出租車計價系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)目錄TOC\o"1-2"\h\u21368摘要 1130601.系統(tǒng)總體設(shè)計方案 189361.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖 1156391.2選擇方案 1124552.系統(tǒng)硬軟件設(shè)計及實現(xiàn) 3206282.1硬件電路設(shè)計 3322912.2軟件設(shè)計 755993.系統(tǒng)調(diào)試 10215343.1測試內(nèi)容 1053713.1有關(guān)計算 10316876.雙程模式計價： 11139915.參考文獻 14摘要隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，人們生活水平越來越好，出租車已然變成城市交通中至關(guān)重要的一部分。但是伴隨其而來的問題也有很多，比如司機出行不打表漫天要價、繞路、計價不準等，影響到乘客的利益，從而致使司機和乘客之間發(fā)生嚴重的糾紛。因此，設(shè)計一款計價準確的出租車計價系統(tǒng)是很有必要的。本系統(tǒng)以AT89S52單片機為核心控制器，通過外圍電路擴展而成的多功能出租車計價器。本設(shè)計方案包含顯示行駛里程數(shù)、消費金額顯示、等待時間顯示等顯示模塊，及檢測行車速度電路、存儲信息、蜂鳴器電路、按鍵控制等功能。該系統(tǒng)可以實時顯示行車的里程和金額、查詢和存儲、時速檢測顯示等基本功能。該系統(tǒng)還擴充了打印發(fā)票、語音播報等功能。關(guān)鍵詞：出租車計價器、ATS89S52、語音播報系統(tǒng)總體設(shè)計方案1.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖本系統(tǒng)主要由一下幾個部分構(gòu)成：電源電路、鍵盤控制電路、信息存儲電路、時鐘電路、車速檢測電路、超速提醒電路、語音播報電路、打印輸出電路、顯示電路等。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示：圖1:系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖1.2選擇方案1.2.1電源模塊選擇方案一：選取LM2576芯片。方案二：選取LM7805芯片。LM2576芯片生產(chǎn)于美國國家半導(dǎo)體公司，能生成3A電流的穩(wěn)壓電路，屬于降壓開關(guān)型，內(nèi)部含有固定52kHZ頻率的振蕩器及基準穩(wěn)壓器，只需極少的外圍器件即可完成高效穩(wěn)壓電路。LM7805芯片屬于三端穩(wěn)壓型，電路內(nèi)部有過流、過熱及調(diào)整管的保護電路，但輸出電流只有1.5A。由于本電路中的打印機驅(qū)動電流為1.5A，整體的電路工作電流大于1A，所以按照電流的驅(qū)動能力分析，選擇方案一。1.2.2控制器選擇使用市面上常見的AT89S52單片機。AT89S52單片機是CMO8位的單片機，它的功耗很低，但性能很強，片內(nèi)包括8Kbytes的可系統(tǒng)編程的只讀程序存儲器，可以兼容8051指令的系統(tǒng)和引腳。既可以使用ISP（在線編程）也可使用傳統(tǒng)方式編程，而且可以在芯片中用8位微處理器。ART89S52功能強大、價格低廉且可以靈活運用在各種控制領(lǐng)域。1.2.3電機模塊選擇使用齒輪減速電機（直流減速電機）。在普通的直流電機的基礎(chǔ)上，加了配套的齒輪減速箱。直流減速電機節(jié)省空間，承受過載能力高，能耗低，噪音低，轉(zhuǎn)動力矩大，速度大適合用于檢測車速。1.2.4電機驅(qū)動模塊選擇方案一：采用電機專用的L298N芯片。方案二：采用H橋驅(qū)動電路。驅(qū)動芯片L298N，是可以接受高壓的電機驅(qū)動，一個驅(qū)動芯片就可以控制兩個直流減速電機做不同的動作，還擁有過熱自斷及反饋檢測的功能。穩(wěn)定性好、操作方便、性能強。H橋驅(qū)動電路由分立元件（四個三極管）組成，利于直流電機的四象限運行，分別對應(yīng)正反轉(zhuǎn)、正反轉(zhuǎn)制動。但是它的分立元件占用空間比較大，不便攜。因此決定使用方案一。1.2.5鍵盤輸入此處不采取任何芯片，用四個I/O接口檢測按鍵，不間斷的對按鍵進行掃描以檢查鍵盤的按下、開啟中斷，按鍵分組設(shè)置則依靠二極管的特性來完成。