新型出租车计价器设计.docx

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新型出租车计价器设计

摘要

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能够简单的自主计费，到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。

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十分迅速。

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。

随着社会的发展，出租车成为人们生活中非常方便且较普遍的交通工具，但出租车计价器却相对较为落后。

在过去，出租车采用机械式计价器，用齿轮比的方式来计算出租车所跑的里程数，并由里程数来换算车费。

但是机械齿轮体积较大，计算不是很准确，而且容易磨损。

后来又采用了传感器方式，利用传感器接收车的跑动信息，从而计算里程数和车费。

随着我国交通事业的发展以及道路的不断改进，出租车作为与人民生活密切相关的行业正在飞速发展壮大。

而出租车计价器的市场也不断扩大.本课题正是在现有计价器的基础上进行改进。

现在普通的出租车计价器通常只能够计算出里程数和车费，本课题在原有的基础上进行扩展，使它能够在显示里程和车费的同时，还能够显示时钟，车的速度和加速度。

由于出租车计价器是一项技术含量高的产品，因此在设计的过程中由于经验不足，难免会有缺点存在。

由于时间关系，还有一些问题尚待改进。

关键字定时器；计数器；传感器

Abstract

Inthe1970s,Ibegantotaxi,butthenthebillingsystemaremostlyimportednotonlyinaccurate,thepricesareveryexpensive.Withtheincreasingdepthofreformandopeningup,thetaxiindustrymomentumofdevelopmenthasbeenveryprominent,andalldomesticmachinerymanufacturershaveintroduceddomesticmeter.Taximeterfunctionsindependentlyfromthebilling,accordingtothetimechangeinprice,andotherfunctionsindependentlyWiththedevelopmentoftourismcities,thetaxiindustryhasbecomethecity'swindow,asymbolofacity'slevelofcivilization.

Nowallmajorcitiesinthetaxiindustryhaveuniversalautomaticmeter,meterandtechnologicaldevelopmentisaforegoneconclusion.Andsomesmallcitieshavenotyetuniversal,butwithincreasingspeedupurbanconstruction,asymbolofurbanlandscapeofthetaxiindustrywillalsoacceleratethedevelopmentofthepopularitymeterisnodoubt,therefore,thefutureoftheautomobilemarketstillaccountedforaverypromising.

Withthedevelopmentofsociety,thetaxiinwhichtoliveinaveryconvenientandmorecommonmeansoftransport,butthetaximeterisrelativelybackward.Inthepast,theuseofmechanicaltaximeter,andgearthanthewaybytaxitocalculatethemileagerunbyMilestoconvertfare.However,mechanicalgearlarger,thecalculationisnotveryaccurateandeasytowear.Thenusethesensor,usingsensorstoreceivethecarsrunning,soastocalculatemileageandfares.

AsChina'stransportdevelopmentandroadimprovements,taxiandthepeople'slivingstandardastheindustryiscloselyrelatedtotherapiddevelopmentandexpansion.Thetaximetermarketalsocontinuestoexpand.Thisissueistheexistingmeteronthebasisofimprovements.Nowordinarytaximeterisusuallyonlyabletocalculatethemileageandfaresinthisissueonthebasisoftheoriginalexpansiontoenableittodisplaymileageandfares,itisalsoabletoshowtheclock,thevehiclespeedandacceleration.Asataximeterisahightechnologicalcontentofproducts,sowedesignedthecourseduetolackofexperience,difficult

Therewillbefreeshortcomings.Becauseofthetime,therearestillsomeissuestobeimproving.

