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毕业设计出租车计价器










题 系 专 班 姓 学

目 别 业 级 名 号 吴正杰

出租车计价器 信工系 应用电子技术 应电专 1 郑福东 8220710027

8220710020 刘定军 12 02

指 导 教 师



期 2011

设计任务书
设计题目: 设计题目: 出租车计价器 设计要求: 设计要求:
1.计设一款基于 AT89S51 单片机的出租车计价器。 2.设置白天/晚上收费标准的转换开关,使白天和晚上这两种不同情况具有不 同的收费标准。另外途中等待的时候,当等待时间超过 10 分钟的时候开始收费。 ??3.设置数据的清零开关,并且能够由司机以手动的方式自由修改单价。 4.能够在意外掉电的情况下存储单价等数据,并且具有数据的复位功能。 5.设置一组数码管,使司机与顾客能够清楚的看到数码管所显示当前时间以及 路程、总金额和单价。

设计进度要求: 设计进度要求:
第一周 毕业设计题目的选定; 第二周 毕业设计资料的采集; 第三周 拟定设计总体设计方案与设计思路; 第四周 设计硬件电路,绘制电路图; 第五周 绘制程序框图,编写部分程序; 第六周 仿真软件中调试程序; 第七周 检查,校验设计,撰写毕业论文; 第八周 修改论文,准备毕业答辩等相关工作。

指导教师(签名) : 指导教师(签名)
I





出租车计价器的硬件设计以 AT89S51 单片机为核心控制元件, 利用灵敏的霍尔 开关型器件 A44E 霍尔传感器测距,采用 AT24C02 实现在系统掉电的时候保存单价 和系统时间等信息,输出采用 6 位 LED 数码管,通过开关 S1 分屏控制单价、路程、 总金额以及时间的显示。 系统的软件设计主要有:主程序模块、定时中断服务程序、里程计数中断服务 程序、中途等待中断服务程序、显示子程序服务程序键盘服务程序。 本电路设计的计价器主要功能有:数据的复位、白天/晚上转换、数据输出、计 时计价、单价输出及调整、路程输出、语音播报数据信息、实现在系统掉电的时候保 存单价和系统时间等信息等功能。本电路设计的计价器不但能实现基本的计价,而且 还能根据白天、黑夜、中途等待来调节单价,同时在不计价的时候还能作为时钟为司 机同志提供方便。

关键词:单片机,霍尔传感器,AT24C02,分屏显示

II





1 概述 .......................................................................1 1.1 出租车计价器概述 .......................................................1 1.2 单片机的概述 ......................................... 错误!未定义书签。 错误!未定义书签。 2 总体设计方案的论证与比较 ..................................................2 2.1 总体设计方案的论证与比较 ...............................................2 2.2 里程计算设计方案论证与比较 ........................... 错误!未定义书签。 错误!未定义书签。 2.3 设计总框图 ........................................... 错误!未定义书签。 错误!未定义书签。 3 硬件设计 ..................................................................3 3.1 硬件设计概述 ...........................................................3 3.2 AT89S51 介绍 ......................................... 错误!未定义书签。 错误!未定义书签。 3.3 里程计算设计 ......................................... 错误!未定义书签。 错误!未定义书签。 3.4 显示原理 ............................................. 错误!未定义书签。 错误!未定义书签。 3.5 AT24C02 掉电存储单元的设计 .............................................7 3.6 按键单元的设计 .........................................................8 4 系统的软件设计 .......................................... 错误!未定义书签。 错误!未定义书签。 4.1 模块介绍 ............................................. 错误!未定义书签。 错误!未定义书签。 4.2 主程序模块 ........................................... 错误!未定义书签。 错误!未定义书签。 4.3 定时中断服务程序 ..................................... 错误!未定义书签。 错误!未定义书签。 4.4 里程计数中断服务程序 ................................. 错误!未定义书签。 错误!未定义书签。 4.5 中途等待中断服务程序 ................................. 错误!未定义书签。 错误!未定义书签。 4.6 显示子程序服务程序 ................................... 错误!未定义书签。 错误!未定义书签。 4.7 键盘服务程序 ......................................... 错误!未定义书签。 错误!未定义书签。 5 系统调试与测试结果分析 ................................... 错误!未定义书签。 错误!未定义书签。 5.1 使用的仪器仪表 ....................................... 错误!未定义书签。 错误!未定义书签。 5.2 系统调试 ..............................................................11 6 结论 .....................................................................11 致 谢 ...................................................................13 参考文献 ...................................................................14