1.2.6數(shù)碼管顯示驅(qū)動選擇使用MAX7219芯片，一片Max7219可驅(qū)動8個7段數(shù)字LED、LED條線圖形顯示器、或64個分立的LED發(fā)光二極管。該芯片具有10MHz傳輸率的三線串行接口可和任何微處理器相連，操作簡單。1.2.7語音芯片選擇采用集成度高的ISD2560芯片，其主要特點是抗斷電，音質(zhì)好，使用方便，接口簡單，性價比高。1.2.8車速檢測元件選擇采用A44E霍爾傳感器，屬于磁傳感器，它的結(jié)構(gòu)牢固、重量輕、體積校、壽命長、功耗小、頻率高、耐振動、精度高，而且不怕灰塵、油污、水汽鹽霧等的污染或腐蝕。經(jīng)過仔細的分析和考慮，確定了系統(tǒng)的最終方案如下：（1）電源模塊：LM2576芯片。（2）控制器：AT89S52單片機。（3）電機模塊：直流減速電機。（4）電機驅(qū)動模塊：L298芯片驅(qū)動。（5）數(shù)碼管驅(qū)動：MAX7219驅(qū)動芯片。（6）車速檢測元件：A44E霍爾傳感器。（7）語音芯片：ISD2560芯片。（8）信息存儲芯片：AT24C02芯片。（9）時鐘模塊：DS1302芯片。（10）無限發(fā)射接收模塊：運用PT2272、PT2262。（11）打印機：AT89S51芯片。（12）按鍵模塊：四個I/O接口檢測16個按鍵。系統(tǒng)硬軟件設(shè)計及實現(xiàn)2.1硬件電路設(shè)計2.1.1電源部分本模塊的設(shè)計使用的是降壓穩(wěn)壓器LM2576（開關(guān)型），它的內(nèi)部含有一個頻率補償器和一個固定52Hz的頻率振蕩器，可驅(qū)動3A的負載。我們設(shè)計的電路中打印機驅(qū)動的電流是1.5A，整版電路的工作電流在大于1A。電路圖如圖2所示圖2電源部分2.1.2控制器部分這部分使用的是AT89S52單片機。AT89S52單片機是CMO8位的單片機，它的功耗很低，片內(nèi)包括8Kbytes的可系統(tǒng)編程的只讀程序存儲器，可以兼容8051指令的系統(tǒng)和引腳。如圖3所示。圖3AT89S52單片機最小系統(tǒng)2.1.3數(shù)據(jù)顯示部分本設(shè)計使用的是MAX7219芯片來實現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示。MAX7219屬于高集成化的串行輸入/輸出共陰極顯示驅(qū)動器。MAX7219的三線串行接口便于連接至各種統(tǒng)一的μp，當16位數(shù)據(jù)串行發(fā)送至DIN端，數(shù)據(jù)在每一個CLK處于上升沿時被存入內(nèi)部16位移位寄存器內(nèi)，當LOAD處于上升沿時，鎖村到控制或數(shù)字寄存器中。MAX7219通過V+及ISET間接的RSET（外部電阻）控制亮度。圖4MAX7219顯示數(shù)據(jù)2.1.4電機驅(qū)動部分本設(shè)計采用L298N電機專用驅(qū)動芯片。專用芯片L298N的響應(yīng)速率高，一片芯片即可控制兩個直流減速電機，易操作，穩(wěn)定性強，性能好。如圖5所示。圖5電機驅(qū)動模塊2.1.5時鐘部分本設(shè)計中使用得是時鐘芯片DS1302，具有充電功能。DS1302是一種功耗小，性能強的實時時鐘芯片，其內(nèi)部的SPI三線接口和CPU可以同步通信；時鐘能提供年、月、日、星期、時、分、秒，具有閏年補償?shù)墓δ?。將單片機的P17引腳和該芯片的SCLK連接，當作同步串行時鐘發(fā)生的引腳（軟件實現(xiàn)），與此同時將單片機的P23和傳送數(shù)據(jù)的I/O引腳連接，如圖6所示。圖6時鐘模塊2.1.6語音播報部分本設(shè)計使用的是ISD2560芯片，使用多電平直接模擬量存儲專利技術(shù)，每個采樣值都直接存在片內(nèi)單個E2PROM單元內(nèi)，不需要A/D或D/A變換來存儲和重放，可以很自然真實的再現(xiàn)語音。如圖7所示。圖7語音播報模塊2.1.7信息存儲部分本設(shè)計使用的是24C02芯片來存儲信息，芯片AT24C02擁有2kb電可擦除存儲芯片，與單片機通訊采用2線串行的總線，最低電壓達2.5V，額定電流是1mA，靜態(tài)電流是10Ua（5.5V），即便在斷點的情況下，芯片內(nèi)的資料仍可保存40年以上，且封裝采取8腳的DIP，易于使用。