Keywordtimerscounterssensors

1绪论.………………………………………………………………………………...1

1.1前言…………………………………………………………………………...1

1.2单片机计价器的发展………………………………………………………...1

1.3单片机计价器设计的意义…………………………………………………...1

2任务要求及目标……………………………………………………….…………...2

3总体设计方案…….………………………………………………………………...3

3.1设计思路……………………………………………………………………...3

3.2设计总框图…………………………………………………………………...4

4检测传感器的设计…….…………………………………………………………...5

4.1检测传感器的接口…………………………………………………………...5

4.2汽车运行里程，速度，加速度，总价的关系计算………………………...7

5单片机定时器/计数器的应用设计…….…………………………………………..9

5.1时钟设计……………………………………………………………………...9

5.2计数器功能单元的设计…………………………………………………….13

6数据的转换及数据显示单元设计…….………………………………………….15

6.1数据的转换……………………………………………………………….....15

6.2数据显示单元设计………………………………………………………….18

7单片机硬件电路及输入/输出接口设计……….…………………………………23

7.1出租车计价器开关设计…………………………………………………….23

7.28031单片机与8155的接口………………………………………………23

7.3地址译码器与8155和8031的连接……………………………………….25

7.4LED的动态扫描显示器接口电路………………………………………….26

8程序设计…………………………………………………………………………..29

8.1主程序设计………………………………………………………………….29

8.2定时中断服务程序………………………………………………………….30

8.3启动/清除计程中断服务程序………………………………………………30

9总流程图设计……………………………………………………………………..31

10单片机应用程序设计…………………………………………………………....37

结语…………………………………………………………………………………..38

致谢…………………………………………………………………………………..39

参考文献……………………………………………………………………………..40

附录…………………………………………………………………………………..41

附录1…………………………………………………………………………….41

1绪论

1.1前言

毕业设计是学生综合运用所学理论战士的重要体现，是大学中必要的教学环节。

通过毕业设计，培养大学生具有一定的创新能力、实践能力和创业精神。

毕业设计在培养大学生探求真理、强化社会意识、进行科学研究基本训练、提高综合实践能力与素质等方面，具有不可替代的作用，也是教育与生产劳动和社会实践相结合的重要体现。

同时，毕业设计的质量也是衡量教学水平、学生毕业与学位资格认证的重要依据。

通过毕业设计，进一步巩固和加深对所学的基础理论、基本技能和专业知识的掌握，使之系统化、综合化。

其次，培养学生独立工作、独立思考和综合运用已学知识解决实际问题的能力，尤其注重培养学生开发创造能力和独立获取新知识的能力。

最后，使学生初步掌握科学研究的基本方法，获得从事系统科学研究的初步训练，注重科学能力和素质的培养。

在实际工程设计中，学生可以得到所学过的理论基础，技术基础，专业课全面的训练，为将来做好机械设计工程师的工作，提供全面的锻炼机会。

本论文主要论述了本次毕业设计的课题——新型出租车计价器的设计。

由于本人水平有限，文中难免有错误和不妥之处，恳请各位老师批评指正。

1.2单片机计价器的发展

我国在70年代出现出租车，随着出租车行业的普遍和发展势头十分突出，国内各机械厂家纷纷推出国产计价器，计价器在国内也开始普及。

在过去，出租车采用机械式计价器，用齿轮比的方式来计算出租车所跑的里程数，并由里程数来换算车费。

但是机械齿轮体积较大，计算不是很准确，而且容易磨损。

后来又采用了传感器方式，利用传感器接收车的跑动信息，从而计算里程数和车费，计价器计价的准确度和耐磨损程度都得到了很大的提升，出租车计价器的功能从能够简单的自主计费，到按时间自主变动单价等功能。

随着我国交通事业的发展以及道路的不断改进，出租车作为与人民生活密切相关的行业正在飞速发展壮大，出租车计价器也在不断的提高和发展，出租车计价器的市场也将不断的扩大，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。

1.3单片机计价器论文设计的意义

出租车计价器由里程传感器，单片机，显示器等部件组成。

现在普通的出租车计价器通常只能够计算出里程数和车费，本课题在原有的基础上进行扩展，使它能够在显示里程和车费的同时，还能够显示时钟，车的速度和加速度。

由于出租车计价器是一项技术含量高的产品，因此在设计的过程中由于经验不足，难

免会有缺点存在。

由于时间关系，还有一些问题尚待改进。

2任务要求及目标

要求和内容：

（1）．新型出租车计价器设计总体方案设计

（2）．汽车运行里程、速度、加速度检测传感器及接口电路设计，

（3）．单片机硬件电路及输入/输出接口设计

（4）．单片机应用程序设计

目标：

利用霍尔传感器及单片机设计出集汽车运行里程、速度、加速度显示和计价于一体的新型出租车计价器

3总体设计方案

3.1设计思路

出租车计价器是利用单片机计算总价并送至显示端显示的智能仪器。

众所周知，出租车是通过该仪器收费。

不过现在常见的出租车计价器只能够显示单价，总价等功能。

本设计想对这方面进行扩充，从而能够在显示单价和总价以外，还能够显示，速度，加速度等功能。

本电路是以8031单片机为中心，附加A44E霍尔传感器测量距离，来实现对出租车计价的统计，利用8155可编程I/O扩展接口与8031的连接来传输数据，输出采用八段LED显示器，利用芯片8155和6位共阴极显示器的接口电路，实现对LED显示器的动态显示。

