完整版基于PLC出租车计价器的设计毕业设计.docx
《完整版基于PLC出租车计价器的设计毕业设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《完整版基于PLC出租车计价器的设计毕业设计.docx（21页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
完整版基于PLC出租车计价器的设计毕业设计
基于plc出租车计价器的设计
第一章引言
1.1出租车计价器的发展概况
出租车计价器最早出现在我国是在1911年，当时，美国汽车公司引进的法国雷诺牌汽车就装有计价器，这种计价器，按实用行驶英里计费，路程及车价均可显示，计费起码1英里，以后以每14英里递增计费。
由于各种原因，这种计价器此后在上海未推广应用
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，因此早期的计价器是由台湾引进的。
我国第一家生产计价器的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。
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，但由于技术原因，大部分厂家的产品都不能达标，因此生产厂家主要还是集中在北京、上海、沈阳和广州。
近年来，随着改革开放的深入，市场日益繁荣，作为现代都市象征之一的出租汽车得到蓬勃发展。
经济的发展，人民生活水平的提高，促使出租汽车越来越普及。
与此相应，人们对出租汽车的合理收费也提出越来越高的要求。
因此，出租汽车计价器得到人们的日益重视，已成为必不可少的营运专用设施。
不仅受到客运管理部门的监督，同时还受到国家计量机关定期的强制检定。
出租车计价器已成为乘客和驾驶员之间公正合理收费的依据，起到双方“公平秤”的作用。
随着汽车行业的发展，出租车计价器已发展到了第三代，这种计价器集税控、IC卡、计价、自动打印等功能于一体，乘客卡、司机卡、管理卡三类IC卡，分别用于运费支付、营运锁定、营运数据采集和营运结算，现在很多地区都在推行这种税控计价器。
当汽车不断在中国普及的时候，也有越来越多的人乘坐出租车，这样对于出租车计价器的研究就不断的深入，从只能单一计价到计价记里程的双计数，再到公里调价，再到夜车加价功能。
出租车计价器的功能在不断的发展。
与此同时，出租车计价器由一种设计方案到多种设计方案的发展也带来了不断的更新。
本文主要采用基于三菱FX2N的PLC设计的出租车计价器来实现出租车家计价器的功能。
1.2课程设计来源和现状
出租车计价器是安装在出租汽车上的专用计量仪器，能连续累加，指示出行程中任一时刻乘客应付费用总额数，作为出租车的一个重要组成部分，计价器关系着出租车司机和乘客双方利益，起着重要的作用，因此，具有良好性能的计价器对广大出租车司机朋友来说是很必要的。
随着电子技术的不断发展，使得电子设备给我们的日常生活带来的极大的变化，无论是民用、工业、军用单片机以及PLC都发挥这越来越重要的作用。
今年来，电力电子技术和控制理论的发展使得电子设备的具有了多样性，在一个功能相同的电子设备可以使用不同的不同的程序、不同的方法、不同的控制理论。
在完成不同方法的同时，可以更加深刻的理解元件的功能以及编程。
目前市场上大多用的是基于单片机控制的计价器，虽然其性能较稳定，但在长时间的运行工作中，也很容易出现故障。
因此，研究具有更高性能的计价器具有着非常高的现实应用意义。
第二章总体方案设计
出租车计价器是安装在出租汽车上的专用计量仪器，作用是显示出出租车行驶的里程和乘客所需要付的金额，具有良好性能的计价器是乘客和司机都希望的。
2.1出租车计价器的计价原理
乘客应付的金额值是路程和时间的函数，计程和计时是计价器计价的依据，为方便起见，计程划分为起程和续程两部分，计时也分起始时间和后续时间。
起程、续程值和起始时间、后续时间值的大小，一般由当地政府有关部门（如客运交通管理、物价部门）视当地诸因素如城市大小、交通情况、生活和物价水平等确定，通常起程、起始时间大于续程、后续时间。
起程内的车费通称为基本车费、基价或起步价，乘客乘车计程不足基价里程是按基价收费，超过基价里程时超出部分按后续单价累计；计价器设定有免费等候时间，即运营时乘客要求停车免费等候时间，超过免费等候时间按等候单价累计收费。
