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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固、准确和靠得住直接关系到人民群众的切身利益。
因此设计一套计费准确靠得住的计费系统显得超级重要。
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能够利用AT89C51单片机作为中心处置单元，结合霍尔传感器A44E来测量计算路程，和利用数据掉电爱惜芯片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大体功能，还能依照白天、黑夜、半途等待来调剂单价。
关键词单片机；霍尔传感器；AT89C51；AT24C02
Abstract
Ataxiinmodernurbantransportationsystemplaysanimportantroleforthelifeoftheurbanpeople,broughtgreatconveniencetostableandaccurateandreliableofthetaximeterrelatesdirectlytothevitalinterestsofthepeople.Thereforedesigningasetofaccurateandreliablebillingsystembecomesveryimportant.
Meanwhile,thesysteminvolveswideknowledge,studentscanexerciseeveryaspectofprofessionalknowledgeandenablestudentstoputtheoryknowledgecombiningwithisasummaryandauditofknowledgeforthestudents.DesigningataxibillingsystembasedonSCMcanuseAT89C51asthecentralprocessingunit,combiningwithsensorofpressureA44Etomeasureandcalculatedistances,andtousethedataoffelectricityAT24C02tostoredataprotectionchip.Thetaxibillingsystemcanrealizethedatareduction,day/nighttranslation,dataoutput,timingvaluation,unitpriceoutputandadjustment,journeyoutput,speedingalarmfunctions.Thisdesignnotonlywanttocompletethebasicfunctionofthemeter,canalsoaccordingtothedayandthenight,midwaywaitingtoadjusttheprice.
KeywordsSCMsensorofpressureAT89C51AT24C02
1绪论
系统研究背景
步入21世纪，出租车已经普遍地出此刻咱们周围。
随着人们生活水平的不断提高，出租车的利用频率也愈来愈高，出租车行业也以高质量的效劳给人们带来了出行的享受。
可是由于行业的特殊性，出租车行业总存在着买纠纷，困扰着行业的进展。
而在出租车行业中解决这一矛盾的最好方式确实是改良计价器，用加倍精巧的计价器来为乘客提供加倍方便快捷的效劳。
30年前，我国显现了出租车，可是由于那时的经济水平，出租车并无普遍在咱们生活中显现。
随着改革开放的深切，出租车行业的进展势头已十分突出。
现在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。
随着城市旅行业的进展，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。
咱们都明白，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慢慢增大，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。
当出租车抵达某地需要在那里等候时，司机只要按一下“计时”键，每等候一按时刻，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。
抵达目的地，即可按显示的数字收费。
采纳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，关于模式的切换需要用到机械开关，机械开关时刻久了会造成接触不良，功能不易实现。
为此咱们采纳了单片机进行设计，相对来讲功能壮大，用较少的硬件和适当的软件彼此配合能够很容易的实现设计要求，且灵活性强，能够通过软件编程来完成更多的附加功能。
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，乘坐出租车的人愈来愈多，能够说，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，出租车计费器必然是智能化仪表，由于受到计费器价钱和体积的限制，不可能将一般的运算机装入计费器中，而单片机作为智能工具，具有价钱低廉，功能壮大，体积小的优势，能很容易嵌入计费器中，实现计费器的各类功能要求。
能够断言，单片机计费器在出租车上的应用必将愈来愈普遍。
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。
必需认真分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各类整体方案，绘制结构框图。
2.设计各单元电路。
整体方案化整为零，分解成假设干子系统或单元电路，逐个设计。
3.组成系统。
在必然幅面的图纸上合理布局，一般是按信号的流向，采纳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.不同情形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.掉电爱惜方法
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
论文要紧内容
本论文要紧内容：
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要紧任务。
第二章霍尔传感器相关简介，重点论述了A44E传感器的原理和功能。
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，并对每一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。
用它们能够检测磁场及其转变，可在各类与磁场有关的场合中利用。
霍尔器件以霍尔效应位其工作基础。
霍尔器件具有许多优势，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，不怕尘埃，油污，水汽及盐雾等的污染或侵蚀。
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，输出波形清楚，无抖动，无回调，位置重复精度高。