我们把4块小磁铁均匀的安装在汽车的车轮上面，我们利用测量工具，测量出汽车轮胎的直径，利用数学公式计算出汽车轮胎的周长，从而计算出每一个脉冲信号所表示的距离。

我们把计价器开关的一端接在电源上，另一端接在单片机的P1.0端口上，当我们开启开关的时候，单片机开始工作，开始显示。

当关闭开关的时候，计价器停止显示。

内部定时器的定时时间和计数器的位数，系统晶振频率和计数初值有关，我们根据公式t=（2N-x）*12/fosc来求出初值，并对定时器进行初始化，当定时器定时的时候，每0.01秒进行中断，当计满100次的时候（23H），向秒位进1（22H），同时把23H清0，当秒位计数满60次的时候，向分钟位进1（21H），同时把22H清0，当分钟位计满60次的时候，向小时位进1（20H），同时把21H清0，当小时位计数满24次的时候则把20H清0，各位重新开始计时，完成时钟设计。

我们利用安装在车轮上的霍尔传感器对单片机输入脉冲，车轮旋转的时候，当小磁铁靠近霍尔传感器的时候就会产生一个脉冲信号（计数器对外部输入信号进行采样，当一个机器周期的采样值为高电平，而下一个机器周期的采样值变为低电平，即输入脉冲有一个由1到0的负跳变时）计数器加1，当内部定时器秒位进1的时候，计数器读出所记录的脉冲数，将所得到的脉冲数和每个脉冲所代表的长度相乘,即可算出路程数，将路程的高位和低位分别存入R2，R3，当定时器下一个1秒到来时，计数器中断，将上一次所记录的路程的高位和低位由R2,R3分别存到30H和31H中去，然后读出这一次计数器所记录的脉冲数，将所得到的脉冲数和每个脉冲所代表的长度相乘,即可算出路程数，将路程的高位和低位分别存入R2，R3。

并根据时间，速度，加速度，位移之间的关系计算出速度和加速度。

由于在单片机内部的数据进行计算，通常都是采用二进制数，所以，所以我们要把路程，速度，加速度等数据由二进制数转化为压缩BCD码。

转化完成后，我们把这些数据拆送到显示缓冲区。

最后利用LED动态显示器进行显示。

对于路程，时钟，速度，加速度的显示，我们可以利用地址译码器，对与存储器和I/O地址译码，产生片选信号，从而选种对应的芯片，从而在相应的接口进行显示。

最后利用八段LED显示器共阴极动态显示。

3.2设计总框图

里程计数与计时中断电路

里程传感器

启动/清除按钮

地址译码器

并行口

显示电路

图3-2设计总框图

启动/清楚按扭：

为1时启动计价器，为0时关闭计价器。

里程传感器：

用来记录脉冲数。

单片机：

在单片机中利用定时器设计出时钟，利用计数器对脉冲进行计数，并且在一定时间内读入脉冲数，进行里程，加速度和速度的计算。

地址译码器：

当CE为0时，为低电平，选中该芯片，并在显示电路中，显示对应的内容。

并行口：

将程序和数据传输到显示电路。

显示电路：

八段LED显示器共阴极动态显示。

4检测传感器的设计

4.1检测传感器的接口

里程计算是通过安装在车轮上的霍尔传感器A44E检测到信号，送到单片机，经处理计算,送给显示单元的。

其原理如图4－1所示。

图中，当小磁铁靠近霍尔传感器时，产生脉冲信号，霍尔传感器将外部脉冲信号输入到单片机，图中P3.5是定时器/计数器1，计数器接收到脉冲信号就加1，当定时器秒位进1的时候，计数器就读出所记录的脉冲数。

路程=πR/4*脉冲数（R为车轮的直径，车轮上平均固定了4个小磁铁）

8155

单片机

P3.5

霍尔传感器

小磁铁

车轮

图4-1传感器测距示意图

我们采用A44E霍尔传感器，由于A44E属于开关型的霍尔传感器，其工作电压范围比较宽（4.5~18V），其输入的信号符合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。

