基于单片机的出租车计费系统的设计与实现.docx

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基于单片机的出租车计费系统的设计与实现

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摘要

出租车在现代城市交通系统中起着举足轻重的作用，为城市人民的生活出行带来了极大的方便，出租车计费系统的稳定、准确以及可靠直接关系到人民群众的切身利益。

因此设计一套计费准确可靠的计费系统显得非常重要。

同时，本系统涉及的知识面比较广，能够锻炼学生的各方面的专业知识，能够使学生把理论知识与实践相结合，对学生所学知识进行一次总结和审核。

设计一个基于单片机的出租车计费系统可以利用AT89C51单片机作为中心处理单元，结合霍尔传感器A44E来测量计算路程，以及使用数据掉电保护芯片AT24C02来存储数据。

该出租车计费系统能够实现数据的复位、白天/晚上转换、数据输出、计时计价、单价输出与调整、路程输出、超速报警等功能。

本设计不仅要完成计价器的基本功能，还能根据白天、黑夜、中途等待来调节单价。

关键词单片机；霍尔传感器；AT89C51；AT24C02

Abstract

Ataxiinmodernurbantransportationsystemplaysanimportantroleforthelifeoftheurbanpeople,broughtgreatconveniencetotravel.Thestableandaccurateandreliableofthetaximeterrelatesdirectlytothevitalinterestsofthepeople.Thereforedesigningasetofaccurateandreliablebillingsystembecomesveryimportant.

Meanwhile,thesysteminvolveswideknowledge,studentscanexerciseeveryaspectofprofessionalknowledgeandenablestudentstoputtheoryknowledgecombiningwithpractice.Itisasummaryandauditofknowledgeforthestudents.DesigningataxibillingsystembasedonSCMcanuseAT89C51asthecentralprocessingunit,combiningwithsensorofpressureA44Etomeasureandcalculatedistances,andtousethedataoffelectricityAT24C02tostoredataprotectionchip.Thetaxibillingsystemcanrealizethedatareduction,day/nighttranslation,dataoutput,timingvaluation,unitpriceoutputandadjustment,journeyoutput,speedingalarmfunctions.Thisdesignnotonlywanttocompletethebasicfunctionofthemeter,canalsoaccordingtothedayandthenight,midwaywaitingtoadjusttheprice.

KeywordsSCMsensorofpressureAT89C51AT24C02

1绪论

1.1系统研究背景

步入21世纪，出租车已经广泛地出现在我们周围。

随着人们生活水平的不断提高，出租车的使用频率也越来越高，出租车行业也以高质量的服务给人们带来了出行的享受。

但是由于行业的特殊性，出租车行业总存在着买纠纷，困扰着行业的发展。

而在出租车行业中解决这一矛盾的最好方法就是改良计价器，用更加精良的计价器来为乘客提供更加方便快捷的服务。

30年前，我国出现了出租车，但是由于当时的经济水平，出租车并没有普遍在我们生活中出现。

随着改革开放的深入，出租车行业的发展势头已十分突出。

如今出租车在我国的交通运输中承担着重要的角色，出租车计价器是出租车上必不可少的重要仪器，它是负责出租车营运收费的专用智能化仪表。

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。

我们都知道，只要出租车开动，随着行驶里程的增加，就会看到汽车前面的计价器里程数字显示的读数从零逐渐增大，而当行驶到某一值时（如5KM）计费数字显示开始从起步价（如10元）增加。

当出租车到达某地需要在那里等候时，司机只要按一下“计时”键，每等候一定时间，计费显示就增加一个该收的等候费用。

汽车继续行驶时，停止计算等候费，继续增加里程计费。

到达目的地，便可按显示的数字收费。

采用模拟电路和数字电路设计的计价器整体电路的规模较大，用到的器件多，造成故障率高，难调试，对于模式的切换需要用到机械开关，机械开关时间久了会造成接触不良，功能不易实现。

为此我们采用了单片机进行设计，相对来说功能强大，用较少的硬件和适当的软件相互配合可以很容易的实现设计要求，且灵活性强，可以通过软件编程来完成更多的附加功能。

1.2系统研究意义

出租车是人们出行的重要交通工具，随着人们生活水平的提高，乘坐出租车的人越来越多，可以说，出租车已经遍及了我国城乡，为了方便司乘人员计算车费，在出租车上都装有计费器，其功能是能自动计算里程和车费，还要能更改起步价，单价等。

因此，出租车计费器必定是智能化仪表，由于受到计费器价格和体积的限制，不可能将普通的计算机装入计费器中，而单片机作为智能工具，具有价格低廉，功能强大，体积小的优点，能很容易嵌入计费器中，实现计费器的各种功能要求。