计价器按照一定间隔作跳跃式变化（例如图2.1），显示金额。
【图2.1】
出租车的行进状态分为两种：
一种是在没有乘客情况下的状态，称为空车；一种是在有乘客情况下的状态，称为重车。
出租车上备有一个空车牌标志，当处于空车情况下时，空车牌翻上，此时计价器不计价；当有乘客上车时，首先翻下空车牌，表示重车，然后计营运数据。
计价器是按计程和计时计价的，它可以有两种不同的计价方式：
一种叫做时距并计式，是指重车时等候时间和里程同时收费；另一种叫做时距分离式，是指重车时等候时间和里程分开收费。
一般认为时距分离式计价对乘客有利，时距并计式对经营者有利，从采用的情况来看，世界上大多数国家采用时距并计式。
在时距并计式收费方式下，切换速度是计价器从计程收费转换为时距并计收费的车速切换点，切换速度是对时距并计式计价器而言的，而对时距分离式计价器，由于计价时不需要进行速度判别，也就不存在切换速度的问题。
2.2基于PLC计费系统的实现
由于出租车计费系统主要的难度在与对数据的分段处理，即在3公里以内为5元，超过3公路里程数位每公里0.9元，所以在程序的设计是将数据函数化为分段函数。
在函数的统计中，当公里数没有超过起步公里的时候，只输出为额定的起步价格；当超过起步公里数3公里的时候，没超过0.5公里，计价0.9元。
同时，计价器还有等待时间的加价功能和夜间加价功能，这些功能均在函数程序中实现。
即应收金额=起步价+日间超额度夜间超额度+等待时间附加费功能切换上可利用PLC内部中的各种继电器的相互配合实现里程数和金额的切换显示。
同时，夜间和日间的切换功能通过继电器导通不同的函数通路来完成。
而等待时间则通过PLC的定时器对时间的延时脉冲来实现。
可见，用PLC实现出租车的计费系统是可以实现的。
2.3计价器的计程方法
现有的单片机式计价器计价方法是首先累计汽车轮胎转动的圈数，然后将圈数乘以轮胎周长得到行驶的里程。
在此次设计中，采用的计程方法略有不同：
首先按轮胎周长计算好每公里车轮要转的圈数，因为续乘部分的基本里程为1公里，1公里就成为一个关键值，因此，程序中只需要比较其是否到达一公里所需的圈数，若达到该值，便将里程寄存器中的内容加上1，采用这种方法可以有效的防止误差的累积。
2.4计价器的计时方法
计时是指营运时乘客要求等候时的时间计算，按找计价标准，1分钟为一个基本单位，因此可以设计一个1分钟的振荡程序，每到一分钟，将时间寄存器中的内容加1。
2.5出租车计价器计价标准
本文按照2005年11月30日起新执行的计价标准中的普通型设计。
其相关计价标准如下：
基价里程为3公里，起租金额为8元，每公里租价为每车1.80元，车辆在营运时乘客要求停车等候的免费等候时间为5分钟，超过5分钟的按每分钟0.40元计收（出租车司机如遇上述情况，按键计费），车辆抛锚、路阻、肇事、待渡等不属于乘客原因造成的停车等候，不得向乘客收取等候费，凡23时至次日5时前租用客运出租车的，每公里加收0.20元，超过基价公里和免费等候时间计程和计时金额按实际四舍五入到元计价器显示金额为整元。
2.6计价器工作程序流程图
在主程序模块中，需要完成对各接口芯片的初始化、出租车起价和单价的初始化、中断向量的设计以及开中断、循环等待等工作。
另外，在主程序模块中还需要设置启动清除标志寄存器、里程寄存器和价格寄存器，并对它们进行初始化。
然后，主程序将根据各标志寄存器的内容，分别完成启动、清除、计程和计价等不同的操作。
当按下S1时，就启动计价，将根据里程寄存器中的内容计算和判断出行驶里程是否已超过起价公里数。
若已超过，则根据里程值、每公里的单价数和起价数来计算出当前的累计价格，并将结果存于价格寄存器中，然后将时间和当前累计价格送显示电路显示出来。
当到达目的地的时候，由于霍尔开关没有送来脉冲信号，就停止计价，显示当前所应该付的金额和对应的单价，到下次启动计价时，系统自动对显示清零，并重新进行初始化过程。
【图 2.5】
2.7IO分配表
表2.1IO分配表
X0
空车牌
D12
等候时间
D24
续程单价
Y24-Y27
里程百位
X1
轮胎手动脉冲
D13
等候金额
D25
等候单价
备注：
当里程及金
额的较高位为零时，
Y4-Y27相应的输出
点将作为消隐信号
输出。
X2
开始等候
D15
总额暂存
D26
