出祖車智能計價器的設(shè)計與實現(xiàn)

 摘要：為解決出租車行業(yè)收費(fèi)不明朗、不合理問題，需對出租車計價器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。以AT89C51微處理器為核心芯片，分別控制DS1302實時時鐘系統(tǒng)、AEE4霍耳傳感測距系統(tǒng)、按鍵系統(tǒng)、AT24C02掉電存儲系統(tǒng)以及數(shù)碼顯示系統(tǒng)，達(dá)到智能計價的目的。同時采用KEIL 51進(jìn)行系統(tǒng)軟件設(shè)計和PROTEUS進(jìn)行系統(tǒng)仿真操作，最后對實際模型進(jìn)行了調(diào)試和實驗，效果良好。

0 引言

出租車作為城市交通中獨(dú)特的交通工具，在城市交通運(yùn)營中具有不可替代的重要作用。出租車司機(jī)最關(guān)心計價器的營運(yùn)數(shù)據(jù)管理是否方便，而乘客往往最在意出租車計價計費(fèi)是否合理。為了減少出租車司機(jī)和乘客間不必要的誤會，設(shè)計既能準(zhǔn)確計價又能方便使用的計價器顯得非常重要。

科技在不斷發(fā)展，社會在快速進(jìn)步，出租車計價系統(tǒng)也需不斷地得到優(yōu)化。文中以嵌入式單片機(jī)AT89C51為主控MCU，設(shè)計多功能出租車智能計價器。此計價器能夠按實際情況綜合計價，并將乘車用時、行駛里程和乘車費(fèi)用等重要信息顯示出來，具有功能更齊全、系統(tǒng)更穩(wěn)定、使用更方便等優(yōu)勢。

1 出租車智能計價系統(tǒng)總體設(shè)計

利用AT89C51作為單片機(jī)核心器件設(shè)計的智能計價系統(tǒng)，使用方便、靈敏性好，其強(qiáng)大的控制處理功能和可擴(kuò)展功能為設(shè)計電路提供了很好的選擇。利用其I/O端口及其控制的多功能特點，采用按鍵控制進(jìn)行分屏顯示，實現(xiàn)基本乘車計價和信息顯示功能。系統(tǒng)總體設(shè)計框圖如圖1所示。

在系統(tǒng)硬件設(shè)計中，以AT89C51單片機(jī)為控制中心，外接A44E霍爾傳感器信號采集模塊、時鐘模塊、按鍵模塊、顯示模塊以及掉電保護(hù)存儲模塊。其中，選用A44E霍爾傳感器信號采集模塊可將磁感應(yīng)轉(zhuǎn)換為脈沖信號，從而計測出行車?yán)锍?時鐘模塊采用DS1302芯片，設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)時鐘;掉電存儲模塊采用AT24C02芯片，以確保掉電時數(shù)據(jù)自動保存在存儲單元;當(dāng)系統(tǒng)重新上電時，能自動讀取數(shù)據(jù);按鍵模塊采用四個按鍵控制，可實現(xiàn)分屏顯示功能;顯示模塊采用8位LED數(shù)碼管進(jìn)行顯示。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.1 系統(tǒng)主程序

在主程序模塊中，不僅需要完成參量和接口的初始化設(shè)計、出租車起步價和單價的設(shè)置以及中斷、計算等操作，還應(yīng)設(shè)置啟動/清除標(biāo)志、里程以及價格寄存器，并對其進(jìn)行初始化。最后，為實現(xiàn)寄存器中內(nèi)容的完整性及精確性，主程序應(yīng)能分別完成啟動、清除、計程及計費(fèi)等操作。

當(dāng)出租車起步運(yùn)行時，計價器同時啟動開始計價，根據(jù)里程寄存器中的存儲數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算并判別行駛路程是否超過起步價的里程。若已超過起步價里程，則根據(jù)里程值、單價數(shù)和起步價等來綜合計算當(dāng)前的乘車費(fèi)用;當(dāng)處于等待時段時，若無脈沖輸入，不產(chǎn)生中斷，一旦等待時間超過預(yù)設(shè)時間則會把等待超標(biāo)費(fèi)用另加到乘車總費(fèi)用中，并顯示相關(guān)信息。系統(tǒng)主程序流程圖如圖2所示。

2.2 系統(tǒng)模塊程序

系統(tǒng)模塊程序主要包括五個服務(wù)程序：顯示子程序、里程計數(shù)中斷、定時中斷、中途等待中斷和按鍵服務(wù)程序。各服務(wù)程序介紹如下：

(1)顯示子程序。由于采取的是分屏數(shù)據(jù)顯示方式，因此需要用到4款顯示子程序：時、分、秒的顯示，金額單價的顯示，路程單價的顯示以及標(biāo)準(zhǔn)時間的顯示。

(2)里程計數(shù)中斷?；舳鷤鞲衅髅枯敵鲆粋€低電平信號便中斷一次，當(dāng)里程計數(shù)器計滿1000個里程脈沖時，便將當(dāng)前計數(shù)送至里程計數(shù)中斷服務(wù)程序，并將當(dāng)前行車?yán)锍碳跋嚓P(guān)數(shù)據(jù)傳至行車?yán)锍膛c乘車費(fèi)用寄存器中。

(3)定時中斷。在定時中斷服務(wù)程序中，設(shè)置一次中斷時間為50ms，20次中斷時間為1s，計滿1s后將數(shù)據(jù)送到相應(yīng)顯示單元實時顯示。

