;
uintjine;
uchart,tt,jitime;
uchartimefei,timemiao;
uintlicheng=0;
ucharch;//单程双程选择
ucharchaxun=0;
uintjin,li,jili;
uintsudu;
uintwaittime=0;
uintwaitfei,waitmiao;
uintt1;
ucharqili=30;
ucharqiqian=80;
ucharqidan=20;
ucharqishuan=15;
bitqianfl
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