时间（时）
X3
计算总额
D16
总额（角）
Y0-Y3
金额个位
X4
轮胎自动脉冲
D17
总额（元）
Y4-Y7
金额十位
D8
超出基价的金额
D18
总额（角）余数
Y10-Y13
金额百位
D10
轮胎圈数
D19
显示的里程
Y14-Y17
里程个位
D11
行驶里程
D23
起步价
Y20-Y23
里程十位
2.8PLC的选型
PLC是一种通用工业控制装置，功能的设置总是面向大多数用户的。
众多PLC产品既给用户提供了广阔的选择余地。
PLC的选用不同于继电器接触器控制系统的元件的选用，它在应用设计的开始即可根据工艺提供的资料及控制要求等预先进行。
本文从以下几个放面考虑PLC的选型。
目前，工业控制上所用到的PLC大致有三菱、欧姆龙、西门子三大类。
设计控制系统时，成本是一项很重要的考虑因素，因此在保证系统质量的前提下，要尽可能地减少成本。
相比之下，三菱PLC的价格较其它两类更为实惠。
PLC的选型基本原则是满足控制系统的功能需要。
控制系统需要什么功能，就选择具有什么样功能的PLC。
当然也要兼顾维修、备件的通用性。
对于小型单机仅需要开关量控制的设备，一般的小型PLC都可以满足要求。
到了90年代，小型、中型和大型PLC已普遍进行PLC与PLC、PLC与上位机的通信与联网，具有数据处理、模拟量控制等功能，例如三菱的FX2与PX2C系列小型PLC。
对于设计出租车计价器，需要有数据处理能力及逻辑控制功能，另外，在设计中加进了昼夜单价自动转换，也就是用到了特殊功能（时钟），对此，FX2型PLC是一个比较好的选择。
第三章系统总体介绍
3.1系统组成
此出租车计费系统以单片机为系统核心，利用PIC16F877单片机配合TG12864液晶模组及ISD1420语音模块等，实现基本的出租车计价器功能。
本系统是由PIC单片机、液晶显示模块、计数脉冲发生器、系统实时时钟及语音等模块组成。
系统框图如图
（1）所示:
3.2系统各部分功能
⑴．里程计量功能
a）单片机对传感器输出脉冲进行计数，并将脉冲数换算成公里数；
b）每一个脉冲代表轮胎旋转一周，设轮胎的直径为520mm，轮胎的周长为：
（即每转一圈的距离）
520x3.14159=1634mm=1.634m
c）每公里的脉冲数:
PulsePerKM=1000m1.634m=612（个脉冲）
⑵．费用计算功能（参照广州市出租车收费标准）
费用计算包括三部分：
起步费、行使费和燃油附加费：
a）起步费用（StartPrice）—
当行驶里程（RunMilege）在2.3Km（含2.3Km）以内按起步价（StartPrice）7元计费。
即行使费用（RunPrice）为：
RunPrice=StartPrice+1=8（元）
行使费用（RunPrice）--
行使费用分短途与长途两种情况：
①.当行驶里程（RunMilege）超出2.3Km时并且小于35Km时，按2.6元Km收费，这时行驶费用为：
RunPrice=StartPrice+2.6×（RunMilege-StartMilege）+1
其中：
StartPrice为起步价=7元
StartMilege为起步里程=2.3Km
RunMilege为行使里程（总行使里程）
RunPrice为行使费用（总行使金额）
②.当行使里程超过35Km后，要加空驶费，即每公里升至3.50元,这时行驶费用为：
RunPrice=StartPrice+3.5×（RunMilege-StartMilege）+1
c）燃油附加费--每车次加收一元。
⑶．语音播放功能
①.当初次按下“startstop”键，出租车开始启动，系统播放“您好！
欢迎乘坐本公司出租汽车，谢谢！
”播送完毕，计费器开始计费。
②.按下“SpeedUp”键，出租车加速行使，最高速为100Km。
③.按下“SpeedDown”键，出租车减速行使，最低速为0Km。
④.在行使状态下，按下“startstop”键，表示出租车到站，结束行使。
这时候，系统播放“您好！
行使里程XXX公里，应付XXX元，请检查您的随身物品，欢迎再次乘坐,再见！
”的提示音。
⑤.按下“Reset”键，进入空车状态。
⑷．中文菜单显示功能
①.在空车状态下（启动前），LCD屏幕上显示如下的中文信息：
②.在空车状态下，按下“startstop”键，系统播放“您好！