(4)中途等待中斷。在計數(shù)狀態(tài)下霍耳開關(guān)無信號輸出時，片內(nèi)定時器啟動。等待計時每達(dá)到5分鐘，就會在當(dāng)前金額基礎(chǔ)上自動加上中途等待費(fèi)用。等待結(jié)束后計價系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)換到正常計價程序。

(5)按鍵服務(wù)程序。按鍵服務(wù)采取查詢模式，設(shè)置在主程序中。當(dāng)無按鍵按下時，單片機(jī)循環(huán)運(yùn)行主程序;按鍵被按下，則轉(zhuǎn)向運(yùn)行相應(yīng)子程序，并進(jìn)行其他操作處理。

3 系統(tǒng)仿真與功能實現(xiàn)

3.1 仿真軟件Proteus簡介

Proteus仿真軟件是英國Labcenter Electronics公司設(shè)計開發(fā)的EDA工具，它不但擁有其它工具軟件的仿真功能，而且可仿真微處理器和相關(guān)外圍設(shè)備。Proteus軟件功能強(qiáng)大：擁有Proteus電子設(shè)計工具，就等同搭建了一個電子設(shè)計和分析平臺。利用功能強(qiáng)大的Proteus仿真軟件，我們可以實現(xiàn)對電路的仿真，以確定方案是否可行，并且可使設(shè)計過程流暢。

3.2 電路功能仿真

首先通過Proteus平臺搭建電路，然后在KEIL中編寫相應(yīng)代碼，并將生成的HEX文件在Proteus平臺單片機(jī)模型中加載，便可看到仿真效果。

(1)單價仿真情況。根據(jù)實際情況，白天和夜晚的起步營運(yùn)價格是不一樣。對白天、夜晚分別進(jìn)行仿真實驗，得仿真效果如圖3所示。

(a)白天單價(b)晚上單價

在圖3中，圖(a)為白天時間段，顯示白天的起步價為6元;圖(b)為夜晚時間段，顯示夜晚的起步價為7元。

(2)其它相關(guān)重要參數(shù)仿真。另外，對計價系統(tǒng)其他主要方面也進(jìn)行了仿真研究(為討論問題簡便，忽略了圖3所示電路部分，只顯示數(shù)據(jù)部分)，

仿真效果如圖4所示。具體介紹如下：

顯示3公里內(nèi)和3公里外的單價、里程和金額：圖4(a)顯示路程為2公里(3公里內(nèi)，起步價內(nèi))，金額為6元;圖4(b)為顯示里程為22公里(3公里外)，顯示單價為2元，金額為44元。

顯示標(biāo)準(zhǔn)時間及里程用時：圖4(c)為當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)顯示時間08：20：28;圖4(d)為乘車過程用時20分28秒。

有無等待仿真對比效果：圖4(e)為路上沒有等待時間的價格;圖4(f)為路上有等待時間的價格。根據(jù)程序設(shè)置的每5分鐘加1元，可以看出圖4(f)中路上有等待時問，且等待時間為5分鐘。

(a)三公里內(nèi) (b)三公里外

(c)標(biāo)準(zhǔn)時間 (d)里程用時

(e)無等待時間 (f)有等待時間

通過觀察上述仿真效果，可分析得知：能在數(shù)碼管上顯示運(yùn)行單價、乘車?yán)锍獭⑿熊囉脮r及總費(fèi)用等相關(guān)信息，因此本系統(tǒng)設(shè)計達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)和要求。

4 系統(tǒng)實驗及結(jié)果分析

按原理圖進(jìn)行焊接，確保接線無誤后。對實物進(jìn)行調(diào)試與實驗，最終實驗結(jié)果如圖5所示。

由圖5實驗結(jié)果可知：

(1)圖5(a)為顯示單價。按下鍵1，進(jìn)入載客狀態(tài)，便會顯示單價。

(2)圖5(b)為顯示單價、里程和金額。此外當(dāng)?shù)綦姇r，數(shù)據(jù)被會送入存儲單元，重新上電后能顯示掉電前的相關(guān)數(shù)據(jù)，從而較好地實現(xiàn)掉電存儲保護(hù)功能。

(3)圖5(c)為顯示標(biāo)準(zhǔn)時間。按下鍵2便能查看標(biāo)準(zhǔn)時間。

(4)圖5(d)為行車用時。按下鍵3便能實時查看行車用時。

實驗結(jié)果表明，利用AT89C51主控，霍爾傳感器進(jìn)行采集，AT24C02進(jìn)行掉電存儲保護(hù)，配以程序，就能較好地實現(xiàn)出租車智能計價功能。

5 結(jié)論

文中設(shè)計的出租車智能計價系統(tǒng)能夠?qū)崟r存儲相關(guān)數(shù)據(jù)，并通過8位LED數(shù)碼管分屏顯示存儲數(shù)據(jù)，實現(xiàn)基本的計價功能。本系統(tǒng)對乘車中可能出現(xiàn)的情況考慮較全面，能根據(jù)白天、夜晚、中途等待等不同情況來調(diào)節(jié)單價，從而達(dá)到出租車智能計價的目的。當(dāng)然，要達(dá)到大規(guī)模的實際應(yīng)用要求，還需不斷改進(jìn)和完善系統(tǒng)綜合性能指標(biāo)，以達(dá)到實際應(yīng)用要求。