基于HT46RU24單片機(jī)實現(xiàn)出租車計價器的軟硬件原理

1 系統(tǒng)硬件組成

總體結(jié)構(gòu)如圖一所示。硬件上主要由HT46RU24單片機(jī)，霍爾傳感器，空載開關(guān)，鍵盤電路，數(shù)據(jù)存儲電路，時鐘電路，顯示電路，蜂鳴器，IC卡電路以及串口電路組成。



1.1  HT46RU24單片機(jī)。

HT46RU24單片機(jī)是HOLTEK公司研制的一種低功耗，高性能的8位單片機(jī)。它的ROM為8k*16、RAM為384 bytes，最多有40個雙向IO口。除此之外它還具有8通道12位分辨率的A/D轉(zhuǎn)換，A/D轉(zhuǎn)換可用來監(jiān)測外部模擬信號，如偵測電池電壓、電流、溫度、濕度、壓力、明暗度等。提供兩種模式的PWM輸出可應(yīng)用于控溫、調(diào)速、定電壓、定電流等?？煽氐腜FD輸出用于發(fā)聲，或是紅外線傳輸?shù)妮d波信號。

HT46RU24的UART屬于全雙工異步通信，可由軟件設(shè)定波特率，并具有自動檢錯功能，利用UART與其它系統(tǒng)做數(shù)據(jù)傳輸時，可減少軟件的負(fù)擔(dān)，提高整個系統(tǒng)的使用效率。

HT46RU24單片機(jī)具有高的抗噪聲特性、WDT及LVR的功能用以加強(qiáng)MCU的穩(wěn)定性。

HALT和喚醒功能可降低功耗。HT46RU24單片機(jī)還可當(dāng)I2C從機(jī)使用。管腳圖如圖二所示。

1.2 霍爾傳感器

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，觸發(fā)外部中斷。

1.3 鍵盤電路

為了節(jié)省IO口，設(shè)計一個2*4的矩陣鍵盤，在程序設(shè)計中每一個按鍵所代表的功能如表一所示。



 圖二   HT46RU24管腳圖


表一  按鍵功能

1.4 空載開關(guān)電路（如圖三）

設(shè)計一個空載開關(guān)，開關(guān)閉合時讀到低電平“0”，打開時讀到高電平“1”，通過兩次讀取開關(guān)的數(shù)值，判斷出租車所處的不同狀態(tài)，如表二所示，兩次讀到“0”說明出租車處于空車狀態(tài)，兩次都讀到“1”說明出租車處于載客狀態(tài)，第一次讀到“0”第二次讀到“1”出租車從空車變到載客，第一次讀到“1”第二次讀到“0”出租車從載客變到空車。


圖三  開關(guān)電路


表二  開關(guān)狀態(tài)判斷

1.5 數(shù)據(jù)存儲器和時鐘電路

擴(kuò)展I2C總線的AT24C256存儲統(tǒng)計信息, PCF8563做時鐘輸出，這兩種芯片可共用IO口以節(jié)省IO口的使用。AT24C256存儲芯片有256K的存儲容量，分頁存儲，每頁有64個字節(jié)的容量。PCF8563芯片有一個可編程的時鐘輸出，一個中斷輸出和掉電檢測器電路。

1.6 顯示電路和蜂鳴器電路

使用可顯示漢字及圖形的液晶SMG12864來顯示里程價，誤時價，附加費(fèi)，統(tǒng)計信息等等。這款液晶內(nèi)置國標(biāo)GB2312碼簡體中文字庫（16x16點陣）、128個字符（8x16點陣）及64x256點陣顯示RAM（GDRAM）。與單片機(jī)的連接有8-位并行及串行兩種連接方式。在本設(shè)計中采用并行通訊方式，電路圖如圖四所示，在軟件編程時要置位PA0。

蜂鳴器單元設(shè)計目的是在于進(jìn)行一些特殊操作時，能夠發(fā)出不同的提示音。



圖四  液晶顯示電路

1.7 IC卡電路（如圖五）

計價器具有IC卡付費(fèi)功能，所采用的IC卡是SLE4442卡，它是德國西門子公司設(shè)計的一種邏輯加密卡。SLE4442卡具有3KB的存儲容量和完全獨(dú)立的可編程加密代碼存儲器（PSC），是國內(nèi)目前應(yīng)用較廣的一種IC卡。