欢迎乘坐本公司出租汽车，谢谢！
”的提示音，同时在LCD屏幕上显示如下的中文信息：
③.播完提示音后，进入行使状态，LCD屏幕显示以下信息：
④.在行使状态，按下“SpeedUp”键，里程显示的公里数增加的速度会不断的变快，金额数值也在作相应的变化。
按下“SpeedDown”键，里程显示的公里数增加的速度会不断的变慢。
⑤.在行使状态，按下“startstop”键，表示出租车到站，结束行程。
这时屏幕显示以下信息：
同时，系统播放“您好！
行使里程xxx.xx公里，应付xxx.xx元，请检查您的随身物品，欢迎再次乘坐，再见！
”的提示音。
⑸．实时时钟功能
本系统采用两种方法实现日历时钟：
（1）用实时时钟芯片－FC8563作为时钟电路，产生年月日时分秒等信号，供系统调用。
（2）用单片机中断的方法产生年月日时分秒等信号。
（3）两种方法由同学自行选择。
⑹．本系统设置4个按键，各个按键的功能如下：
（1）“startstop”键—开始进入行使结束行使（到站）。
（2）“SpeedUp”键—行使加速按键。
按下次按键，可使出租车的速度由0Km上升到100Km。
（3）“SpeedDown”键--行使减速按键。
按下次按键，可使出租车的速度由100K下降到0Km。
（4）“Reset”键--进入空车状态。
3.3电路设计原理图
第四章软件设计
4.1IO点数的确定
根据课题控制要求及它需要的IO点数，FX2N-48MR型PLC有足够的点数来完成出租车计价器的设计。
PLC的程序存储容量通常以字或步为单位。
例如叫1K字、4K步等叫法。
PLC的程序步是由一个字构成的，即每个程序步占一个存储器单元。
大多数PLC的存储器采用模块式的存储器卡盒，同一型号的PLC可以选配不同容量的存储器卡盒，实现可选择的多种用户存储器的容量，例如FX2型PLC可以有2K步、8K步等。
根据本课题的控制要求及流程图可大致估算出：
程序步数应为几百步。
因此三菱FX2系列的PLC拥有足够的空间来存储程序。
出租车计价器的工作环境较恶劣，因此对PLC的性能上有一定的要求。
通过了解，三菱PLC的性能比较好。
综上所述，并结合实际情况，最终选用三菱FX2N-48MR型PLC，编程工具使用FX-20P型简易编程器。
4.2程序梯形图
【图 4.2】
4.3程序语句
0
LD
X0
62
LD
T204
118
ANI
M12
1
ZRST
40
63
OUT
T205
119
OUT
T10
Y0
K2
K50
Y20
66
OUT
M11
122
LD
T10
6
ZRST
40
67
LD
X1
123
INCP
24
D8
68
OR
M11
D12
D22
69
ANI
X2
126
OUT
M12
11
ZRST
40
70
INCP
24
127
LD
M12
M0
D10
128
ANI
M26
M30
73
PLS
M10
129
CMP
10
16
MOV
12
75
LD
M10
K5
K80
76
CMP
10
D12
D23
K50
M23
21
MOV
12
D10
136
LD
M24
K18
M0
137
OR
M25
D24
83
LD
M1
138
OR
M26
26
MOV
12
84
INCP
24
139
OUT
M26
K4
D11
140
LD
M26
D25
87
RST
D10
141
SUBP
21
31
MOV
12
90
LDI
M16
D12
D8015
91
CMP
10
K5
D26
K3
D12
36
ZCP
11
D11
148
OUT
M30
K5
M3
149
LD
M30
K23
98
LD
M4
150
MUL
22
D26
99
ANI
M16
D25
M27
100
OUT
M9
D12
45
LD
M27
101
RST
D11
D13
46
OR
M29
104
LD
M9
157
LD
X3
47
MOV
12
105
OR
M16
158
ADD
20
K86
106
ANI
X0
D8
D23
107
OUT
M16
D23
52
MOV
12
108
LD
M16
D15
K20
109
MUL
22
165
OUT
T200
D24
D24
K1
57
LD
X4
D11
169
ADD
20
58
ANI
T205
D8
D13
59
OUT
T204
