模拟出租车计价器的设计本科毕业论文.docx

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模拟出租车计价器的设计本科毕业论文

本科生毕业设计（论文）

题目：

模拟出租车计价器的设计

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

注意事项

1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词

4）外文摘要、关键词

5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：

引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：

理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：

任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：

按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

3）其它

模拟出租车计价器的设计

摘要

随着社会的快速发展，人民生活水平的不断提高，虽然私家车的售卖数量在不断的提升，但出租车作为一个方便、快捷、舒适的交通工具，在每一个城市，依然扮演着非常重要的角色。

出租车计价器是一种交易准则，它是针对乘客与司机双方的一种交易准则。

出租车计价器是出租车行业发展过程中的重要标志，是出租车中重要的设备。

一个性能优良的出租车计价器无论是对乘客还是司机来说都是非常必要的。

随着各个地区生活水平的不同，对出租车的计费有着不同的标准。

研究一个简易、计价精准、可靠性高的计价器是还是很有发展前景的。

随着单片机性能不断提高而价格不断下降，单片机控制在越来越多的领域得以应用。

鉴于上述要求，本次毕业设计采用传统的设计模式，利用软硬件结合的方式来设计出租车计价器。

在整个项目开发过程中，由单片机AT89S52控制，通过记录安装在车轮上的光电传感器发出的脉冲个数，实现正常的里程计数，通过软件在实现里程数和车费的函数关系，并将里程数和车费在LED数码管中显示出来。

在整个毕业设计设中需要根据要求设计电路原理图，PCB电路图绘制，电路板制作，元器件焊接，软件编程，调试等实现出租车计价器的制作。

关键词：

单片机，数码管，显示，计费，控制，传感器

Simulationofthetaxi meterdesign

Abstract

Withtherapiddevelopmentofsociety,people’slivingstandardscontinuetoimprove,althoughthenumberofprivatecarsinthesaleofcontinuousimprovement,butthetaxiasaconvenient,fast,comfortablemeansoftransportation,ineverycity,stillplaysaveryimportantrole.Taximeterisbothpassengersanddriversofthetradingstandards,itisanimportantsymbolofthetaxiindustry,istheimportantequipmentinataxi.Withgoodperformanceoftaximeterwhetheritisnecessaryforpassengersordrivers.Asthelivinglevelofeachareaisdifferent,onthetaxibillinghavedifferentstandards.Studyonasimple,accurate,highreliabilityvaluationofthemeterisstillverypromising

WithMCUperformanceiscontinuallyimprovedandthepricedropscontinuously,MCUcontrolhasbeenappliedinmoreandmorefields.Inviewoftheaboverequirements,thedesignadoptsthetraditionaldesignpattern,bymeansofcombiningsoftwareandhardwaretodesignataximeter.Throughouttheprojectdevelopmentprocess,controlledbyAT89S52,thenumberofpulseissentbyPhotoelectricsensorrecordsarrangedonthewheel,achievenormalmileagecount,throughthesoftwarefunctionrelationbetweentherealizationofmileageandthefare,andthemileagefareanddisplayedintheLEDdigitaltube.Inthecompletesetofneedsaccordingtotherequirementofcircuitschematicdesign.PCBcircuitdiagramdrawing,circuitboardmanufacturing,weldingcomponents,softwareprogramming,makingdebuggingetc.achievetaximeter.

KeyWords:

MCU,Digital,Tube,Display,Charging,Control,Sensor

第1章绪论

1.1研究背景

随着我国科技的迅速发展，国民生活水平的显著提高，城市的交通日趋完善，出租车的计价器也得到越来越广泛的运用。

虽然如今的私家车拥有量在不断地提高，但是出租车还是在我们国家的交通中承担着非常重要的角色，出租车计价器是出租车汽车上不可或缺的重要仪器，出租车计价器是负责出租车收费的智能化仪表。

在使用中不仅要求计价器的性能稳定、计价准确而且对它的功能要求也越来越高。

最近几年来，出租车已渐渐成为我们国家城市公共交通的重要组成部分，也是现代化城市中的一种基础设施。

出租车已成为了人们工作、生活中不可或缺的一种交通工具。

出租车的服务行业与出租车计价器存在紧密的关联，因为只有出租车内部安装了出租汽车计价器该出租车才能在营运中为司机与顾客提供更加的方便快捷的服务。

出租车计价器它是能够依据顾客在乘坐该车中，按照出租车行驶的距离与每公里的单价和等候时间换算的函数进行金额计算的一种计量仪器，并能够在显示器上显示消费总金额的一种计量器具。