AT24C02可以支持IC，總線數(shù)據(jù)傳送協(xié)議IC，總線協(xié)議規(guī)定任何數(shù)據(jù)傳送到總線的其間作為發(fā)送器，接收器則是每一個從總線接收的器件。控制數(shù)據(jù)傳送則是由能產(chǎn)生串行時鐘和全部起始停止信號的器件來完成，總器件和從器件均可作為接收器和發(fā)送器，到那時傳送器件的模式由主器件控制，通過器件地址的輸入端即可實現(xiàn)把AT24C02連接至總線。24C02如圖8所示。圖824C02信息存儲模塊2.1.8無線/按鍵遙控此部分我們需要檢測16個按鍵，依靠單片機的4個I/O接口來實現(xiàn)。無線模式控制電路，發(fā)送數(shù)據(jù)通過四個發(fā)射模塊的按鍵，接收模塊接收數(shù)據(jù)后控制單獨按鍵，即獨立按鍵使用無線遙控控制。圖9鍵盤模塊圖10發(fā)射模塊圖11接收模塊2.1.9超速提示及按鍵設(shè)置

檢測車輛行駛速度依靠系統(tǒng)中的軟件，當速度比設(shè)置的最好速度更高時，即判定為超速。此刻用語音提醒司機，避免發(fā)生交通事故。按鍵部分包含數(shù)據(jù)設(shè)置鍵和數(shù)據(jù)查詢鍵。營運數(shù)據(jù)查詢按鍵位于計價器的外殼，司機可以通過此按鍵來查看一個月內(nèi)的總運營里程數(shù)與總運營金額，也可以查詢每次的運營額和運營里程。第一次短按可以查詢總運營數(shù)據(jù)，再短按以此查詢鍵就可以查詢單次的營運數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)循環(huán)依次顯示，長按3秒查詢鍵則可退出數(shù)據(jù)查詢。數(shù)據(jù)設(shè)置鍵則隱藏安放于計價器內(nèi)部，且嚴格對計價器多個地方進行鉛封，防止司機通過數(shù)據(jù)設(shè)置鍵對運行的珍貴數(shù)據(jù)進行修改而謀取利益。數(shù)據(jù)設(shè)置鍵由功能設(shè)置/確認鍵、UP、DOWN鍵組成，功能設(shè)置/確認鍵主要設(shè)置系統(tǒng)時間、等待時間、起步價、單程/往返單價等數(shù)據(jù)。UP鍵與DOWN鍵用來對數(shù)據(jù)進行加與減。接下來再按功能設(shè)置/確認鍵對設(shè)置的數(shù)據(jù)進行確認，最終按結(jié)束鍵打印輸出每次的乘車時間和金額并打印出發(fā)票。2.1.10打印機和語音控制當出租車到達目的地，司機抬起空車提示牌，此時會產(chǎn)生一個信號通知單片機AT89S51，以此信號啟動單片機進行打印，將乘客該段行程的各個信息打印成發(fā)票：等待時間、里程的單價、總金額、日期等。該電路使用接口插板的方法和單片機連接，這樣即可讓計價器票價的打印在功能表上同主機一致，單片機和微打依靠并行接口連接，不過當需要打印的數(shù)據(jù)出現(xiàn)在打印機時，STB只需從高電平至低電平，再從低電平至高電平即可打印數(shù)據(jù)。該模塊如圖12所示圖12打印語音控制模塊電路2.1.11路程測量部分出租車計價需要依照里程數(shù)來計量，所以需要一個可以精確獲得車輪轉(zhuǎn)動（路程計量信號）的裝置，將獲得的標準脈沖信號傳入單片機的定時器、計數(shù)器中。點偏激的T1口的技術(shù)功能測出車輪轉(zhuǎn)彎一周完成1次的計數(shù)后產(chǎn)生中斷來以此完成測量路程。2.2軟件設(shè)計2.2.1時鐘顯示器的設(shè)計時鐘顯示器內(nèi)容：數(shù)碼管需要顯示下面兩類數(shù)據(jù)（1）系統(tǒng)在非設(shè)置狀態(tài)且S7按下時，顯示當前的總計費金額。（2）系統(tǒng)不在第一種狀態(tài)下，數(shù)碼管顯示時鐘、分鐘、秒鐘。圖13金額顯示圖14時間顯示實現(xiàn)時間、金額顯示的方法：液晶顯示器的容量有限，方便乘客和司機觀察金額變化，使用數(shù)碼管輔助計價器顯示金額。數(shù)碼管需顯示時間及金額兩種數(shù)據(jù)，所以在數(shù)碼管顯示的子程序中添加中斷，使CPU間隔一段固定時間就執(zhí)行一次。顯示的具體內(nèi)容由指示變量決定，操作面板的S7按鈕控制這個變量。數(shù)碼管指示變量等于0時，取值程序調(diào)用的是時間子程序；數(shù)碼管指示變量為1時，調(diào)用的是金額取值子程序。2.2.2指示燈功能分配及實現(xiàn)方法功能的分配：本次設(shè)計中，8位的LED燈主要有兩個指示功能：第一位LED燈指示當前計費的模式，燈亮表示的是白天計費，燈滅表示的是黑天計費。