出租车自动计费系统.docx

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出租车自动计费系统

摘要

出租车计价器是出租车营运收费的专用智能化仪表，随着电子技术的发展，出租车计价器技术也在不断进步和提高。

国内出租车计价器已经经历了四个阶段的发展，出租车计价器计费是否准确、出租车司机是否超速才是乘客最关心的问题，而计价器营运数据的管理是否方便才是出租车司机最关注的。

因此怎样设计出一种既能有效防止司机作弊和超速又能方便司机的计价器尤为重要。

本设计采用AT89C51单片机为主要芯片，借助霍尔传感器等其他相关元器件并通过Proteus外设模型来对设计进行交互仿真。

设计一个能采集距离信息和计算费用的主租车自动计费系统，该设计主要考察传感器电路设置、数字电路综合应用及控制电路设计。

该计价器能实现里程计价与显示、数据存储与查询等功能。

对其硬软件实现进行了详细阐述，并验证其可行性。

它比市场上的一些计价器使用更方便，功能更全，还具有有效防止司机作弊和掉电保护以及系统稳定性好的优点，可以提醒司机和乘客，以告诫司机不要超速行驶，以避免交通事故的发生。

关键词：

出租车计价器Proteus仿真霍尔传感器防作弊AT89C51

　出租车自动计费系统

Abstract

Taximeterisaspecialtaxioperatingchargesintelligentinstrument,withthedevelopmentofelectronictechnology,thetaximetertechnologyisalsoinconstantprogressandimprove.Domestictaximeterhasexperiencedfourstagesofdevelopment,themetertaxibillingisaccurate,thetaxidriverwasspeedingisthemostconcernofthepassengers,butwillitbeconvenientforoperatingthemeterdatamanagementisthetaxidriver'sattention.Sohowtodesignacannotonlyeffectivelypreventcheatingandspeedingdriverbutalsoconvenientforthedriverofthemeterisespeciallyimportant.ThisdesignUSESAT89C51asthemainchip,withthehelpofhallsensors,andotherrelatedcomponentsandthemodelofProteusperipheralstodesignforinteractivesimulation.Candesignadistanceinformationcollectionandcalculationofmaincarrentalautomaticbillingsystem,thedesignismainlyinspectsintegratedapplicationofsensorcircuit,digitalcircuitandcontrolcircuitdesign.Themetercanachievemileagevaluationanddisplay,datastorageandquery,andotherfunctions.Thispaperexpoundsindetailthehardandsoftwareimplementation,andverifyitsfeasibility.Itismoreconvenientthansomeofthemeteronthemarketuse,functionmorecomplete,butalsohastopreventcheatinginthedriverandlossofelectricalprotectionandsystemstabilitygoodadvantages,canremindthedriverandpassengers,towarnthedrivernotspeeding,inordertoavoidthehappeningoftrafficaccident.

Keywords:

TaximeterProteussimulationHallsensorAnti-cheatingAT89C51

出租车自动计费系统

第一章概述

1.1课题设计简介

社会在不断的进步，人们的物质生活水平也逐步提高，为出行方便越来越多的人倾向于自己有私人汽车，与此同时也有一部分人们由于经济等各方面条件的限制，出行还要靠乘坐出租汽车或公共汽车，为体现出租车计价的公平性，同时也为了方便司乘人员计算车费，在出租车上都装有计价器，出租车计价器是指用于大众出租用车辆中的里程和时间的计算器，是一种计量仪器，工作方式为连续累加并指示出租车行程中任意时刻乘客应付费用的总数；出租车计价器作为一种法定的国家计量机具，是各地出租车营运必须配备的车载电子设备。

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，由于出租车计价器对里程的计量是通过传感器取得脉冲信号实现计量，因此出现厂家利用某些手段干扰脉冲信号，以达到计价器多计里程多收费的作弊现象。

常见的有用脉冲发生器或加装小电动机加快脉冲信号的传出量，以实现一段时间内计价器多计里程。

针对以上情况，本文提出一种对出租车计价器的里程脉冲实现安全计量的设计，由于受到计费器价格和体积的限制，不可能将普通的计算机装入计费器中，而单片机作为智能工具，具有价格低廉，功能强大，体积小的优点，毫无疑问，可以利用单片机的优点，对其进行设计进而实现出租车仪表的建立和仿真，方便计费，不论距离多远，时间多长，有了计价器的出租车处处透着对交易双方的公平公正，从而减少不必要的时间。

