基于单片机的出租车计费器的大学学位论文.docx

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基于单片机的出租车计费器的大学学位论文

（2015届）

本科毕业设计（论文）资料

题目名称：

基于单片机的出租车计费

系统的设计

学院（部）：

电气与信息工程学院

专业：

电子科学与技术

学生姓名：

杨环宇

班级：

电科1101

学号11401701312

指导教师姓名：

周玉

职称副教授

最终评定成绩：

湖南工业大学教务处

2015届

本科毕业设计（论文）资料

第一部分毕业论文

（2015届）

本科毕业设计（论文）

学院（部）：

电气与信息工程学院

专业：

电子科学与技术

学生姓名：

杨环宇

班级：

1101

学号11401701312

指导教师姓名：

周玉

职称副教授

最终评定成绩

2015年5月

摘要

随着我国国民经济的快速发展,出租车已经逐渐成为城市公共交通的主要组成部分。

而出租车计价器作为出租车行业发展的主要标识,是出租车中最显著地工具。

影响到买卖两方的利益。

所以从使行业管理进步以及减少司机与乘客的纠纷出发,具备良好功能的计费系统对出租车司机和乘客来说都是十分必须的。

随着电子技术的迅速发展,出租车计费系统技术也在不断加强和提高。

其功能也趋向于多元化,但出租车计价器计费能否精准、出租车司机是否舞弊才是乘客最关心的地方,而计价器营运数据的制度是否便当才是出租车司机最关心的。

因而怎么设计出一种既能避免司机舞弊又能使司机得到便利的计价器势在必行。

采取单片机的设计,,用较少的硬件和适宜的软件相互配合能够很容易地完成设计要求,用较少的硬件和合适的软件相互协调可以十分简单地实现设计要求,不仅能通过软件编程完成所要求的性能并且能在关键的步骤上扩大功能,还可以便利的对系统停止升级。

所以本次课程设计利用单片机技术来完成一台多功能出租车计价器,具有功能可靠、电路简单、成本低廉等特点。

应用单片机多样性的IO端口,及其控制的机动性,及其机动性的可控性。

总体来说单片机开发的体系以其体积小、重量轻、功耗低、速度快、成本低、保密性好而脱颖而出。

总体来说单片机开发的体系以其体积小、重量轻、功耗低、速度快、成本低、保密性好而脱颖而出

关键词：

出租车计价器，单片机，系统

ABSTRACT

WiththerapiddevelopmentofChina’snationaleconomy,thetaxihasbecomeanimportantpartoftheurbanpublictransport.Andthetaximeteristheimportantsymbolinthedevelopmentofthetaxiindustry,alsoisthemostimportanttoolinthetaxi.Itisthetradingstandardsofthepassengersandthedrivers,relatedtothebenefitofthecounterparties.Tostrengthentrademanagementandreducethedisputesofthedriverandpassenger,withagoodperformancetaximeterareverynecessaryfordriversandpassengers.Withthedevelopmentofelectronictechnology,thetaximetertechnologyisalsocontinuedtoprogressandimprove.Thetaximeter’sfeaturesalsotendtodiversify.Whetherthetaximeterbillingisaccurateandtaxidriverscheatingismostconcernedbythepassengers.Ontheotherhand,thetaximeteroperationdatamanagementisthetaxidriversaremostconcernedabout.Sohowtodesignonecaneffectivelypreventthedriverfromcheatingbutalsoconvenientfordriversmeterisparticularlyimportant.Thetaximeterdesignedbymicrocontrollerrelativetotheanalogcircuitanddigitalcircuitdesignedismorepowerfulwitheachother,withlesshardwareandappropriatesoftwarecaneasilyachievethedesignrequirements,andflexibility,notonlycanextendedfunctionalitythroughsoftwareprogramtoachievetherequiredfunctionsandtoalargeextent,butalsoeasytoupgradethesystem.Thecurriculumdesignusingmicrocontrollertechnologytoachieveamulti-purposetaximeter,withreliableperformance,thecircuitissimpleandlowcost.MakinguseoftheaplentyIOportofmicrocontrollerandtheflexibilityincontrollingistoachievethebasicmileagepricingandpriceoptions,thetimedisplayandcontrolfunctions.