III

1 概述
1.1 出租车计价器概述
汽车计价器是乘客与司机双方的交易准则,它是出租车行业发展的重要标志, 是出租车中最重要的工具。它关系着交易双方的利益。具有良好性能的计价器无论 是对广大出租车司机朋友还是乘客来说都是很必要的。因此,汽车计价器的研究也 是十分有一个应用价值的。 我国在 70 年代开始出现出租车,但那时的计费系统大都是国外进口不但不够 准确,价格还十分昂贵。随着改革开放日益深入,出租车行业的发展势头已十分突 出,国内各机械厂家纷纷推出国产计价器。出租车计价器的功能从刚开始的只显示 路程(需要司机自己定价,计算后四舍五入) ,到能够自主计费,以及现在的能够 打一发票和语音提示、按时间自主变动单价等功能。随着城市旅游业的发展,出租 车行业已成为城市的窗口,象征着一个城市的文明程度。 本次设计的目的在于现在各大中城市出租车行业都已普及自动计价器,所以计 价器技术的发展已成定局。而部分小城市尚未普及,但随着城市建设日益加快,象 征着城市面貌的出租车行业也将加速发展,计价器的普及也是毫无疑问的,所以未 来汽车计价器的市场还是十分有潜力的。

1

2 总体设计方案的论证与比较
2.1 总体设计方案的论证与比较
方案一:采用数字电路控制。其原理方框图如图 2.1 所示。采用传感器件,输 出脉冲信号,经过放大整形作为移位寄存器的脉冲,实现计价,但是考虑到这种电 路过于简单,性能不够稳定,而且不能调节单价,也不能根据天气调节计费标准, 电路不够实用。其原理方框图如图 2.1 所示。

图 2.1 数字电路方案

方案二:采用单片机控制。利用单片机丰富的 IO 端口,及其控制的灵活性, 实现基本的里程计价功能和价格调节、 时钟显示功能。 其原理方框图如图 2.2 所示。

2

3 硬件设计
3.1 硬件设计概述
AT89S51 是一款非常适合单片机初学者学习的机型,它完全兼容传统的 8051, 8031 的指令系统和引脚,而且是当今较为流行的,综合考虑,本次设计的核心采用 AT89S51 型单片机。 在里程测速方面,霍尔元件体积小,重量轻,寿命长,安装方便,功耗小,因 此我们采用霍尔传感器 A44E;在显示方面,因为采用 LCD 液晶段码显示,在距离 屏幕 1 米之外就无法看清数据,所以本次设计采用 6 位 LED 发光二级管;在其他方 面,我们运用到了 AT24C02 掉电存储单元以及四个控制按键。其总体设计电路图如 3.1 所示

图 3.1 设计总体电路图

3

措施的霍尔器件的工作温度范围宽,可达-55℃~150℃。 按被检测的对象的性质可将它们的应用分为:直接应用和间接应用。前者是直 接检测出受检测对象本身的磁场或磁特性,后者是检测受检对象上人为设置的磁 场,用这个磁场来作被检测的信息的载体,通过它,将许多非电、非磁的物理量例 如力、 力矩、 应力以及工作状态发生变化的时间等, 转变成电量来进行检测和控制。 里程计算、 3.3.3 里程计算、计价单元的设计 里程计算是通过安装在车轮上的霍尔传感器 A44E 检测到的信号,送到单片机, 经处理计算,送给显示单元的。其原理如图 3.3 所示。