圖五   IC卡電路
1.8 串口電路（如圖六）。

設(shè)計串口電路來完成計價器與PC機(jī)通信。計價器傳送統(tǒng)計信息到PC機(jī)，接收并儲存從PC機(jī)傳送過來的基本信息，包括車輪直徑，校正時鐘，起步價、里程價、回空價、等待價等計費(fèi)參數(shù)。在PC機(jī)上可以采用VB、VC等設(shè)計串口通信界面，通過串口電路管理者能夠采集詳實、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)的做出日報表、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。



圖六   串口電路

2．軟件結(jié)構(gòu)

在主程序中，最主要是根據(jù)開關(guān)狀態(tài)做不同的處理。狀態(tài)0：保持空車；狀態(tài)1：保持載客；狀態(tài)2：空車變載客；狀態(tài)3：載客變空車。主程序流程如圖七所示。

 

圖七主程序流程

2.1 保持空車

空車部分主要是做顯示、PC機(jī)通信以及IC卡消費(fèi)。通過設(shè)置程序?qū)崿F(xiàn)按不同的按鍵完成不同的功能。例如按下“0”鍵，液晶屏?xí)@示當(dāng)日的統(tǒng)計信息，再按下“2”鍵會顯示前一日的統(tǒng)計信息，按下“4”鍵顯示后一日的統(tǒng)計信息，具體要完成的功能如表一所示。

2.2 空車變載客

這部分要完成禁止串口中斷和啟動計價。啟動計價是為載客部分要完成的計價、計時程序做一些初始化的工作。例如要讀出計價參數(shù)，給計程、計時、總誤時單元清0，判斷是否是夜班，啟動定時器等。

2.3 保持載客

載客部分，主要是處理誤時價和里程價，要用到50MS定時器中斷和外部中斷，需要定義計時單元來存儲兩個外部中斷之間的時間，定義累計誤時單元存儲累計等待時間。50MS中斷到來時置位F_50MS，在載客部分會調(diào)用50MS中斷處理程序，流程如圖八所示，該程序主要對計時單元進(jìn)行處理，如果計時單元大于10S,調(diào)用誤時價子程序ADD_PT。 

通過霍爾傳感器，車輪每轉(zhuǎn)動一圈，會觸發(fā)外部中斷，在中斷子程序里首先要關(guān)定時器，存T0計數(shù)值，給定時器重新置50MS計數(shù)初值后置位F_int0并開定時器。在載客部分也會調(diào)用外部中斷處理子程序，流程如圖九所示，當(dāng)檢測到車速低于特定值時，需要計算誤時價，將計時單元加入累計誤時單元中，其中ADD_PS是里程價子程序。



2.3.1 誤時價。

誤時價程序主要是判斷累計等待時間是否超過規(guī)定的等待時間(Twait)，超過以后，每過10S增加一次10S誤時價，流程圖如圖九所示，其中F_wait表示起價等待時間到標(biāo)志。



2.3.2 里程價

里程價子程序關(guān)鍵是判斷計程單元S的大小，判斷是起步價，還是3KM-8KM的短途價或是8KM以上的長途價。



2.4 載客變空車

這部分要完成停止計價、存統(tǒng)計信息、允許串口中斷的操作，關(guān)鍵是存儲統(tǒng)計信息。每月最多有31天，每天需要4個字節(jié)的容量，這樣一個月的信息至少需要124個字節(jié)。因為采用的存儲芯片AT24C256是分頁存儲，每頁有64個字節(jié)的容量,如果給每個月的信息分配128個字節(jié)，這樣通過計算公式: (月-1)×32×4+(日-1)×4+ADDRESS_AT3 ( ADDRESS_AT3表示在AT24C256里分配給統(tǒng)計信息的起始地址) 很容易存儲和查看每日統(tǒng)計信息，所以我們給每個月的信息分配2頁128個字節(jié)的容量。

3．結(jié)論

本文詳細(xì)的闡述了用HT46RU24單片機(jī)實現(xiàn)出租車計價器的軟硬件原理。程序設(shè)計清晰、有條理，維護(hù)性強(qiáng)，整個電路完整、緊湊，成本低，且具有操作簡單，管理方便，安全可靠、功能強(qiáng)的優(yōu)點。計價器的核心HT46RU24單片機(jī)，軟件編程靈活、自由度大、功能強(qiáng)，功耗低，性價比高，技術(shù)成熟。