Allinall,themicrocontrollerdevelopmentsystemcometotheforebecauseofitssmallsize,lightweight,lowpowerconsumption,highspeed,lowcost,confidentiality.

Keywords:

multifunctionaltaximeter,microcontroller,syste

摘要I

ABSTRACTII

第1章引言1

第2章系统总体方案设计2

2.1设计思想2

2.2实现功能2

2.3设计方案2

2.4方案确定3

第3章硬件电路设计4

3.1振荡电路4

3.2复位电路设计5

3.3键盘接口电路5

3.4显示电路6

3.5语音提示电路7

3.6出租车里程计数电路8

第4章软件设计10

4.1软件功能概述10

4.2单片机软件模块设计10

4.2.1中断子函数10

4.2.2判键子程序11

4.2.3显示子程序11

4.2.4计价子程序12

4.3总程序流程图13

第5章系统仿真15

5.1Proteus介绍15

5.2Proteus仿真结果15

心得体会18

参考文献19

致谢20

附录1原理图21

附录2程序清单22

第1章引言

随着改革开放以来，人们普遍的都达到了一定的富裕程度，尤其是最近十几年，人们生活水准大大提升了一个等级。

而随着生活水准的提高，人们的出行活动也越发增多，虽然私家车已大大普及，但出租车依旧在交通工具中占有极大比例，担任着极为重要的角色。

随着出租车行业的发展，出租车已成为大众化的交通工具，在人们日常生活，出行工作等方面成为了人们必不可少的代步工具。

所以人们对于出租车行业的健康发展也投入了更多的关注。

出租车必须安有租车计费系统才能进行营运，因此出租车行业与与出租车计费系统的关系也更加紧密，而出租车计费系统也随着出租车行业的发展而更加完善

出租车计费系统是根据出租车行驶路程的长短来进行计费的一种机器，是出租车司机与出租车乘客之间用于结算费用的一种重要工具，所以出租车计费系统是否精确，直接关系到司机与乘客双方的利益。

随着出租车行业的迅速发展，出租车行业已逐渐成为外地人进入一个城市后权衡这个城市的现代化与文明程度的第一窗口，出租车计费系统已不仅仅成为了司机与乘客之间交易的一把“秤”，还直接反映出这个城市的道德水平高低。

所以为了加强对出租车行业的管理，减少出租车经营者与出租车消费者之间的纷争，对出租车计费系统进行进一步开发，使出租车计费系统更加精确简单，具备更加良好的性能对于出租车经营者与出租车消费者来说是十分必须的。

所以出租车计费系统的研究十分具备现实意义。

第2章系统总体方案设计

2.1设计思想

所谓出租车计费系统就是通过传感器与车辆相连,实际里程通过传感器的脉冲信号在计价器里转化计价,明白了这个,我们就可以用单片机做控制中心,以键盘接口电路作为调整，振荡电路提供信号，显示电路显示单价，路程与总费用，语音提示电路进行报价以及语音提示，复位电路在系统死机或出故障时进行复位，里程计数电路算出实际行驶的路程，设计出租车计费系统,系统结构图如下图2.1所示:

图2.1系统结构图

2.2实现功能

（1）在车辆启动后系统拥有自动计价的功能。

（2）在运行过程中会实时显示出租车的运行里程及总价格；当出租车停止工作时会显示总费用。

（3）系统具有计价预置、计价暂停、金额查询、语音提示等功能。

（4）计费功能,费用的计算是按行驶里程收费。

设起步价为5.00元,当里程小于或等于2km时，按起价计算费用,当里程大于2km时，每公里按1.2元计费。

2.3设计方案

方案一:

采用数字电子技术，采取外围的晶振电路作为时钟脉冲信号,采取计数芯片对脉冲对脉冲进行计数和分频处理,最终经过使用译码电路对数据进行译码,将译码得到的数据送给数码管显示,但电路过于简单,并且也没办法尽行计价预置、计价暂停。

方案二:

采取EDA技术,依据层次化设计原理,该设计可分为控制模块,,译码和动态扫描显示模块，计量模块,分频模块,其中控制模块是系统核心,可以对计价器进行控制,计量模块可以完成计价,计程与计时功能,分屏模块可以提供时钟信号,为各模块基础,译码模块可以完成各种数据的显示,此方案需要用VHDL语言进行编程,实现各基本功能.