1.2课题设计任务及要求

1.2.1设计任务

、明确设计任务，按规定时间提出开题报告。

、完成资料收集及前期准备工作，有一本主要参考书。

、明确系统功能结构框图，提交指导教师审核。

完成各功能模块及接口电路电路图。

、距离传感器提供至少2种型号及距离检测电路对比优劣。

、数码显示电路可以采用集成器件方式或分立元件方式设置，如用集成器件需详细说明各管脚功能。

、计价器电源供给方式给出说明。

、接口电路信号传输及控制做出详细说明，各功能模块建立输入输出关系映射表。

、编制出租车自动计费系统使用说明及注意事项。

、完成成本核算。

、按照学院论文格式撰写要求，在规定时间内提交论文初稿，按照指导教师意完成修改和补充。

1.2.2设计要求

综合运用所学知识，设计一个结构简明、成本合理、实用可行的出租车自动计费系统。

、出租车自动计费系统需具备里程准确计量显示，以及行驶时间显示、计价显示等实际功能

、本设计主要考察传感器电路设置、数字电路综合应用及控制电路设计，因此设计开始时需明确功能模块设置，接口电路数目，数据传输类型等关键环节，全局性搭建结构框架。

、要求给出路程传感器明确型号，公里数与传感器输出信号间映射关系。

要求给出传感器信号采集电路图，信号采集电路与数码显示器间接口电路图，信号采集电路与计价电路接口电路图。

、要求给出计价电路电路图及公里数与计价结果映射关系，给出计价电路与数码显示器间接口电路。

、要求做出成本核算并探讨批量生产可行性

、论文安排结构合理、条理清楚，思路完整描述问题的提出及分析解决的全过程。

1.3设计分析及方案论证与比较

出租车计价器的里程计量是通过计程传感器取得，目前出租车计价器的传器主要是利用磁电感应原理设计的干簧管或霍尔开关器件的传感器。

出租车计价器计程的过程是当出租车行驶，由出租车车轮带动传感器的转轮转动，传感器的转轮上有永久型的小磁钢，句当小磁钢随转轮转动经过一次霍尔开关器件，霍尔开关器件接通与闭合一次，就产生一个相应脉冲信号。

车轮行驶一定单位的里程就产生相应数量的脉冲信号。

例:

若某一车型出租车句行驶1公里，其传感器传出1000个计数脉冲信号，则此出租车"K'’值可设为100。

按0.1公里计程时，句获得100个脉冲信号，比较其相应K值就可记录出租车行驶厂0.1公里。

而有些作弊者往往会利用在比较K值的计程正常脉冲里加进高速的干绕脉冲，以使出租车计价器多计脉冲，达到多计里程多收费。

为有效遏制此类问题，本文提出此设计，通过对出租车计价器主机与传感器在软件与硬件上的共同改造，达到完善计价器漏洞的目的，为实现此设计，需要进行方案论证和比较，比较如下：

方案一：

采用数字电路控制。

采用传感器件，输出脉冲信号通过放大整形作为移位寄存器的脉冲实现计价，但是考虑到这种电路过于简单，性能也不稳定，而且不能调节单价，也不能根据天气调节计费标准的缺点，此电路不够实用。

方案二：

采用单片机控制。

利用单片机丰富的I/O端口，及其控制的灵活性，实现基本的里程计价功能和价格调节、时钟显示及掉电保护功能。

通过比较以上两种方案，单片机方案有较大的实用空间，不但能实现所要求的功能而且能在很大的程度上进行功能的扩展，而且还可以方便的对系统进行升级，所以我们采用此种方案。

第二章系统硬件设计

计费器的系统设计包括硬件和软件两部分。

硬件设计主要包括系统初始化、路程的测量和显示及各种功能模块的组织和管理等电路芯片和接口电路构成以及计费器的硬件电路设计，主要包括振荡电路、复位电路、键盘接口电路，显示电路、掉电保护电路、路程测量部分，单片机各引脚说明和液晶显示说明等。