出租车计价器是公平交易的一种工具特别在出租车的经营者和乘客之间。

因此计价器的计价是否准确，直接关系到了经营者和消费者之间的金钱利益。

依据我们国家的相关法律和法规，出租车的计价器已经列入国家首批需要强制检定的工作计量器具之一，出租车计价器也成为近几年来国家质量技术监督部门重点检测的六类计量器具之一。

出租车行业在我国是八十年代初产生的一项新行业，伴随着国民经济的高速发展，出租汽车基本已经成为了城市公共交通中的重要组成部分。

在出租车发展的前几年里，国内使用的计价器只是具备着单一的计算金额功能。

1.2研究意义

出租车在城市交通中扮演着非常重要的角色，出租车行业的健康和发展也获得越来越多人的关注。

出租车计价器在乘客和司机双方之间的扮演着非常重要的角色，它是双方交易的准则，是出租车这个行业能够健康发展的重要因素，是出租车中非常重要的工具。

出租车计价器的准确性影响着交易双方的利益。

一个有着性能良好的出租车计价器不管是对出租车司机还是乘客来说都是非常必要的。

能够研究出一款既简单实用又能够符合实际情况的出租车计价器相当于为出租车行业做出一份伟大的贡献。

1.3研究内容

根据任务的设计要求，本设计选择采用以AT89S52单片机为主要控制器件，实现对出租车计价器的多功能设计。

出租车计价器显示的营运金额是营运里程与价格的函数,其中等候时间按照每5分钟等待时间相当于里程数增加1公里。

出租车计价器通过光电传感器与模拟车轮相连接。

出租汽车的实际里程通过传感器的脉冲信号在计价器里折算成一定的计价营运里程。

针对这一点我们来利用单片机作为控制核心，设计一款出租车计价器，具有计价显示、等待时间计价，公里数显示，等候时间显示等相关功能。

1.4论文组织

本篇论文首先介绍了出租车计价器的目前的运用现状和运用的意义。

然后根据设计任务要求，介绍了本次毕业设计的模拟出租车计价器的系统原理，硬件部分核心部件单片机的内部构造，及其应用原理，和软件部分程序编程。

第2章出租车计价器的设计

2.1功能设计

（1）用前4位数码管实时显示里程数，单位为公里，最后一位为小数位；用后4位数码管时时显示金额数，单位为元，最后一位为小数位。

（2）规定出租车单程价格为2元/公里，往返则价格为1.5元/公里；单程/往返分别由“单程”按键和“往返”按键设定。

（3）车速＜5公里/小时的时间累积为总等待时间（分钟），每5分钟等待时间相当于里程数增加1公里。

（4）起步公里数为3公里，价格为8元；若实际运行大于3公里，按“设计任务2”计算价格。

（5）必须充分利用比赛指定的硬件平台上的资源进行设计。

（6）用单片机控制电机转动，并用光电传感器检测转盘转动模拟车速，车速与转盘转速成正比。

转盘转速为5转/秒对应车速为5公里/小时，转盘转速为50转/秒对应车速为50公里/小时，依此类推。

（7）要求公里数检测误差不超过±10％。

（8）到达目的地后，按“暂停”键，计价器可暂停计价。

（9）按“清除”键，计价器能将记录数据（里程、等待时间与价格等）自动清0。

（10）按“查询”键，能自动显示总等待时间T，再按下该键回到显示里程数、金额状态。

2.2概要设计

利用单片机众多的IO端口，和他灵活的控制性，可以实现基本的里程计价功能和价格选择、时间显示控制等功能。

不但能实现所要求的功能而且能在很大的程度上扩展功能，而且还可以方便的对系统进行升级[2]。

该设计是采用键盘的控制，用键盘控制来决定行驶的单返程、模拟车速的大小、计费的开始及计费的结束。

通过光电传感器记录的车速经过软件程序的换算来实现。

烧入程序的单片机芯片实现所有的计数等相关的功能，然后通过单片机的输出，输出到数码管上，实现里程与金额的显示。

模拟出租车计价器的概要设计如图2-1所示。

图2-1系统设计概要图

第3章出租车计价器的硬件设计

3.1硬件设计

单片机是单片微型计算机的简称，单片机以卓越的性能，在各个方面的到了广泛的运用。

在这次设计中，我们用到单片机的多个口来实现本设计的功能。

在下面的介绍中将会对单片机的接口进行详细的介绍。

在本次设计中，几乎用到了单片机的所有的接口。

在数据采集部分本系统采用光电传感器进行数据的采集，并通过程序的运算来实现对模拟出租车的行驶公里数的模拟计数。

光电传感器的原理是通过把光强度的变化转变成为电流信号的变化来实现控制的。

光电传感器在通常情况下，是由三个部分组成的，第一部分为发射器，第二部分为接收器和第三部分的检测电路。

发射器在工作中是不间断的发射光束，发射光束源至于半导体。

接收器是由光电二极管、光电三极管和光电池三个部分组成。

接收器前面，装载着光学元件。

其后是检测电路，它能够滤出需要的信号并且应用该滤出的信号[3]。

显示部分采用的是2个4位数码管的显示方案显示公里数和费用。

数码管可以按照不同的方式进行划分。

数码管如果按段数可分为七段数码管和八段数码管，八段的数码管比七段的数码管多一了个发光的二极管单元[7]，也就是多一个DP即小数点，这个小数点可以更精确的表示数码管想要显示的内容。