方案三:

采用单片机技术,以AT89C51单片机为核心,作为系统的主控制器,应用单片机丰富的端口及其控制的灵活性,完成基本的里程计价,以及计价预置、计价暂停功用,可以较好地实现要求。

2.4方案确定

本设计的电路中的计价器不但须要完成基本计价,还要实现计价预置、计价暂停、金额查询、语音提示等功能。

经过三种方案相比,我们能够知道采取数字电子技术,所制造的计价器整体有比较大的规模,用的器件较多,较容易造成故障。

而且功能难以达到预期,一旦进行的功能较多,就可能造成机械开关的损坏。

。

为此我们采用单片机AT89C51进行设计,也就是采用第三种方案,相对来说性能愈加强大,用相对较少的硬件和适当的软件相互配合可以很容易的完成设计要求,且灵活性较强,有比较大的活动空间,可以通过编程来完成更多的功能,方便对系统进行晋级和扩大。

采用AT89C51单片机芯片进行控制电路较为简略且省去了很多繁杂的线路,用其来设计一个出租车计费系统,具有可靠的性能,并且控制简单,成本低廉、电路简单易懂。

总而言之,单片机开发的系统以其独有的小体积、轻重量、低功耗、速度快、低成本、良好的保密性从三种方案中崭露头角。

第3章硬件电路设计

本次设计采用以AT89C51为核心，因为AT89C51是一种比较适合初学者的类型，在功能方面其具备传统的8051和8031系列的指令系统和引脚，而且在当今也较为流行。

采用LCD1602液晶显示屏，显示单价、总金额、总路程，采用传感器与555定时器组成里程计数电路。

3.1振荡电路

本设计的振荡电路借助了单片机的引脚功能来实现,芯片外并接石英晶体振荡器和两只电容与单片机内部反相放大器相连。

这样就形成一个稳固的自激振荡器。

振荡电路脉冲通过二分频后作为系统的时钟信号,再在二分频的基础上三分频产生ALE信号,此时得到的信号时机器周期信号。

本设计中振荡电路使用的是12MHz的无源晶振，外接两个电容进行匹配，使其能够起振。

在允许范围内，这两个电容的取值越低越好，其值偏大虽有利于振荡器的稳定，但是会增加起振时间。

本设计中选用20pf的电容。

单片机的工作频率是有范围的，一般情况下都是选用12MHz的晶振，频率过高的话会造成单片机无法稳定运行。

振荡电路如图3.1所示:

图3.1振荡电路

3.2复位电路设计

本设计采用上电复位。

当系统产生错误时即可使用，使系统进行清零重新计算。

在开始上电时，电容两端的电压在此前为零且不能突变，所以上电瞬间RST输出为高电平对系统进行复位，然后电容C2通过电阻R12充电使其两端的电压逐渐增高直至等于VCC，RST输出也逐渐降低直至为0V，停止对系统的复位作用使之进入正常状态。

在电路图中，电容的的大小是10uf，电阻的大小是10k。

所以根据公式，可以算出电容充电到电源电压的0.7倍（单片机的电源是5V，所以充电到0.7倍即为3.5V），需要的时间是10K*10UF=0.1S。

也就是说在电脑启动的0.1S内，电容两端的电压时在0~3.5V增加。

这个时候10K电阻两端的电压为从5~1.5V减少（串联电路各处电压之和为总电压）。

所以在0.1S内，RST引脚所接收到的电压是5V~1.5V。

在5V正常工作的51单片机中小于1.5V的电压信号为低电平信号，而大于1.5V的电压信号为高电平信号。

所以在开机0.1S内，单片机系统自动复位（RST引脚接收到的高电平信号时间为0.1S左右）。

复位电路图如下图3.2所示：

图3.2复位电路

3.3键盘接口电路

本设计中采用独立式键盘，在P2口上有四个按键，RI-R4位上拉电阻，当没有按键按下的时候每个引脚的电平位高电平，电阻起上拉的作用把四个引脚口拉成高电平，当按下其中一个按键的时候，对应的引脚口会变成低电平，单片机根据引脚的电平高低来进行判断是否有按键按下。