第二位到第八位LED等表示的是星期，D2-D8分別對應(yīng)星期一到星期日。實現(xiàn)編程方法：U6(發(fā)光二極管的控制鎖存器）選通命令P2=(P280x1f10x80)，當U6(發(fā)光二極管的控制鎖存器）選通后給P0D對應(yīng)位送“1”時燈滅，反之LED燈亮。2.2.3設(shè)計的軟件流程圖如圖15所示。先進行初始化，如果需要調(diào)整起步價格則先調(diào)整起步價格，不需要調(diào)整起步價格則跳過此步驟。接下來判斷是否為單雙程。若為單程需要判斷是否添加空車返回費。下一步按鍵選擇模式。模式一可以按鍵來增加里程，然后計算金額，顯示出里程數(shù)及金額。模式二則是可以調(diào)速，并顯示速度檔位，當測速小于5公里時計算等待時間，等待每增加一分鐘公里數(shù)加1。將這些存入存儲器，到目的地時，進行語音播報提示乘客到達，打印發(fā)票，結(jié)束。系統(tǒng)調(diào)試3.1測試內(nèi)容（1）以24位數(shù)碼管顯示里程、金額、時速、時鐘和等待時間。（2）實時顯示并檢測車速和累計等待時間。（3）依靠按鍵模擬往返/單程。（4）按停止鍵，計價器停止計價。（5）數(shù)碼管以反復(fù)按查詢按鍵而顯示里程數(shù)、金額數(shù)、總等待時間。（6）檢查等待時間的計價功能。（7）增加起步價格、鍵盤預(yù)設(shè)置、每公里價格預(yù)置、起步價里程和密碼保護功能。3.2測試儀器儀器名稱型號用途數(shù)量數(shù)字萬用表UIN-T測量各驅(qū)動電路參數(shù)是否滿足要求1計算機方正PC機調(diào)試程序1激光測速儀DM6236P測量速度13.3測試結(jié)果分析模擬出租車測速裝置相關(guān)的計算和測試結(jié)果3.1有關(guān)計算1）小車車輪周長的計算直徑D=6.87cm，小車車輪周長為L=πD=21.6cm2）一個方波脈沖所對應(yīng)的弧長3）車輪的光電編碼盤使用的是40分黑白相間的圓盤，每份對應(yīng)弧長為0.5cm，相對應(yīng)的光電傳感器測速裝置可以產(chǎn)生20格方波脈沖，每個方波脈沖所對應(yīng)的弧長為1cm。轉(zhuǎn)速的計算若光電傳感器每分鐘可以檢測x個脈沖數(shù)，每轉(zhuǎn)光電傳感器測速裝置可以檢測20個方波脈沖，轉(zhuǎn)速為n=x/20（rpm）車速的計算里程以S表示，時間以T表示，車速以V表示，車速V=S/T轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速5轉(zhuǎn)/分對應(yīng)著車速5公里/小時，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速50轉(zhuǎn)/分對應(yīng)著車速50公里/小時，以此推算，按實際轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速對應(yīng)車速。單程模式計價起步價為7元非等時計費（車速大于等于5km/h），若2元/km，非等時里程用X1km表示，則非等時計費為2X1元。等時計費（車速小于5km/h，按2元/km計算），等待時長為T1，則等時計費為2T1/5元。單程<6km沒有回空費單程計價金額=起步價+非等待計費+等待計費=7+2X1+2T1/5=7+2X1+0.4T1測試結(jié)果如下表：設(shè)定轉(zhuǎn)速（rpm）測試轉(zhuǎn)速（rpm）轉(zhuǎn)速誤差理論車速（km/h）測試車速（km/h）車速誤差理論工程（km）測試里程（km）里程誤差理論金額（元）實際金額（元）金額誤差3303303307705505505501111010100101001010021210121201212012120414103030030300303006161040412.5%40412.5%40412.5%81832.38%50524%50524%50524%1011053.80%（2）單程>6km有回空費回空費即出租車行駛到6公里之上加收的那一部分費用。出租車在6公里以內(nèi)不收取回空費，超過6公里的那部分，每車每公里多收基本租價50%的空駛費。非等時計費為2元/km，總行駛里程用X表示，回空費為X-6元。