图 3.3 传感器测距示意图

由于 A44E 属于开关型的霍尔器件,其工作电压范围比较宽(4.5~18V),其 输出的信号符合 TTL 电平标准,可以直接接到单片机的 IO 端口上,而且其最高检 测频率可达到 1MHZ。集成开关型霍尔传感器原理如图 3.4 所示。

(1) 如图 3.7 所示。

图 3.6 共阴极结构

图 3.7 共阳极结构

4

在单片机应用系统中,显示器显示常用两种方法:静态显示和动态扫描显示。 所谓静态显示,就是每一个显示器都要占用单独的具有锁存功能的 I/O 接口用于笔 划段字形代码。这样单片机只要把要显示的字形代码发送到接口电路,就不用管它 了, 直到要显示新的数据时, 再发送新的字形码, 因此, 使用这种方法单片机中 CPU 的开销小、编程简单,便于监视和控制但是占用接口线多,硬件电路复杂,成本高。 而所谓的动态显示就是利用单片机依次输出每一位数码管的段选码和对应于该位 数码管的位选控制信号,一位一位轮流点亮各段数码管。 本设计采用共阳极动态显示方式。 3.4.2 数码管的分屏显示 数码管的分屏显示,如图所示:

图 3.8 时钟显示(图中显示为 12 点 00 分 46 秒)

图 3.9 总金额和单价显示(图中显示为总金额 12.3 元,每公里 4.6 元)

图 3.10 路 程 和 单 价 显 示 ( 图 中 显 示 为 总 路 程 12 公 里 , 当 前 单 价 4.6 元 )

图 3.11 单价调整显示(图中显示为右起白天单价 4 .6 元/晚上 7.8 /中途等待 1.2 元)

数据的分屏的显示是通过按键 S1 来实现切换的,如图 3.12 所示。

5

图 3.12 S1 切换显示屏

在出租车不走的时候,按下 S1,可以实现数据的分屏显示,车在行走的时候只 有总金额和单价显示屏在显示,当到达目的地的时候,客户要求查看总的里程的时 候,就可以按下 S1 切换到里程和单价显示屏,供客户查询。 3.4.3 74HC164 显示驱动 74HC164 是 8 位边沿触发式移位寄存器,串行输入数据,然后并行输出。数据 通过两个输入端 (DSA 或 DSB) 之一串行输入, 任一输入端可以用作高电平使能端, 控制另一输入端的数据输入。从单片机串口输出的信号先送到左边的移位寄存器 (74HC164),由于移位脉冲的作用,使数据向右移,达到显示的目的。移位寄存器 74HC164 还兼作数码管的驱动,插头 1(header1)接电源,插头 2(header2)接数 据和脉冲输出端。电路中的三个整流管 D1—D3 的作用是降低数码管的工作电压, 增加其使用寿命。 显示器原理图如图 3.13 所示:

6

3.13 显示器原理图

3.5 AT24C02 掉电存储单元的设计
AT24C02 芯片引脚配置如图 3.14 所示。 AT24C02 芯片引脚配置说明如表 3.1 所示。 A2—A0 SDA、SCL WP I2C 地址引脚 总线接口 写保护引脚,WP 接 VSS 时,禁止写入高位地址,WP 接 VDD 时,允 许写入任何地址

7

GND VCC

接地端 电源端
表 3.1AT24C02 芯片引脚说明

掉电存储单元的作用是在电源断开的时候, 存储当前设定的单价信息。 AT24C02 是 ATMEL 公 司的 2KB 字节的电可擦除存储芯片, 采用两线串 行的总线和单片机通讯,电压最低可以到 2.5V, 额定电流为 1mA,静态电流 10Ua(5.5V),芯片内 的资料可以在断电的情况下保存 40 年以上,而且采 用 8 脚的 DIP 封装,使用方便。 其电路如图 3.15 所示。
图 3.14 引脚图

