新型出租車計價器軟件功能分析與實現(xiàn)

摘要：介紹一款基于單片機(jī)的新型出租車計價器設(shè)計方法。詳細(xì)介紹計價器計程、計時、統(tǒng)計功能的實現(xiàn)原理，并依次做了誤差分析，同時還給出了部分軟件設(shè)計流程。計價器在車輪轉(zhuǎn)一圈最少需要的33．9 ms內(nèi)，可以完成所有計程、計時的計算a軟件設(shè)計靈活，誤差小。統(tǒng)計功能的設(shè)計為出租車管理部門制定合理決策提供了最詳實的依據(jù)。
關(guān)鍵詞：AT24C256；軟件設(shè)計；出租車計價器，計程原理

0 引言
    隨著物價升高，燃油費(fèi)增長等原因，出租車行業(yè)難免有調(diào)整單價，增收燃油附加費(fèi)的需求?，F(xiàn)有的出租車計價器調(diào)整單價比較麻煩。需要更換計價器中的芯片。另外，現(xiàn)有的計價器沒有附加費(fèi)功能，若需要加收燃油附加費(fèi)時，乘客在不了解的情況下，難免會和出租車司機(jī)產(chǎn)生不必要的糾紛；而當(dāng)附加費(fèi)取消耐，還要防止出租車司機(jī)仍舊向乘客收取這部分費(fèi)用。在這種情況下，有必要去研制一款計價參數(shù)較易調(diào)整，且具有附加費(fèi)功能的出租車計價器。

1 計價參數(shù)設(shè)計
    在出租車計價器里，要讓起步價、夜班價、附加費(fèi)等計價參數(shù)容易調(diào)整，就要求在軟件設(shè)計時不能固定參數(shù)，需要把參數(shù)先存儲起來，計價器啟動后從存儲地址去讀取計價參數(shù)。因為單片機(jī)數(shù)據(jù)存儲器容量有限，需要另外擴(kuò)展存儲芯片，為了節(jié)省單片機(jī)I／O口，采用擴(kuò)展I2C方式的存儲芯片AT24C256。
    AT24C256具有32 KB容量，地址為0000H～7FFFH。對于AT24C256，除了存計價參數(shù)外，還可以存儲出租車的基本信息和統(tǒng)計信息，其地址內(nèi)容分配如表1所示。其中計價參數(shù)從0100H開始存放，初始設(shè)置如表2所示。通過表2可以看出，已經(jīng)將附加費(fèi)作為一個計價參數(shù)存儲起來，當(dāng)計算價錢時會自動加上附加費(fèi)值，也會在打印票據(jù)時體現(xiàn)出來。當(dāng)計價參數(shù)需要改變時，只要軟硬件設(shè)置好，計價器能與PC機(jī)串口通信的話，通過PC機(jī)向芯片發(fā)送新的數(shù)據(jù)即可。為了更方便起見，還可以采用無線數(shù)據(jù)收發(fā)方式。

2 計程
2．1 計程原理與軟件設(shè)計
    將安裝在車輛變速箱輸出端齒輪的霍爾傳感器接到單片機(jī)外部中斷接口上，車輪每轉(zhuǎn)動一圈，霍爾傳感器將產(chǎn)生一個下降沿脈沖(霍爾脈沖)，觸發(fā)外部中斷。設(shè)車輪直徑0．6 m，最高時速200 km／h，則兩次外部中斷之間最短時間間隔為：0．6×3．14／(200×1 000／3 600)×1 000=33．9 ms。
    對單片機(jī)而言，所有計價、計時、顯示、統(tǒng)計等功能，都可在33．9 ms時間內(nèi)完成，所以對計程部分采用每次外部中斷到來時(F_int0= 1)，調(diào)用外部中斷處理程序來處理計程價。具體流程如圖1所示。
    設(shè)計一個占5字節(jié)的計程單元S，車輪周長占3 B，每1 B存儲內(nèi)容如表3所示。對計程價每100 m處理1次，所以在計程計子程序中首先是讓計程單元加上車輪周長，判斷是否已行駛100 m。從表3可以看出，做加法計算時如果第3字節(jié)有向第4字節(jié)進(jìn)位，說明已經(jīng)行駛了100 m，這時再判斷計程單元的大小，判斷是起步價，還是3～8 km的短途價或是8 km以上的長途價，繼而再根據(jù)時間判斷是夜班還是白班，加上不同的計價參數(shù)。