图4-2霍尔传感器

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。

图4-3集成霍尔开关外行及接线

4.2汽车运行里程，速度，加速度，总价的关系计算

汽车传动系统结构是由发动机，离合器，变速器等组成的。

将传感器定位在车轮附近，使其能够在接近小磁铁时，能够接受到脉冲信号，进行计数。

将4个小磁铁均匀的分布在车轮上，测量出车轮的直径。

设车轮的直径是D,车轮旋转1圈有4个脉冲。

车轮的周长为

D

每个脉冲信号所表示的距离为

D/4

路程=脉冲数×

D/4

设1次计数器所读入的脉冲数为N1，下1次计数器所读入的脉冲数为N2

S2-S1=（N2-N1）×

D/4=VT

T=1秒

所以v=S2-S1=（N2-N1）×

D/4

加速度S2-S1=（N2-N1）×

D/4=At×t

T=1秒

所以A=（N2-N1）×

R/4

设定出租车的起步价为3公里（5元），当超过起步价的时候每公里为10元。

所以总价格M为：

M=5元当S≤3公里

M=5+（S-3）×10当S≥3公里

MOV30H,50H;将第1次计算所得到的距离的高位给30H

MOV31H,51H;将第1次计算所得到的距离的低位给31H

MOV50H,TH1;输入第2次的脉冲数高位

MOV51H,TL1;输入第2次的脉冲数的低位

MOVA,51H

MOVB,MCLCY;高位和低位与每个脉冲所表示的距离相乘积

MULAB

MOV52H,B

MOV53H,A

MOVA,50H

MOVB,MCLCY

MULAB

MOV50H,B

ADDA,53H

MOV51H,A;计算出距离的低位51H

MOVA,52H

ADDCA,50H

MOV50H,A;计算出距离的高位50H

MOVR2,50H

MOVR3,51H

MOVA,R3

MOVB,MCLCJ;距离的高位和低位与每公里的里程价相乘积

MULAB

MOVR4,B

MOVR5,A

MOVA,R2

MOVB,MCLCJ

MULAB

MOVR2,B

ADDA,R5

ADDA,#05H;与起步价想加，计算出总价的低位R3

MOVR3,A

MOVA,R4

ADDCA,R2;计算出总价的高位R2

MOVR2,A

MOV40H,R2

MOV41H,R3

MOVA,30H

SUBBA,50H;第2次的距离的高位减去第1次的距离高位

MOV42H,A

MOVA,31H

SUBBA,51H;第2次距离的低位减去第1次距离的高位

MOV43H,A

5单片机定时器/计数器的应用设计

我们采用8031单片机。

如下图：

XTAL1：

接外部晶体的一端。

在单片机内部，它是反相放大器的输入端，该放大器构成了片内振荡器。

XTAL2：

接外部晶体的另一端。

在单片机内部，接至上述振荡器的反相放大器端。

P3各口线的第二功能表

口线

第二功能

P3.0

P3.1

P3.2

P3.3

P3.4

P3.5

P3.6

P3.7

RXD（串行口输入）

TXD（串行口输出）

INTO（外部中断0输入）

INT1（外部中断1输入）

T0（定时器0的外部输入）

T1（定时器1的外部输入）

WR（外部数据存储器“写”信号输出）

RD（外部数据存储器“读”信号输出）

图5-18031单片机

5.1时钟设计

设计使用一个定时/计数器每1/100s向主机发一次中断请求信号，并利用并行接口电路完成对时钟的实时显示功能。

同时，利用动态扫描电路完成对出租车的起价和当前累计价的显示。

同时，当定时/计数器在1s中断的时候，用转移指令去执行T1，令传感器读出所记录的脉冲数。

C/T：

定时方式或计数方式选择位。

当C/T=1时。

定时器/计数器为计数方式，计数脉冲从外部引脚输入（T0为P3.4，T1为P3.5）。

当C/T=0时，定时器/计数器为定时方式，计数脉冲为内部脉冲，其计数脉冲的周期等于机器周期。

所以我们采用C/T=0

M1，M0：

工作方式选择位。

定时器的工作方式由M1，M0两位的状态确定，其对应关系如表5-2所示。

表2定时器/计数器的工作方式选择

M1

M0

工作方式

功能说明

0

0

方式0

13位定时器/计数器

0

1

方式1

16位定时器/计数器

1

0

方式2

具有自动重新装入常数的8位定时器/计数器

1

1

方式3

定时器T1停止计数，定时器T0分为两个8位计数器

定时器采用定时工作方式1，在方式1中，16位计数器由两个8位寄存器TH和TL组成。

其中TL计满溢出时，向TH进位，16位计数器计满溢出时，向定时溢出中断标志位进位，使TF0（TF1）置1。

方式1时的逻辑电路结构和控制方式计数位为16位计数器结构。

T0的定时方式，工作方式1，可知C/T=0，M1M0=01；为实现定时器的运行控制，取GATE=0

内部控制，其方式控制字TMOD应为01H，用指令MOVTMOD，#01H即可实现。

定时方式下的计数初值计算：