0 引言
隨著社會經(jīng)濟和現(xiàn)代交通的高速發(fā)展，出租車己成為城市公共交通中一道靚麗的風景，是人們日常生活中不可缺少的重要交通工具。在我國，城市出租車自二十世紀八十年代興起，多年來廣泛應用的計價器只具備簡單計價功能，目前國內出租車計價器依然只是根據(jù)行車里程來計價。隨著社會的進步，人們對出租車計價器的科學性和合理性提出了越來越高的要求，為此需對出租車計價系統(tǒng)進行優(yōu)化設計。文中設計的出租車計價器能夠實現(xiàn)按時問和里程來綜合計算車價的功能，并能顯示時間、里程、單價、總車價等相關信息，功能更齊全、使用更方便、而且系統(tǒng)穩(wěn)定性更好。
1 出租車智能計價系統(tǒng)總體設計
出租車智能計價系統(tǒng)設計目標是：實現(xiàn)基本的時鐘顯示、價格調節(jié)、里程計價和相關擴展等功能。系統(tǒng)設計思路：以MCS51單片機為核心，進行硬件模塊設計，并配以相關軟件設計，利用I/O端口及其控制的準確性來實現(xiàn)系統(tǒng)功能。系統(tǒng)總體設計框圖如圖1所示。
在圖1中，霍耳傳感器電路系統(tǒng)將磁感應信號轉換為脈沖信號，并且以此來計算出租車行駛里程;四按鍵鍵盤控制電路分別執(zhí)行起始暫停、分屏切換、晝夜交替和功能設定等操作;DS1302時鐘芯片用來進行時間計算及時間單價轉換;采用AT24C02芯片可實現(xiàn)斷電存儲信息、來電讀取信息功能;LED1602用來顯示單價、時鐘和金額等信息。
2 出租車智能計價器主要硬件模塊設計
2.1 計時與時間顯示模塊設計
采用24小時制，分別用三個8位的LED數(shù)碼管動態(tài)掃描法來顯示秒、分和時鐘，三個按鍵開關SP1、SP2、SP3分別接單片機的P0.0、P0.1、P0.2端口，用來調節(jié)時鐘信號的秒、分和時鐘。采用單刀雙擲開關控制秒、分和時鐘的加減調整;當發(fā)光二極管亮時，按一下按鍵開關實施加1調整;當發(fā)光二極管滅時，按下按鍵開關即進行減1調整。
2.2 計價與顯示模塊設計
計價與顯示采用四個74LS164驅動來擴展32個并行端口，并利用4位LED數(shù)碼管完成顯示功能。假設出租車起步價為6元，單價為每公里1元，行駛車程小于2.5公里按照起步價來收費;當行車路程大于2.5公里時，每增加1公里車費將增加1元。
2.3 里程傳感模塊設計
出租車行駛里程是利用安裝在出租車車輪上的霍爾傳感器A44E檢測到的脈沖信號來進行計算的。當里程信息傳輸?shù)絇3.5口后，經(jīng)過處理傳送到4位數(shù)碼管顯示。系統(tǒng)里程傳感模塊原理圖如圖2所示。
3 系統(tǒng)軟件設計
3.1 主程序模塊設計
在此模塊設計中，需要完成出租車起價和單價的初始化、各接口芯片的初始化、中斷向量的設計以及中斷、循環(huán)等待等工作，還需設置啟動/清除標志寄存器、里程和價格寄存器，并對其進行初始化設計。根據(jù)標志寄存器要求，分別完成啟動、清除、計程以及計價等操作。系統(tǒng)主程序流程圖如圖3所示。
當按下計價器開關時計價器便啟動計價功能，并根據(jù)里程寄存器中的內容進行計算，并將計算結果儲存在寄存器中，然后顯示出總運行時間和當前累計金額。當?shù)竭_目的地后，霍爾開關便不再發(fā)送脈沖信號，停止計價功能，并顯示當前應付金額。當下次啟動計價器時，系統(tǒng)會自動清零，初始化過程重新進行設置。
3.2 系統(tǒng)子程序模塊設計
系統(tǒng)模塊包括六個主要子程序：顯示子程序、里程計數(shù)中斷、定時中斷、中途等待中斷、啟動/清除計程中斷服務程序和按鍵服務程序。各服務子程序功能特征如下：