2.1振荡电路

单片机内部有一个高增益、反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，其输出端为引脚XTAL2。

通过这两个引脚在芯片外并接石英晶体振荡器和两只电容（电容和一般取33pF）。

这样就构成一个稳定的自激振荡器。

振荡电路脉冲经过二分频后作为系统的时钟信号，再在二分频的基础上三分频产生ALE信号，此时得到的信号时机器周期信号。

振荡电路如图2-1所示：

图2-1振荡电路

2.2复位电路设计

复位操作有两种基本形式：

一种是上电复位，另一种是按键复位。

按键复位具有上电复位功能外，若要复位，只要按图中的RESET键，电源VCC经电阻R1、R2分压，在RESET端产生一个复位高电平。

上电复位电路要求接通电源后，通过外部电容充电来实现单片机自动复位操作。

上电瞬间RESET引脚获得高电平，随着电容的充电，RERST引脚的高电平将逐渐下降。

RERST引脚的高电平只要能保持足够的时间（2个机器周期），单片机就可以进行复位操作。

按键复位电路图如图2-2所示。

图2-2复位电路

2.3键盘接口电路

采用独立式键盘：

独立式键盘中，每个按键占用一根I/O口线，每个按键电路相对独立。

I/O口通过按键与地相连，I/O口有上拉电阻，无键按下时，引脚端为高电平，有键按下时，引脚电平被拉低。

I/O口内部有上拉电阻时，外部可不接上拉电阻。

键盘接口电路如图2-3所示：

图2-3键盘接口电路

2.4显示电路

对于现实电路我们可以采用数码管，也可以采用液晶显示，液晶又分字符型和点阵型，我们使用的液晶是字符型液晶，并且带字符库的，不需要查找代码。

英文字符就可。

液晶电路使用时，如果发现液晶不亮可以调节连接液晶的点位器，改变液晶的亮度。

显示电路如图2-4所示：

图2-4显示电路连接示意图

2.5掉电保护模块

本电路掉电保护采用了24C02C芯片来完成此部分功能。

掉电存储单元的作用是在电源断开的时候，存储当前设定的单价信息。

24C02C是ATMEL公司的2KB字节的电可擦除存储芯片，采用两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6脚的DIL08封装，使用方便。

其电路如图2-5所示。

图2-5掉电保护单元原理图

图中R7、R9是上拉电阻，其作用是减少24C02C的静态功耗，由于24C02C的数据线和地址线是复用的，采用串口的方式传送数据，所以只用两根线SCK（移位脉冲）和SDA（数据/地址）与单片机传送数据。

每当设定一次单价，系统就自动调用存储程序，将单价信息保存在芯片内；当系统重新上电的时候，自动调用读存储器程序，将存储器内的单价等信息，读到缓存单元中，供主程序使用。

2.6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量信号的装置,以得到标准的脉冲信号送入单片机的定时/计数器T1即P3.5引脚,利用单片机的T1的计数功能完成100次的计数后产生一中断来完成路程的测量。

（设车轮周长为1m,则霍尔传感器每产生100个脉冲便表示车已行程0.1km,根据际情况在程序中进行设置）。

汽车联轴器按圆周间隔嵌入磁钢,用霍传感器集成芯片A44E测并输出脉冲,其工作原理如图4所示,霍尔传感器集成芯片A44E有信号转换、电压放大、等功能,为增加其抗干扰的能力,经过74LS14对信号整形后再通过光偶送入P3.5引脚。

图2-5路程测量电路

2.7单片机引脚配置及功能说明

2.7.1单片机引脚配置

本系统采用AT89C51单片机作为主要控制核心，AT89C51是电子系统常用的控制元件，共有包括UND、VCC在内的40个引脚，芯片外围电路最高可接入24MHz的晶振。

复位电路和晶振电路，以及PO口接入的10K的上拉电阻，构成AT89C51单片机工作所需的最简外围电路，电路原理如图2-6所示.

　　图2-6AT89C51引脚配置

2.7.2单片机引脚功能说明

VCC：

供电电压。

GND：

接地。

P0口：

P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。

在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2口：

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。

这是由于内部上拉的缘故。

P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：

P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：

P3.0RXD（串行输入口）

P3.1TXD（串行输出口）

P3.2/INT0（外部中断0）

P3.3/INT1（外部中断1）

P3.4T0（记时器0外部输入）

P3.5T1（记时器1外部输入）

P3.6/WR（外部数据存储器写选通）

P3.7/RD（外部数据存储器读选通）

P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

RST：

复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：

当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。

在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

然而要注意的是：

每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。

如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。

此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。

另外，该引脚被略微拉高。

如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

　　/PSEN：

外部程序存储器的选通信号。

在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。

但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

/EA/VPP：

当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。

注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

XTAL1：

反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：

来自反向振荡器的输出。

2.8时钟模块

如下，借用DS1302芯片。

图2-7时钟模块

2.8.1DS1302功能

内含有一个实时时钟/日历和31字节静态RAM通过简单的串行接口与单片机进行通信实时时钟/日历电路提供秒分时日日期月年的信息每月的天数和闰年的天数可自动调整时钟操作可通过AM/PM指示决定采用24或12小时格式DS1302与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信仅需用到三个口线1RES复位2I/O数据线3SCLK串行时钟时钟/RAM的读/写数据以一个字节或多达31个字节的字符组方式通信DS1302工作时功耗很低保持数据和时钟信息时功率小于1Mw。