可以断言，单片机计费器在出租车上的应用必将越来越广泛。

1.3本系统设计要求及指标

设计要求：

1.分析设计要求，明确性能指标。

必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。

2.设计各单元电路。

总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。

3.组成系统。

在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。

设计指标：

1.不同情况具有不同的收费标准。

白天、晚上、途中等待（>10min开始收费）

2.能进行手动修改单价

3.具有数据的复位功能

4.掉电保护措施

5.按键：

数据复位（清零），屏幕显示切换，电机调速等

6.超速报警模块

1.4论文主要内容

本论文主要内容：

第一章绪论，简单介绍了出租车计价器研究背景和意义，并明确了本次毕业设计的主要任务。

第二章霍尔传感器相关简介，重点阐述了A44E传感器的原理以及功能。

第三章系统硬件设计，先给出了整个硬件的电路框图，然后详细描述了各个硬件的工作原理，并对每个子电路模块进行了分解。

第四章系统软件设计，给出了各个子模块的流程图及片段代码。

第五章系统的调试和运行结果分析。

2霍尔传感器

霍尔器件是一种磁性传感器。

用它们可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。

霍尔器件以霍尔效应位其工作基础。

霍尔器件具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达1MHZ），耐震动，不怕灰尘，油污，水汽及盐雾等的污染或腐蚀。

霍尔线性器件的精度高，线性度好；霍尔开关器件无接触点，无磨损，输出波形清晰，无抖动，无回调，位置重复精度高。

取用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽，可达-55℃-150℃。

按照霍尔器件的功能可将它们分为：

霍尔线性器件和霍尔开关器件。

前者输出模拟量，后者输出输出数字量。

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，后者是检测受检测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，压力，应力，位置，位移，速度，加速度，角度，角速度，转数，转速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。

本论文设计的数据采集系统通过传感器采集数据，对数据传输的可靠性要求较高。

综合考虑以上因素，采用A44E作为测速传感器。

2.1霍尔传感器A44E结构及工作原理

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I/O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2-1所示。

图2-1集成开关型霍耳传感器原理图

A44E集成霍耳开关由稳压器A、霍耳电势发生器（即硅霍耳片）B、差分放大器C、施密特触发器D和OC门输出E五个基本部分组成。

在输入端输入电压Vcc，经稳压器稳压后加在霍耳电势发生器的两端，根据霍耳效应原理，当霍耳片处在磁场中时，在垂直于磁场的方向通以电流，则与这二者相垂直的方向上将会产生霍耳电势差Vh输出，该Vh信号经放大器放大后送至施密特触发器整形，使其成为方波输送到OC门输出。

当施加的磁场达到工作点（即Bop）时，触发器输出高电压（相对于地电位）使三极管导通，此时OC门输出端输出低电压，通常称这种状态为“开”。

当施加的磁场达到释放点（即Brp）时，触发器输出低电压，三极管截止，使OC门输出高电压，这种状态为“关”。

这样两次电压变换，使霍耳开关完成了一次开关动作[3]。

2.2霍尔传感器A44E芯片的引脚及功能

霍尔传感器A44E的引脚接线图见2-2所示。

典型应用于无触点开关，汽车点火器，刹车电路，位置转速检测与控制，安全报警装置和纺织控制系统。

霍尔传感器是一个3端器件，外形与三极管相似，是要接上电源，地，即可工作，输出通常是集电极开路（OC）门输出，工作电压范围宽，使用非常方便。

图2-2A44E芯片引脚接线图

引脚1是电源Vcc，引脚2是地GND，引脚3是输出OUT。

霍尔器件的工作电压不得超过规定的Vcc，大部分霍尔开关均为OC输出。

因此，输出应接负载电阻，其数值取决于负载电流的大小，不得超负载使用。

2.3脉冲计数法测速

脉冲计数法是智能测速系统中常用的方法。

只要转轮每旋转一周，产生一个或固定的多个脉冲，并将脉冲送人微处理器中进行计数，即可获得转速的信息。

可以有多种方式获得脉冲信号。

将光电传感器安装在转轴上，当扇叶经过时，可产生脉冲信号。

但是光电对灰尘，油污等比较敏感，因此不适宜安装在车轮上。

光电编码器和霍尔传感器都不怕油污和灰尘，且都广泛应用于工业现场。

但是光电编码器价格昂贵，霍尔传感器价格便宜且具有体积小，灵敏度高，相应速度快等，温度性能好，精确度高，可靠性高等特点，能很好满足车轮测速系统设计的需求。

如图所示为使用霍尔传感器测量车轮行驶路程及旋转速度。

图2-3传感器测距示意图

如图，我们选择了P3.2口作为信号的输入端，内部采用外部中断0（这样可以减少程序设计的麻烦），车轮每转一圈（我们设车轮的周长是1米），霍尔开关就检测并输出信号，引起单片机的中断，对脉冲计数，当计数达到1000次时，也就是1公里，从而实现距离的计算。

3系统硬件设计

本课题主要是设计一套基于单片机的出租车计费系统，通过单片机能够计算处理脉冲信号，并能够在液晶面板上分别显示金额，路程和单价信息等，同时利用PROTEUS这个强大的仿真工具，完成对计价系统的仿真。

具体实现是运用霍尔传感器来检测电机带动车轮上的小磁铁，每