数码管可以按照能显示多少个（8）划分为1位、2位、3位、4位、5位、6位、7位等数码管。

数码管可以按照发光二极管单元的连接方式将数码管划分为共阳极数码管与共阴极数码管。

共阳数码管是存在着公共阳极（COM）的数码管，它是将所有发光二极管的阳极接到一起形成的，在实际应用共阳的数码管时需要将公共极的COM连接到正5V的电源极上，当数码管的某一字段发光，则它的二极管的阴极为低电平时，其相对应的字段就会点亮，当数码管某一字段的阴极是高电平的时候，其相对应的字段就不会进行点亮。

共阴的数码管是存在共阴极（COM）的数码管，它是将该发光二极管的阴极部分连接成一个接口形成的，在实际应用时共阴的数码管应该把公共极的COM接到电源极GND上，当数码管某一字段发光，则它的二极管的阳极为高电平时候，其相对应的字段就会被亮，当某一字段的阳极为低电平时，其相对应的字段就不会被点亮。

3.2单片机模块说明

AT89S52单片机是一种功耗低、性能高的8位微控制器，它具有8K的在系统可编程Flash存储器。

AT89S52单片机芯片使用了Atmel公司中高密度非易失性存储的制造技术，它能够与工业的80C51产品在指令和引脚上能完全兼容。

片上的Flash将允许程序存储器在系统中可以进行编程，同时也可适用于常规的编程器。

在单片机的芯片上，拥有灵活的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52在为众多嵌入式控制的应用系统中提供高灵活、有效的解决方案。

AT89S52具有以下标准功能：

8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。

另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

3.2.1单片机的主要性能

AT89S52单片机具有相当强大的功能，它具备的性能基本能够实现在使用单片机制作的一些成品器件。

单片机的主要性能如下：

1.该产品能够与MCS-51产品兼容

2.8K在系统中可编程的Flash存储器

3.1000次的可重复擦写周期

4.具有看门狗定时器

5.允许全静态的操作：

0Hz～33Hz

6.存在三个16位定时器/计数器

7.具有32位可编程的I/O口线

8.内部存在八个的中断源

9.低功耗空闲与掉电模式

10.全双工UART串行通道

11.加密程序存储器三级性

12.指针双数据

13.在掉电后中断具有可唤醒性

14.掉电标识符

3.2.2引脚结构说明

AT89S52单片机芯片具有众多的/O口，具有卓越的性能，下面将对单片机的各个接口进行详细的介绍。

单片机的引脚如图3-1所示：

图3-1单片机引脚图

VCC:

电源

GND:

接地

P0口：

它是双向8位的漏极开路的I/O口。

P0口作为一个输出口，每一位可以驱动8个TTL逻辑电平，所以就会有64个。

如果对P0端口进行写“1”处理时，该引脚的输入的类型是用作高阻抗的输入。

当芯片需要访问外部的程序和外部数据存储器时，P0口将被作为低8位地址的数据复用。

在这种情况下，P0口具有的是内部的上拉电阻。

在flash编程时，P0口也可以用来接收指令字节。

输出指令字节是在程序校验的时候，并需要外部上拉电阻。

P1口：

在其内部具有上拉电阻，P1口是8位双向I/O口，系统的4个TTL逻辑电平可由P1口的输出缓冲器驱动。

当对P1端口进行写“1”时，其内部存在的上拉电阻将会把端口值拉高，这个时候的P1口可以做输出口使用。

当P1口作为输入口时，其内部上拉电阻将会把端口拉低，将会输出电流（IIL）。

此外，P1.0、P1.1、P1.5、P1.6、P1.7具有第二功能，具体功能如下表3-1所示。

表3-1P1口第二功能表

引脚号

第二功能

P1.0

T2（定时器/输入T2（计数器）的外部计数），时钟输出

P1.1

T2EX（定时器/T2的捕捉/方向控制和重载触发的信号）

P1.5

MOSI（系统编码中使用）

P1.6

MISO（系统编码中使用）

P1.7

SCK（系统编码中使用）

P2口：

其内部具有上拉电阻，P2口时一个8位双向I/O口，P2的输出缓冲器能够驱动4个TTL逻辑电平。

当对P2的端口进行写“1”时，其内部上拉电阻将会把端口拉高，此时P2口可以作为输入口使用。

当P2口作输入用时，在其内部的上拉电阻将会把端口拉低，将会输出电流（IIL）。

在芯片访问的是外部程序存储器或者在用16位的地址读取外部数据时，P2口给系统发送出的是高八位的地址。

P3口：

P3口同P1与P2类似，它具有内部的上拉电阻也是一个8位的双向I/O口，P3输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