(1)顯示子程序。顯示子程序主要包括時分/秒/鐘顯示、路程單價顯示、單價調節(jié)顯示和金額單價顯示等四個子程序，可進行分屏顯示數(shù)據(jù)。
(2)里程計數(shù)中斷。單片機每中斷一次需要霍爾傳感器輸出一個低電平信號，當里程計數(shù)器累計里程脈沖滿1000次時，程序將當前總額累加，使單片機進入里程計數(shù)中斷服務程序，完成當前行駛里程數(shù)和總額的累加操作，并將最終結果轉存至里程和價格寄存器中。
(3)定時中斷。在定時中斷服務程序中，每100 ms將產(chǎn)生一次中斷，當累計產(chǎn)生10次中斷時達到1 s，將數(shù)據(jù)輸送到相應的顯示緩沖單元，并調用顯示子程序實現(xiàn)實時顯示功能。
(4)中途等待中斷。計數(shù)狀態(tài)下霍爾開關并無信號輸出，此時片內的定時器將啟動。當計時到達5min時，將用當前金額加上中途等待的價格進行累加操作。并且每進行一次5min的等待，都將自動加一次中途等待單價;當中途等待結束時，計價器將立即自動切換，進行正常計價。
(5)啟動/清除計程中斷服務程序。啟動/清除中斷請求產(chǎn)生時，自動設定第一次中斷為啟動中斷，第二次中斷為清除中斷，并將標志寄存器儲存的內容分別相應地置“1”或清“0”。
(6)按鍵服務程序。在主程序中，若無按鍵操作時，單片機循環(huán)運行主程序;若有按鍵按下，便轉向按鍵服務程序處理，結束后立即返回。
4 系統(tǒng)仿真測試
在KEIL中將設計的程序編譯成對應機器語言，進入Proteus的ISIS 6軟件環(huán)境，并將生成的HEX文件導入到MCS51中，在Proteus中畫出電路原理圖，進并行仿真測試。在此過程中可對問題程序進行修改和完善，調試直至仿真結果符合要求。
4.1 主要參數(shù)仿真
系統(tǒng)主要參數(shù)包括里程、耗時、單價和金額等。系統(tǒng)主要參數(shù)仿真效果如圖4所示。
在圖4中，出租車花費時間為12min27s，起步價里程為2.5km，收費等待時間為1次(每超時1次收費3元)，營運里程6km，總金額為：6+(6-2.5)×1+3=12.5元，與顯示總金額吻合。
4.2 相關重要參數(shù)仿真
系統(tǒng)設計中，可對起步價里程、單價和免費等待時間上限值等相關參數(shù)進行重新設計。系統(tǒng)相關重要參數(shù)仿真效果如圖5所示(為研究問題方便，忽略了系統(tǒng)詳細電路部分，只顯示系統(tǒng)主要數(shù)據(jù))。
從圖5可以看出：
(1)將起步價里程由2.5km改為3km，單價改為2元;圖5(a)顯示路程為2km(起步價內)，金額為6元;圖5(b)顯示里程為22km(起步價外)，金額為：6+(22-3)×2=44元。
(2)免費等待時間上限值設置為5min，多次超等待上限時間可重復計費：圖5(c)為路上沒有等待時間的價格;圖5(d)為路上有1次等待時間的價格(收費1元)，故相比圖(c)總金額多了1元。
系統(tǒng)仿真結果表明：本出租車計價器可根據(jù)實際應用需要設置相關參數(shù)，滿足出租車分時、分場景計價功能，可基本實現(xiàn)系統(tǒng)功能要求。
5 結論
本文設計的出租車計價器是利用單片機與霍爾傳感器相結合的原理來實現(xiàn)計價功能的。經(jīng)過優(yōu)化設計的出租車計價器集計程、計時、計費、存儲、查看和統(tǒng)計等諸多功能為一體，具有功能齊全、性能可靠、電路簡單等優(yōu)勢，因此具有較好的經(jīng)濟價值和應用價值。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展和社會的進步，出租車計價系統(tǒng)將更加科學合理。
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