116
LD
X2
D15
K2
117
ANI
M10
D16
176
OUT
T203
213
OR
X0
247
ANI
Y11
K1
214
ADD
20
248
ANI
Y12
179
LD
T203
K3
249
ANI
Y13
180
DIV
23
D11
250
BIN
19
D16
D19
D24
K10
221
LD
M17
K1Y10
D17
222
ANI
X0
255
LDI
Y20
187
CMP
10
223
BCD
18
256
ANI
Y21
K5
D17
257
ANI
Y22
D18
K3Y0
258
ANI
Y23
M6
228
BCD
18
259
ANI
Y24
194
LD
M8
D19
260
ANI
Y25
195
AND
X3
K3Y14
261
ANI
Y26
196
ADD
20
233
LDI
Y4
262
ANI
Y27
K1
234
ANI
Y5
263
BIN
19
D17
235
ANI
Y6
D24
D17
236
ANI
Y7
K1Y20
203
LDI
T0
237
ANI
Y10
268
LDI
Y24
204
OUT
T1
238
ANI
Y11
269
ANI
Y25
K1
239
ANI
Y12
270
ANI
Y26
207
LD
T1
240
ANI
Y13
271
ANI
Y27
208
OUT
T0
241
BIN
19
272
BIN
19
K2
D24
D24
211
OUT
M17
K1Y4
K1Y24
212
LD
M4
246
LDI
Y10
277
END
程序语句是由梯形图转化而来，主要意思说明如下：
第1到第11步是在运行前对相应的输出点、数据寄存器、辅助继电器进行清零；第16到第31步是对相应的寄存器进行赋值，例如D23中存放的是起步价，D24中存放的是续程单价，D25中存放的是等候续时的单价，D26中存放的是起租时的时间（时）；第36到第52步是比较是否在昼夜单价转换的时间段内，如是，则在单价上作相应的调整，如不是则按原来的程序进行；第57到第68步是在模拟运行时的两种轮胎圈数脉冲产生方式，其中一种是频率为150次分钟的自动脉冲，另一种则是手拨开关，每拨动一次代表轮胎转一圈，两种方式可自由选择；第70到第109步为正常行驶时的里程计算和续程部分金额的计算，其中第76到第87步是比较轮胎转动圈数是否到达一公里所需的圈数（K的相应值，为了调试及演示时方便，此处K值设为50，实际中k=1kmc,c为轮胎周长），若到达，则在里程寄存器中加1，同时对D10清零，以便再次累计，第90到第107步为比较行驶里程是否到达基价里程数，若到达，则对里程寄存器D11清零，M16及其联锁开关让其只比较一次，以正确累计续程部分里程，第109步是计算续程部分的金额；第116到第150步为中途停车等待时的计时及计费，第119步是比较是否到达免费等候的时间（为了调试及演示的方便，此处K值设为50，实际中应设为5分钟即K=3000）。
每到一分钟，在时间寄存器中加1，当等候结束并时间大于5分钟时，计算超出部分的时间并计算相应的金额；第157到第228步是分步计算出总金额并完成单位转换，以及显示金额和里程；第233到第272步是在金额和里程的较高位为零时对相应的数码管进行消隐。
第五章硬件设计
5.1元器件介绍
LED数码管是目前最常用的数字显示器，图4.2（a）所示为共阴管的电路，图4.2（b）为共阴型数码管的引出脚功能图。
【图 5.1LED数码管】
在数码管的前面需要接合适的电阻进行限流，电阻的规格也有要求，即要能完成限流功能，还要让通过的电流足够点亮数码管，同时，功率不能超过电阻的额定功率。
根据实验室现有的元件，这里选择510欧、0.25瓦的电阻，据测量，通过的电流能驱动数码管（大约6ma），功率上也能符合电阻的额定功率。
CC4511是共阴型BCD码锁存七段译码驱动器，其引脚排列如图4.1所示。
其中：
A、B、C、D为BCD码输入端。
a、b、c、d、e、f、g为译码输出端，输出“1”有效，用来驱动共阴极LED数码管。
测试输入端，=“0”时，译码输出全为“1”。
为消隐输入端，=“0”时，译码输出全为“0”。
LE为锁定端，LE=“1”时，译码器处于锁定（保持）状态，译码输出保持在LE=“0”时的数值，LE=
升级会员 