当对P3的端口进行写“1”处理时，其内部上拉电阻将会把端口拉高，这个时候的P3口可以做输出口使用。

当P3口作为输入口时，其内部上拉电阻将会把端口拉低，将会输出电流（IIL）。

P3口也存在第二功能，如下表所示。

在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号[8]。

表3-2P3口第二功能表

引脚号

第二功能

P3.0

RXD（串行输入）

P3.1

TXD（串行输出）

P3.2

INT0（外部中断0）

P3.3

INT0（外部中断0）

P3.4

T0（定时器0外部输入）

P3.5

T1（定时器1外部输入）

P3.6

WR（外部数据存储器的写选通）

P3.7

RD（外部数据存储器的写选通）

RST:

叫做复位输入。

工作状态下，给复位输入的引脚持续2个机器周期的高电平将使单片机复位。

在看门狗计时器完成计时后，RST引脚输出的是96个晶振周期的高电平。

ALE/PROG：

叫做地址锁存控制信号（ALE），当ALE访问外部的程序存储器时，系统中需要的是将低8位的地址锁存输出脉冲。

在编码过程中，此引脚（PROG）也可以用作编程输入脉冲。

通常情况下，ALE输出脉冲的脉冲式以晶振的六分之一频率输出，ALE可以用作外部的定时器或者时钟。

需要强调的是，单片机在访问外部的数据存储器时，ALE产生的脉冲就会跳过。

PSEN:

是外部程序存储器选通信号。

当AT89S52单片机从外部的程序存储器中执行外部代码时候，PSEN在每个机器周期中被激活两次，PSEN在访问外部的数据存储器时，PSEN将不被激活[9]。

EA/VPP:

它能够从位置为0000H到位置FFFFH的外部存储器中读取我们需要的指令，EA脚必须要进行接GND处理。

在系统内部为了执行它的程序指令，EA的接口应该接电池的VCC端。

在flash编程这段时间里，EA也能够接收电压为12伏特的VPP。

XTAL1:

是内部时钟发生电路的输入端和振荡器反相放大器

XTAL2:

在使用中它是振荡器的反相放大器的输出端。

3.3显示模块说明

本设计采用八段数码管动态扫描来显示。

数码管的封装图及4位数码管的管脚关系如下图所示：

图3-2数码管封装图

四位数码管封装的管脚关系如图3-3所示。

图3-3位数码管管脚图

其中，图中的1，2，3，4分别是四个数码管的位置，a，b，c，d，e，f，g分别是数码管的字段。

LED的显示模块是由发光二极管组成的，发光二极管显示字段是数码管的发光显示器件。

在应用单片机的系统中常常使用的是七段的数码管显示。

这种显示的数码管有共阴和共阳两种器件，如上图3-2所示，共阴极的LED的阴极共同接地，当某一个发光二极管的阳极为高电平时，该发光二极管将会被点亮。

共阳极的LED的阳极并接接正电压，当某个二极管的阴极为低电平时，该二极管将会被点亮。

3.3数据采集模块介绍

里程计算是通过安装在车轮上铁片，经过光电传感器检测到的信号，送到单片机，经处理计算,送给显示单元的。

其原理如图3-4所示。

图3-4光电传感器测距原理图

光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，光电传感器是通过光电接收元件接收的光通量不同变化产生不一样的电流制成的，在实际中存在多样化的光学测控系统，按照光电元件的输出量的性质可以分成两种，模拟式和脉冲式这两种光电传感器。

模拟式光电传感器的原理是将被测量值转变成连续变化的光电流，光电流和被测量间呈现的是一一对应的关系。

模拟式的光电传感器如果按照以检测目标物体产生的发射光的不同方法可以分为三大类：

漫反射式、透射（吸收）式和遮光式（光束阻档）。

本设计以用单片机控制电机转动，并用光电传感器检测转盘转动模拟车速，车速与转盘转速成正比。

转盘转速为5转/秒对应车速为5公里/小时，转盘转速为50转/秒对应车速为50公里/小时，依此类推。

通过在程序中设置的里程和金额的信息，就可以在数码管上分别显示总金额和总里程。

第4章出租车计价器的软件设计

本系统的软件设计主要可分为主程序模块、定时计数程序、里程计数程序、中途等待程序、显示程序、键盘程序等六大模块[2]