2.8.2DS1302特性

1、实时时钟具有能计算2100年之前的秒分时日日期星期月年的能力还有闰年调整的能力；2、318位暂存数据存储RAM；3、串行I/O口方式使得管脚数量最少；4、宽范围工作电压2.05.5V；5、工作电流2.0V时,小于300nA;6、读/写时钟或RAM数据时有两种传送方式单字节传送和多字节传送字符组方式；7、八脚DIP封装或可选的8脚SOIC封装根据表面装配；8、3线接口，操作简单；9、与TTL兼容Vcc=5V；10、可选工业级温度范围-40℃+85℃；11、与DS1202兼容；12、在DS1202基础上增加的特性；13、对Vcc1有可选的涓流充电能力，双电源管用于主电源和备份，电源供应备份，电源管脚可由电池或大容量电容输入。

2.8.3DS1302的管脚排列及描述

如下图2-8所示

图2-8管脚配置和管脚功能说明

2.8.4DS1302内部寄存器

CH:

时钟停止位寄存器2的第7位12/24小时标志

CH=0振荡器工作允许bit7=1,12小时模式

CH=1振荡器停止bit7=0,24小时模式

WP:

写保护位寄存器2的第5位:

AM/PM定义

WP=0寄存器数据能够写入AP=1下午模式

WP=1寄存器数据不能写入AP=0上午模式

TCS:

涓流充电选择DS:

二极管选择位

TCS=1010使能涓流充电DS=01选择一个二极管

TCS=其它禁止涓流充电DS=10选择两个二极管

DS=00或11,即使TCS=1010,充电功能也被禁止

第三章系统软件设计

软件设计部分可分为:

主程序控制程序、外部中断。

空车灯信号中断程序、外部中断里程计算程序、等待时间计数中断程序、MAX7219串口静态16位LED显示程序、DS1302时钟程序、ISD2560语音播报程序、24C02数据存储程序、打印程序和键盘服务程序等;在整个软件中一些变量使用全局变量形式，以供主程序的调用并进行显示。

3.1单片机资源使用

在本次设计中像电路键盘用到了P1口，其中P1.0到P1.4口作为键盘的输

入，直流电机电路的控制线用了P2口线，P3.0、P3.1、P3.2分别为led信号控制脚。

显示电路用到了P0和P2口，P0口为液晶的数据口。

3.2中断子程序

对于中断程序，只要定时器计数满就会产生中断50ms中断一次，共计20次，秒钟加1，秒钟计满再分钟加，当分钟加到99时全部清零。

以下是中断子函数的流程图如图3-1所示：

图3-1中断子程序流程图

3.3判键子程序

对于独立式键盘判键，首先看有键按下不，如果有键按下则延时一会儿，在判断是否真的有键按下，如果确实有键按下，在判键释放，最后执行键功能程序。

判键子函数的流程框图如图3-2所示：

图3-2判键子程序流程图

3.4液晶显示子程序

1602液晶是字符型液晶，它的内部自带字符库，它可以写两行的字符，同时每行可以写40个字符，在写显示程序的时候，我们先写命令，再设定字符显示，最后写数据，在每写一次命令或数据都需要判断液晶是否忙。

液晶显示程序流程图如图3-3所示：

图3-3液晶显示子程序流程图

3.5总程序流程框图

图3-4整体程序流程图

第四章protues的简介

4.1Protues介绍

Proteus软件是来自英国Labcenterelectronics公司的EDA工具软件，它组合了高级原理布图、混合模式SPICE仿真,PCB设计以及自动布线来实现一个完整的电子设计系统。

此系统受益于15年来的持续开发,被《电子世界》在其对PCB设计系统的比较文章中评为最好产品。

Proteus产品系列也包含了我们革命性的VSM技术,用户可以对基于微控制器的设计连同所有的周围电子器件一起仿真。

用户甚至可以实时采用诸如LED/LCD、键盘、RS232终端等动态外设模型来对设计进行交互仿真。

其功能模块:

—个易用而又功能强大的ISIS原理布图工具；PROSPICE混合模型SPICE仿真；ARESPCB设计。

PROSPICE仿真器的一个扩展PROTEUSVSM:

便于包括所有相关的器件的基于微处理器设计的协同仿真。

此外，还可以结合微控制器软件使用动态的键盘，开关，按钮，LEDs甚至LCD显示CPU模型。

支持许多通用的微控制器,如PIC，AVR，HC11以及8051。