图 3.15 掉电存储电路原理图

图中 R8、R10 是上拉电阻,其作用是减少 AT24C02 的静态功耗,由于 AT24C02 的数据线和地址线是复用的,采用串口的方式传送数据,所以只用两根线 SCL(移 位脉冲)和 SDA(数据/地址)与单片机传送数据。 每当设定一次单价,系统就自动调用存储程序,将单价信息保存在芯片内。当 系统重新上电的时候,自动调用读存储器程序,将存储器内的单价等信息,读到缓 存单元中,供主程序使用。

3.6 按键单元的设计
在单片机应用系统中,常用键盘作为输入设备,通过它将数据、内存地址、命 令及指令等输入到系统中,来实现简单的人机通信。

8

3.6.1 3.6.1 按键开关的去除抖动功能 目前, AT89S51 单片机应用系统上的按键常采用机械触点式按键,它在断开、 闭合时输入电压波形如图 3.16 所示.可以看出机械触点在闭合及断开瞬间均有抖动 过程,时间长短与开关的机械特性有关,一般为 5~10ms。由于抖动,会造成被查询的 开关状态无法准确读出。例如,一次按键产生的正确开关状态,由于键的抖动,CPU 多次采集到底电平信号,会被误认为按键被多次按下,就会多次进行键输入操作, 这是不允许的。为了保证 CPU 对键的一次闭合仅在按键稳定时作一次键输入处理, 必须消除产生的前沿(后沿)抖动影响。 通常消除抖动影响的方法有硬件、软件两种。当按键较少时,可采用硬件方法 消除抖动。如图 3.16 所示

安键过程

前沿

识别区

后沿

图 3.16 按键过程

3.6.2 3.6.2 独立式键盘的接口电路 独立式键盘的接口电路:在单片机应用系统中,有时只需要几个简单的按键向 系统输入信息。这时,可将每个按键直接接在一根 I/O 接口线上,这种连接方式的 键盘称为独立式键盘。如图 3.17 所示。每个独立按键单独占有一根 I/O 接口线, 每根 I/O 接口线的工作状态不会影响到其他 I/O 接口线。这种按键接口电路配置灵 活,硬件结构简单,但每个按键必须占用一根 I/O 线,I/O 接口线浪费较大。故只 在按键数量不多时采用这种按键电路。 在此电路中,按键输入都采用低电平有效。上拉电阻保证了按键断开时,I/O 接口线有确定的高电平。当 I/O 接口内部有上拉电阻时,外电路可以不配置上拉电 阻。
9

+5V 89S51

P1.3 P1.2 P1.1 P1.0

K3 K2 K1

图 3.17 独立式键盘电路

3.6.3 3.6.3 按键单元的设计 电路共采用了四个按键,S1、S2、S3、S4,其功能分别是:S1 分屏显示切换 按键,S2 功能设定按键,S3 .+./白天晚上切换按键,S4 .-./中途等待开关。 其电路连接如图 3.18 所示。

图 3.18 按键连接图

3.6.4 3.6.4 按键的功能 (1)S1 按键的功能 在出租车不走的时候,按下 S1,可以实现数据的分屏显示,车在行走的时候只 有总金额和单价显示屏在显示,当到达目的地的时候,客户要求查看总的里程的时

ORG 0003H
10

5.2 系统调试
根据系统设计方案,本系统的调试共分为三大部分:硬件调试,软件调试和软 硬件联调。由于在系统设计中采用模块设计法,所以方便对各电路模块功能进行逐 级测试。 5.2.1 里程计价测试 由于试验条件有限,我们采用电动机附带霍尔元件作为车轮,电机为 3V 的直 流电机,每分的转速可以达到几千转,我们设定电机每转一圈为车轮转动 1 米,当 电机转动达到 1000 圈时,就表示已经到达了一公里,系统自动将当前的单价加到 总金额上。 表 5.1 的测试条件是:设定白天的单价是 2.5 元,起步价为 5 元(包含 3 公 里),分别行驶不同里程测得数据如下表。
公 里