第一个按键为启动/停止按键，按键控制电路中，单片机的P2.3管脚接启动/停止按键，通过软件编程，当按下按键计数器开始工作，开始计价。

当弹起按键时，计数器停止工作，停止计价，启动/停止按键带自锁功能。

此时，液晶显示屏上显示（总路程、总费用）；按下启动按键，开关处于导通状态，这时给P2.3送低电平信号，这时TR0=1,计数器开始工作，调用计价子程序开始计价。

按下第二个按键，可以增加价格，按下第三个按键，可以减少价格，按下第四个按键，清零按键接单片机的P2.6管脚，按下清零按键，P2.6为低电平，用于将显示数据清零，在程序中给各位赋0代码，以达到清零的目的，方便下次计价。

键盘接口电路如图3.3所示：

图3.3键盘接口电路

3.4显示电路

对于显示电路我们采用字符型液晶显示,LCD1602液晶显示价格较低且机身很薄,适合我们进行出租车的里程与总金额显示。

1602的控制数据输入区，接在P0的引脚上，外加了一块上拉电阻，用来输出的电平高低。

液晶电路使用时,假设发现液晶不亮能够调理连接液晶的点位器,改动液晶的亮度。

LCD1602中最为重要的三个引脚是RS，RW与E三个引脚，在它们工作时E是LCD模块使能控制端，RS是MUS写入数据或指令选择端，MUS写入指令时，RS需要高电平，写入指令时，RS需要为低电平，RS是读写控制端，为高电平时读取数据，为低电平时写入数据。

所以在RS与RW工作时需要进行读写，而单片机89C51P0口无法输出高电平，P1口，P3口无法实现读写过程，而P2口满足高低电平要求，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容，所以RS，RW与E三个引脚接在P2口。

LCD1602中第二个引脚VL是LCD对比调节端，其接地电源时有较高的对比度，所以在本次设计中引脚二接地，而D0-D7是它的八位数据总线，在写数据时D0-D7位就是数据显示位，它们与P0口相连，而由于P0无法输出高电平，为了给LCD提供电流，则必须加入上拉电阻，通过上拉电阻给LCD导电。

否则LCD无法工作。

显示电路如下图3.4所示：

图3.4显示电路

3.5语音提示电路

语音提示电路电路图如下图3.5所示：

图3.5语音提示电路

首先接XTAL1和XTAL2端口的C1，C2以及石英振荡器是外接时钟振荡电路。

接RST端口的是重置开关。

Port1.0（P1.0）是信号输出端口用来控制开关Q2。

如果P1.0输出高电平，则开关Q2打开，speaker发声，如果P1.0输出低电平，开关Q2关闭，speaker不发声。

3.6出租车里程计数电路

本设计的出租车的里程计数系统利用单片机AT89C51的12引脚外部中断INT0，来计数汽车行驶的里程数，INT0位单片机外部中断0；方式位下降沿触发，当外部产生一个有高电平到低电平的信号时，单片机会产生一次中断，中断函数会记一次脉冲，如果一个脉冲信号是1米，1公里是1000个脉冲信号，通过这些信号脉冲来计量行驶的多少里程。

本设计利用555定时器，做了一个时基模块，就是利用555定时器构成多谐振荡器，由于多谐振荡器没有稳定的输出状态，只有两个暂稳态。

在电路处于某一暂稳态后，经过一段时间可以自行触发翻转到另一暂稳态。

两个暂稳态自行相互转换而输出一系列矩形波的特性，我们可以定时多久产生一个脉冲。

在本设计中，我定义的是多谐振荡器产生低电平时光电耦合器方才导通，所以可以计算出多谐振荡器产生低电平的时间也就是导通时间为

T1=R9C1In2=10K*50UF*0.7=350ms,

输出高电平时间为T2=（R8+R9）C1In2=（10+10）K*50UF*0.7=700ms，

振荡周期T3=（R8+2R9）C1ln2=（10+2*10）K*50UF*0.7=1050ms

计数电路电路图如下图3.6所示。

图3.6出租车里程计数电路

而由于光电耦合器是高电平导通，所以用上拉电阻R7将低电平转换为高电平，高电平导通光电耦合器后，再由光电耦合器传递高电平给NPN三极管。

由于三极管接收高电平的地方是基极，为了让外部中断INT0产生中断，所以三极管必须产生一个由高到低的电平，所以三极管集电极接地,输出低电平。

第4章软件设计

4.1软件功能概述

本次设计采用模块化的方法进行设计，多个模块彼此相互独立而又相互关联，彼此协调，在硬件电路已经确定后，需要功能完善且充足的软件指导和协调硬件的工作，是系统可以发挥出最大的功用。