2．2 計程誤差分析
    因為在計程時用的是每來一個霍爾脈沖加一個車輪周長的方法，車輪周長誤差的累積將引起總計程的系統(tǒng)誤差。車輪周長用3 B壓縮BCD碼表示，1 B整數(shù)(單位：m)，2 B小數(shù)，每次系統(tǒng)誤差為10-4m，相對誤差小于0．01％。
    假設(shè)最大計程1000km，車輪周長1.5m，則計程最大系統(tǒng)誤差為：(1 000×1 000／1．5)×10-4=66.7m，偶然誤差為2個周長，即3.0m。
    對計程價每100 m加1次，即計程誤差小于1個計價單位。

3 誤時
3．1 誤時原理與軟件設(shè)計
    誤時價的計算是以Vwait=5 km／h為切換點(diǎn)，當(dāng)速度低于5 km／h時，需要計算誤時價。已知：速度=周長／時間間隔。為了判斷出租車速度，開啟單片機(jī)定時器來計算兩次霍爾脈沖的時間間隔。為了計算方便，對于51單片機(jī)開設(shè)50 ms的定時器中斷。特別設(shè)計一個占5 B的總誤時單元，3 B的計時單元。這里第3字節(jié)存儲的是50 ms中斷的次數(shù)，具體存儲內(nèi)容如表4所示。其中總誤時單元存儲的是總的誤時時間，計時單元專門存儲霍爾脈沖間隔。

    當(dāng)行駛速度為5 km／h時，這時霍爾脈沖的時間間隔為：0．6×3．14／(5×1 000／3 600)×1 000=1 356．48≈27×50 ms。
    根據(jù)上面計算，在兩次霍爾脈沖之間，50 ms中斷的次數(shù)大于27時，要計算誤時價。而對誤時價是10s處理1次，即調(diào)用1次誤時價子程序，這時分兩種情況：
    第一種情況是在外部中斷處理程序中。外部中斷到來(F_int0=1)后，計時單元中50 ms次數(shù)大于27，這時總誤時單元要加上計時單元，總誤時單元的50 ms次數(shù)如果大于或等于200，則調(diào)用誤時價子程序。還要注意的是，因為中斷到來后，定時器會重新賦初值，所以需要把上一次定時器中不足50 ms的計數(shù)值轉(zhuǎn)換為微秒，存儲到計時單元的第1和第2個字節(jié)中。流程圖如圖1所示。
    第二種情況是在50 ms中斷處理程序中。計時單元50 ms中斷次數(shù)已達(dá)到200次即兩次霍爾脈沖的間隔超過了10 s，這時計時單元清零，也要調(diào)用誤時價子程序。流程圖如圖2所示。

    誤時價子程序里先將總誤時的10 s單元加1，然后判斷有沒有超過起價等待時間，如果超過的話，再根據(jù)時間判斷，是要加白天10 s誤時價，還是加夜間10 s誤時價。
3．2 誤時價誤差
    用單片機(jī)內(nèi)部定時器測兩個霍爾脈沖間的時間間隔，系統(tǒng)誤差是1μs。假設(shè)最大誤時計時60 min，車速按最快的200 km／h估計，兩脈沖間隔時間為33．9 ms，即每測33．9 ms有1μs的誤差。誤時計時最大系統(tǒng)誤差等于(60×60×1 000／33．9)×1μs=0．1 s。因為誤時價每10 s加1次，即計時誤差小于1個計價單位。