4 7.5 7.602 4 4

10 22.5 22.498 10 10 35 35 15

15 90

37

49 120 119.978 49 49.02

59 145 145 59 58.023

理论 总金额 行驶 路程 实际 理论 实际

90.12 37 36.98

14.89

表 5.1 白天单价测试

表 5.2 测试条件是: 晚上的单价设定为 3.0 元, 起步价为 5 元 (包含 3 公里) , 分别行驶不同里程测得数据如下表。
公 里

4 8 8 4 4 26 26 10 10

10 41

15

37 107 107 37 36.98

49 143 143.01 49 49.02

59 173 173.01 59 58.023

理论 总金额 行驶 路程 实际 理论 实际

40.989 15 14.89

6 结论
由于使用的是 AT89S51 单片机作为核心的控制元件,灵敏的霍尔开关型器件
11

A44E 霍尔传感器,是本出租车计价器具有功能强、性能可靠、电路简单、成本低实 用性强等特点,加上经过优化的程序,使其有很高的智能化水平。但是在我们设计 和调试的过程中,也发现了一些问题,譬如计价的金额位数有限,实际的里程可能 会很远,会超出我们的显示范围。虽然 AT89S51 单片机具有较强抗干扰能力,虽然 其抗干扰能力不如 PLC,但是 PLC 价格较贵,不符合以经济为主的设计原则,虽然 有上述种种的不足。但是用单片机运行效果仍然令人满意,同时也证明了本方案的 正确性。 本款出租车计价器的设计还不够人性化,比如本次设计按键方面还可以运用 8279 芯片控制,使其具有更高的控制运行功能。8279 是专用键盘、显示控制芯片, 能对显示器进行自动扫描;能识别键盘上键的符号;可充分提高 CPU 的工作效率。 另外还可以加上语音的提示功能和自动打印票据功能等,这样以单片为核心设计的 出租车计价器会更加有生命力,以符合当代社会的服务标准。

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为期两个月的毕业设计即将接近尾声,在张老师的亲切指导和同学的帮助下, 此次设计才得以完成,在此向所有给予我此次毕业设计指导和帮助的老师和同学表 示最诚挚的感谢。 首先,向本设计的指导老师——张咏梅老师表示最诚挚的谢意。在自己紧张的 工作中,仍然尽量抽出时间对我们进行指导,时刻关心我们的进展状况,督促我们 抓紧学习。张老师给予的帮助贯串于设计的完全过程,从借阅参考资料到现场的实 际操作,他都给予了指导,不仅使我学会运用书本中的知识,更学会了学习操作方 法。也懂得了如何把握设计重点,如何合理安排时间和论文的编写,同时在毕业设 计过程中,他和我们在一起共同解决了设备出现的各种问题。 其次,要向给予此次毕业设计帮助的老师们,以及同学们以诚挚的谢意,在整 个设计过程中,他们也给我很多帮助和无私的关怀,更重要的是为我们提供不少技 术方面的资料,在此感谢他们,没有这些资料就不是一个完整的论文。 另外,也向给予我帮助的所有同学表示感谢。 总之,我的设计是老师和同学共同完成的结果,在设计的两个月里,我们合作 的非常愉快,教会了我许多道理,是我人生的一笔财富,我再次向给予我帮助的张 老师和同学表示感谢!

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参考文献
[1] 李群芳,黄建.单片机微型计算机与接口技术.北京.电子工业出版社,2001 [2] 马淑华,王凤文,张美金.单片机原理与接口技术.北京.北京邮电大学出版 社,2005 [3] 张迎新.单片微型计算机原理、应用及接口技术.北京.国防工业出版社.1996 [4] 张鑫,华臻,陈书谦.单片机原理及应用.电子工业出版社,2005.P110—136. [5] 丁元杰.单片微机实题集与实验指导书.机械工业出版社,2004.P124—125. [6] 董辉.汽车电子技术传感器.北京.北京理工大学出版社.1995 [7]魏永昌.单片机外围电路设计.北京.电子工业出版社.2006

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