本次设计的软件设计分为中断子程序设计，判断子程序设计，显示子程序设计，以及主程序设计。

4.2单片机软件模块设计

4.2.1中断子函数

关于中断程序,在系统还是运行时，系统首先进行初始化。

当外部产生一个有高电平到低电平的信号时，单片机会产生一次中断，中断函数会记一次脉冲，如果一个脉冲信号是1米，1公里是1000个脉冲信号。

所以只需不断计算中断的数量多少即可。

若是系统并未产生中断，则系统初始化，然后再一次进行判断，以下是中断子函数的流程图如图4.1所示:

图4.1中断子流程图

4.2.2判键子程序

对于独立式键盘判键，首先看是否键按下，如果没有键按下，则按键程序不启动，如果有键按下则延时一会儿，消除抖动，以及因意外碰上按键的情况，如果是意外，则按键程序不再进一步工作，再判断是否真的有键按下，如果确实有键按下，在判键释放，最后执行键功能程序。

判键子函数的流程框图如图4.2所示：

图4.2判键子程序流程图

4.2.3显示子程序

本图利用了液晶显示屏1602来显示单价，里程数，和总的价格，在系统后开始运行时，显示电路初始化，数据归零，在进行判断传感器中是否有信号，确认之后，如果有信号输入，则将信号传到里程计数模块进行里程中断，然后计算中断数量，以此计算出租车行驶的路程，在意计算出的路程计算出乘客所需付出的费用，再将这些数据传入显示模块进行显示。

如果传感器中并没有信号输入，则停止里程计数，将原有信号传给显示器,显示液晶显示程序流程图如图4.3所示:

图4.3显示子程序流程

4.2.4计价子程序

计价程序根据出租车行驶路程的不同而具有不同的单价，这就需要进行判断。

当路程小于或等于2公里时金额=5。

但路程大于两公里时，金额=5+（路程-2）*1.2。

计价子程序流程图如图4.4所示。

图4.4计价子程序流程图

4.3总程序流程图

在总程序中需要完成定时器，液晶显示，以及系统中各种参数的初始化，以及价格的计算，中断，判断循环的各种工作。

然后主程序开始运行，完成计费，计程，清零等功能，当按下S1时系统开始启动计价，根据传感器传输过来的信号进行中断，通过计算中断数量算出路程，判断出路程是否大于2公里，若已超过则采用里程计价，即超出两公里部分每公里1.2元计费，然后进行显示。

当出租车停止时，传感器不在传送信号，计价停止，显示乘客应付的费用，总流程图如下图4.5所示：

图4.5体程序的流程框图

第5章系统仿真

本章主要任务是进行系统的调试与仿真，任务是利用开发工具进行在线仿真调试，发现和纠正程序错误，同时也能发现硬件故障等问题。

程序的调试应模块化地进行，首先单独调试各功能子程序，检验程序是否能够实现预期的功能，最后逐步将各子程序关联起来总调。

联调需要注意的是，各个子程序模块之间能否正确传递参数，寄存器组是否有冲突，特别要注意各子程序的现场保护与恢复。

5.1Proteus介绍

Proteus软件是来自英国LabcenterElectronics公司的EDA工具软件，它具有强大的仿真功能，其功能模块分为下面几个部分：

（1）原理布图工具---ISIS，简单易懂但却功能强大。

（2）具有混合模型SPICE仿真---PROSPICE。

（3）ARESPCB设计。

Proteus的仿真器可以与微控制器软件结合使用动态的键盘，开关，按钮，LED甚至LCD显示CPU模型。

支持许多通用的微控制器,如PIC，AVR，HC11以及8051。