4 統(tǒng)計功能的設(shè)計
4．1 總價計算
    總的費(fèi)用由里程價、誤時價和附加費(fèi)三部分組成。在出租車停止載客后，計價器會計算總體費(fèi)用，并從AT24C256中讀取當(dāng)天營業(yè)額，加上當(dāng)次的費(fèi)用后存回到AT24C256中。
4．2 誤差分析
    計程價每100 m加1次，誤時價每10 s加一次，單價用2B(4位)壓縮型BCD碼表示，最高位“元”，精度為10-3元。計價誤差由計程誤差、誤時誤差、每次計價誤差三分部分構(gòu)成。如果計程誤差小于1個計價單位，誤時誤差小于1個計價單位，可以忽略不計。每次計價誤差包括計程單價誤差和誤時單價誤差。其中若無計程單價誤差，則誤時單價按每分鐘計無，每10 s計，除6盡則無，若除不盡最大計時60 min，每10s計一次，誤差為10-3，則因誤時單價誤差累積的最大計價總誤差為：(60×60／10)×10-3=0．36元。
4．3 統(tǒng)計功能的實現(xiàn)
    AT24C256存儲芯片有32 KB的存儲容量(0000～7FFF)。1日的統(tǒng)計信息按最大99 999．999元考慮，最多需要4 B的存儲空間，分別存儲萬位、千位、百位十位、個位角位以及分厘。則1年的統(tǒng)計信息需要365×4=1 460 B。1片256可供存儲幾年的統(tǒng)計信息，如果需要還可以擴(kuò)展多片AT24C256。根據(jù)表1已知，統(tǒng)計信息從0200H開始存放。
    在載客變空車以后，要將當(dāng)次營業(yè)額加到當(dāng)天的營業(yè)額中，即需要讀取AT24C256中相應(yīng)地址中的數(shù)據(jù)，加上當(dāng)次營業(yè)額后，再存回AT24 C256中。也就是必須給每天分配一個絕對的地址，需要設(shè)計一個日期轉(zhuǎn)換256地址的子程序。因為出租車都需要年檢，故按1年的需求設(shè)計。
    理論上1個月最多31天，用公式：
    (月-1)×31×4+(日-1)×4+ADDRESS_AT3      (1)
    即可，但是單片機(jī)中計算乘法是比較麻煩的，如果按32天計算及用公式：
    (月-1)×32×4+(日-1)×4+ADDRESS_AT3      (2)
    雖然浪費(fèi)了一些存儲空間，但是乘以128和乘4的運(yùn)算的確可以通過簡單的移位指令實現(xiàn)，大大減小了單片機(jī)的運(yùn)算量。日期轉(zhuǎn)256地址的計算如子程序DATE_TO_ATA所示。
   
   
    這樣1年的信息需要32×4×12=1 536 B，轉(zhuǎn)換為16進(jìn)制數(shù)為600H。則第一年占用的存儲空間為0200～07FFH，如果要存儲第二年的信息，則設(shè)計一個變量ADDRESS_AT4，統(tǒng)計信息從0800H開始存放，其余以此類推。
4．4 統(tǒng)計功能的意義
    和參數(shù)傳遞一樣的道理，設(shè)計了計價器可以與PC機(jī)通信的話，不管是按串口通信方式還是無線通信方式，都可以供出租車管理部門采集到詳實、準(zhǔn)確的營運(yùn)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)經(jīng)過PC機(jī)處理后能夠詳細(xì)地做出日報表、月報表、運(yùn)作分析表等，比較直觀的反映出租車的營運(yùn)情況，便于管理部門全面掌握第一手資料，及時針對所出現(xiàn)的情況做出準(zhǔn)確的判斷和決策，從而實現(xiàn)微機(jī)化、科學(xué)化管理。

5 結(jié)語
    本文詳細(xì)的闡述了在出租車計價器中計程、計時的原理，并做了誤差分析。該設(shè)計巧妙，合理地利用存儲芯片AT24C256，不但使計價器具有附加費(fèi)功能，容易改變計價參數(shù)，還能存儲營運(yùn)信息，為管理部門制定相關(guān)政策，提供一手依據(jù)。根據(jù)本文方法設(shè)計的計價器誤差小，軟件設(shè)計靈活性高。