單程計價金額=起步價+非等待計費+等待計費+回空費=8+2X1+0.4T1+X-6=2+2X1+0.4T1+X測試結(jié)果如下表：設(shè)定轉(zhuǎn)速測試轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速誤差理論車速測試車速車速誤差理論工程測試里程里程誤差理論回空費實際回空費理論金額實際金額金額誤差330330330007705505505500011110101001010010100442121012120121201212014144141030300303003030024246161040412.5%40412.5%40412.5%343481832.38%50524%50524%50524%44441011053.80%雙程模式計價：起步價為7元。非等時計費（車速大于等于5km/h），若1.5元/km，設(shè)非等時計費用X2表示，則非等時計費為1.5X2元；等時計費（車速<5km/h，每5分鐘，按照1.5元/km計算）。設(shè)等待的時間為T2，則等時計費為1.5T2/5元。雙程計價金額=起步價+非等待計費+等待計費=7+1.5X2+1.5T2/5=7+1.5X2+0.3T2測試結(jié)果如下表：設(shè)定轉(zhuǎn)速（rpm）測試轉(zhuǎn)速（rpm）轉(zhuǎn)速誤差理論車速（km/h）測試車速（km/h）車速誤差理論工程（km）測試里程（km）里程誤差理論金額（元）實際金額（元）金額誤差3303303307705505505501010010100101001010017.517.5012120121201212032.532.5030300303003030047.547.6040412.5%40412.5%40412.5%62.5642.38%50524%50524%50524%78.5793.80%速度有變化時，單程模式無回空費的測試結(jié)果如下表：0-30s30s-60s設(shè)定轉(zhuǎn)速（rpm）測試轉(zhuǎn)速（rpm）轉(zhuǎn)速誤差理論車速（km/h）測試車速（km/h）車速誤差理論等待時間測試等待時間等待時間誤差設(shè)定轉(zhuǎn)速測試轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速誤差理論車速測試車速車速誤差理論等待時間測試等待時間等待時間誤差理論金額（元）實際金額（元）金額誤差33033000033033030300770550550000330330303002121010100101000003303303030026260121201212000033033030300363603030030300000330330303004646040412.5%40412.5%0003303303030056571.7%50524%50524%0003303303030066682.9%速度有變化時，雙程模式測試結(jié)果如下表：0-30s30s-60s設(shè)定轉(zhuǎn)速（rpm）測試轉(zhuǎn)速（rpm）轉(zhuǎn)速誤差理論車速（km/h）測試車速（km/h）車速誤差理論等待時間測試等待時間等待時間誤差設(shè)定轉(zhuǎn)速測試轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速誤差理論車速測試車速車速誤差理論等待時間測試等待時間等待時間誤差理論金額（元）實際金額（元）金額誤差330330000330330303007705505500003303303030017.517.5010100101000003303303030021.221.2012120121200003303303030028.728.7030300303000003303303030036.236.2040412.5%40412.5%0003303303030043.744.51.8%50524%50524%0003303303030051.2552.72.85%結(jié)論與展望經(jīng)過這一段時間的學(xué)習(xí)和研究，設(shè)計了以ATS89S52為核心的出租車計價系統(tǒng)，添加了此次實驗很好的將平時學(xué)習(xí)的知識應(yīng)用到了實時顯示里程和金額、按鍵控制調(diào)整、語音播報、白天黑色模式以及有無回程模式判斷等功能。實踐中，不僅加深了我對理論知識的理解，還增強了我的動手能力，使我認識到了理論和實踐的差距，只有實踐和理論相結(jié)合才能更好的進步。同時還使我認識到嚴謹?shù)姆治鼋鉀Q問題是多么重要。實驗過程中還是遇到了一些問題，但通過自己的努力、老師的幫助及圖書館查閱資料，基本按要求完成了設(shè)計，