取用了各类补偿和爱惜方法的霍尔器件的工作温度范围宽，可达-55℃-150℃。
依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，用那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，转速和工作状态发生转变的时刻等，转变成电量来进行检测和操纵。
本论文设计的数据搜集系统通过传感器搜集数据，对数据传输的靠得住性要求较高。
综合考虑以上因素，采纳A44E作为测速传感器。
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（～18V），其输出的信号符合TTL电平标准，能够直接接到单片机的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五个大体部份组成。
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头，依照霍耳效应原理，当霍耳片处在磁场中时，在垂直于磁场的方向通以电流，那么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（相关于地电位）使三极管导通，现在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”。
如此两次电压变换，使霍耳开关完成了一次开关动作[3]。
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，位置转速检测与操纵，平安报警装置和纺织操纵系统。
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，输出一般是集电极开路（OC）门输出，工作电压范围宽，利用超级方便。
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，大部份霍尔开关均为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，不得超负载利用。
脉冲计数法测速
脉冲计数法是智能测速系统中经常使用的方式。
只要转轮每旋转一周，产生一个或固定的多个脉冲，并将脉冲送人微处置器中进行计数，即可取得转速的信息。
能够有多种方式取得脉冲信号。
将光电传感器安装在转轴上，当扇叶通过时，可产生脉冲信号。
可是光电对尘埃，油污等比较灵敏，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尘埃，且都普遍应用于工业现场。
可是光电编码器价钱昂贵，霍尔传感器价钱廉价且具有体积小，灵敏度高，相应速度快等，温度性能好，精准度高，靠得住性高等特点，能专门好知足车轮测速系统设计的需求。
如下图为利用霍尔传感器测量车轮行驶路程及旋转速度。
图2-3传感器测距示用意
如图，咱们选择了口作为信号的输入端，内部采纳外部中断0（如此能够减少程序设计的麻烦），车轮每转一圈（咱们设车轮的周长是1米），霍尔开关就检测并输出信号，引发单片机的中断，对脉冲计数，当计数达到1000次时，也确实是1千米，从而实现距离的计算。
3系统硬件设计
本课题主若是设计一套基于单片机的出租车计费系统，通过单片性能够计算处置脉冲信号，并能够在液晶面板上别离显示金额，路程和单价信息等，同时利用PROTEUS那个壮大的仿真工具，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，每当传感器与磁铁接触时（无点接触），霍尔传感器的信号输出端便会产生一个脉冲，单片机通过外部中断计算脉冲个数，利用脉冲个数算出金额和路程，并将这些数据显示在LCD液晶上。
为了增强该出租车计价器的有效性，添加了掉电爱惜模块。
系统设计整体框图见图3-1。
图3-1系统原理框图
单片机简介
现代运算机技术的产业革命，将世界经济从资本经济带入到知识经济时期。
在电子世界领域，从20世纪中的无线电时期也进入到21世纪以运算机技术为中心的智能化现代电子系统时期。
现代电子系统的大体核心是嵌入式运算机系统（简称嵌入式系统），而单片机是最典型、最普遍、最普及的嵌入式系统。
嵌入式系统源于运算机的嵌入式应用，初期嵌入式系统为通用运算机经改装后嵌入到对象体系中的各类电子系统，如舰船的自动驾驶仪，轮机监测系统等。
嵌入式系统第一是一个运算机系统，第二它被嵌入到对象体系中、在对象体系中实现对象要求的数据搜集、处置、状态显示、输出操纵等功能，由于嵌入在对象体系中，嵌入式系统的运算机没有运算机的独立形式及功能。
单片机完满是依照嵌入式系统要求设计的，因此单片机是最典型的嵌入式系统。
初期的单片机只是按嵌入式应用技术要求设计的运算机单芯片集成，故名单片机。
随后，单片机为知足嵌入式应用要求不断增强其操纵功能与外围接口功能，尤其是突出操纵功能，因此国际上已将单片机正名为微操纵器（MCU，MicrocontrollerUnit）。
世界电子元器件在嵌入式系统带动下，沿着充分知足嵌入式应用的现代电子系统要求进展。
这就使原先经典电子系统的天地愈来愈小。
电子系统中的各类从业人员应及早转向现代电子系统的康庄大道[8]。
AT89C51单片机简介
AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处置器，俗称单片机。
AT89C51是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。
单片机的可擦除只读存储器能够反复擦除1000次。
该器件采纳ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微操纵器，AT89C51是它的一种精简版本，其外形及引脚见图3-2。
图3-2AT89C51外形及引脚图
AT89C51单片机引脚介绍
其各自引脚功能如下：
VCC：
供电电压。
GND：
接地。
P0口：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P0口的管脚第一次写1时，被概念为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它能够被概念为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，现在P0外部必需被拉高。
P1口：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外手下拉为低电平常，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，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放器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和操纵信号。
P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外手下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：
RXD（串行输入口）
TXD（串行输出口）
/INT0（外部中断0）
/INT1（外部中断1）
T0（记时器0外部输入）
T1（记时器1外部输入）
/WR（外部数据存储器写选通）
/RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些操纵信号。
RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要维持RST脚两个机械周期的高电平常刻。
ALE/PROG：
当访问外部存储器时，地址锁存许诺的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平常，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于按时目的。
但是要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
现在，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
若是微处置器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
/PSEN：
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每一个机械周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不显现。
/EA/VPP：
当/EA维持低电平常，那么在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是不是有内部程序存储器。
注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端维持高电平常，其间内部程序存储器。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：
来自反向振荡器的输出。
振荡器特性:
XTAL1和XTAL2别离为反向放大器的输入和输出。
该反向放大器能够配置为片内振荡器。
石晶振荡和陶瓷振荡都可采纳。
如采纳外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。
有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必需保证脉冲的高低电平要求的宽度[9]。
AT24C02简介
AT24C02是一个2K位串行CMOSE2PROM，内含有256个8位字节，CATALYST公司的先进CMOS技术实质上减少了器件的功耗，AT24C02有一个16字节页写缓冲器，该器件通过IC总线接口进行操作，有一个专门写爱惜功能。
管脚配置
管脚封装如图3-3所示。
图3-3AT24C02引脚
极限参数
工作温度工业级-55℃+125℃
商业级0℃+75℃
贮存温度-65℃+150℃
各管脚经受电压-2V+2V
Vcc管脚经受电压+
封装功率损耗（Ta=25℃）
焊接温度（10秒）300℃
输出短路电流100mA
表3-1靠得住性参数
符号
参数
最小
最大
单位
参考测试模式
NEND
耐久性
1000000
周期/字节
MIL-STD-883测试方法1033
TDR
数据保存时间
100
年
MIL-STD-883测试方法1008
VZAP
ESD
2000
V
MIL-STD-883测试方法3015
ILTH
上拉电流
100
mA
JEDE标准17
功能描述
AT24C02支持IC总线数据传送协议，总线协议规定任何将数据传送到总线的器件作为发送器。
任何从总线收数据的器件为接收器。
数据传送是有由产生串行时钟和所有起始停止信号的主器件操纵。
主器件和从器件都能够作为发送器或接收器，但由主器件操纵传送数据（发送或接收）的模式，通过器件地址输入端A0，A1和A2能够实现将最多8个AT24C02器件连接到总线。
管脚描述
表3-2管脚描述
管脚名称
功能
A0A1A2
器件地址选择
SDA
串行数据/地址
SCL
串行时钟
WP
写保护
Vcc
+工作电压
Vss
地
SCL串行时钟
AT24C02串行时钟输入管脚用于产生器件所有数据发送或接收的时钟，这是一个输入管脚。
SDA串行数据/地址
AT24C02双向串行数据/地址管脚用于器件所有数据的发送或接收，SDA是一个开漏输出管脚，可与其它开漏输出或集电极开路输出进行线或（wire-OR）。
A0，A1，A2器件地址输入端
这些输入脚用于多个器件级联时设置器件地址，当这些脚悬空时默许值为0.当利用AT24C02时最大可级联8个器件。
若是只有一个AT24C02被总线寻觅，这三个地址输入脚（A0，A1，A2）可悬空或连接到Vss，若是只有一个AT24C02被总线寻觅，这三个地址输入脚（A0，A1，A2）必需连接到Vss。
WP写爱惜
若是WP管脚连接到Vcc，所有的内容都被写爱惜只能读。
当WP管脚连接到Vss或悬空，许诺器件进行正常的读写操作[5]。
LCD1602液晶显示模块
LCD1602液晶模块采纳HD44780操纵器。
HD44780具有简单而功能较强的指令集，能够实现字符移动、闪烁等功能。
LM016L与单片机MCU（MicrocontrollerUnit）通信可采纳8位或4位并行传输两种方式。
HD44780操纵器由两个8位寄放器、指令寄放器（IR）和数据寄放器（DR）、忙标志（BF）、显示数据RAM（DDRAM）、字符发生器ROM（CGROM）、字符发生器RAM（CGRAM）、地址计数器（AC）。
IR用于寄放指令码，只能写入不能读出；DR用于寄放数据，数据由内部操作自动写入DDRAM和CGRAM，或暂存从DDRAM和CGRAM读出的数据。
BF为1时，液晶模块处于内部处置模式，不响应外部操作指令和同意数据。
DDRAM用来存储显示的字符，能存储80个字符码。
CGROM由8位字符码生成5*7点阵字符160种和5*10点阵字符32种，CGRAM是为用户编写特殊字符留用的，它的容量仅64字节。
能够自概念8个5*7点阵字符或4个5*10点阵字符。
AC能够存储DDRAM和CGRAM的地址，若是地址码随指令写入IR，那么IR自动把地址码装入AC，同时选择DDRAM或CGRAM单元[13]。
LCD1602的结构及功能
LCD1602液晶模块的引脚见图3-4。
图3-4LCD1602
LCD1602液晶模块的引脚功能见表3-3。
表3-3LCD1602引脚说明
引脚
符号
功能说明
1
VSS
一般接地
2
VDD
接电源（+5V）
3
VEE
液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高
4
RS
RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。
5
RW
R/W为读写信号线，高电平1时进行读操作，低电平0时进行写操作。
6
E
E（或EN）端为使能（enable）端，下降沿使能。
续表3-3
7
D0
底4位三态、双向数据总线0位（最低位）
8
D1
底4位三态、双向数据总线1位
9
D2
底4位三态、双向数据总线2位
10
D3
底4位三态、双向数据总线3位
11
D4
高4位三态、双向数据总线4位
12
D5
高4位三态、双向数据总线5位
13
D6
高4位三态、双向数据总线6位
14
D7
高4位三态、双向数据总线7位（最高位）（也是busyflag）
寄放器选择操纵见表3-4。
表3-4寄放器选择操纵表
RS
R/W
操作说明
0
0
写入指令寄存器（清除屏等）
0
1
读busyflag（DB7），以及读取位址计数器（DB0~DB6）值
1
0
写入数据寄存器（显示各
升级会员 