09信息工程——出租车计价器设计

I摘要出租车计价器的硬件设计以AT89S51单片机为核心控制元件，利用灵敏的霍尔开关型器件A44E霍尔传感器测距，采用AT24C02实现在系统掉电的时候保存单价和系统时间等信息，输出采用6位LED数码管，通过开关S1分屏控制单价、路程、总金额以及时间的显示。系统的软件设计主要有：主程序模块、定时中断服务程序、里程计数中断服务程序、中途等待中断服务程序、显示子程序服务程序键盘服务程序。本电路设计的计价器主要功能有：数据的复位、白天/晚上转换、数据输出、计时计价、单价输出及调整、路程输出、语音播报数据信息、实现在系统掉电的时候保存单价和系统时间等信息等功能。本电路设计的计价器不但能实现基本的计价，而且还能根据白天、黑夜、中途等待来调节单价，同时在不计价的时候还能作为时钟为司机同志提供方便。关键词：单片机，霍尔传感器，AT24C02，分屏显示，AT89S51单片机II目录第一章概述.................................................................11.1出租车计价器概述.......................................................11.2单片机的概述...........................................................1第二章总体设计方案的论证与比较.............................................32.1总体设计方案的论证与比较...............................................32.2里程计算设计方案论证与比较.............................................42.3设计总框图.............................................................5第三章硬件设计.............................................................63.1硬件设计概述...........................................................63.2AT89S51介绍...........................................................73.3里程计算设计...........................................................83.4显示原理..............................................................113.5AT24C02掉电存储单元的设计............................................143.6按键单元的设计........................................................16第四章系统的软件设计......................................................194.1模块介绍..............................................................194.2主程序模块............................................................194.3定时中断服务程序......................................................204.4里程计数中断服务程序..................................................214.5中途等待中断服务程序..................................................214.6显示子程序服务程序....................................................224.7键盘服务程序..........................................................22第五章系统调试与测试结果分析..............................................245.1使用的仪器仪表........................................................245.2系统调试..............................................................24结论.....................................................................27致谢...................................................................28参考文献...................................................................291第一章概述1.1出租车计价器概述汽车计价器是乘客与司机双方的交易准则，它是出租车行业发展的重要标志，是出租车中最重要的工具。它关系着交易双方的利益。具有良好性能的计价器无论是对广大出租车司机朋友还是乘客来说都是很必要的。因此，汽车计价器的研究也是十分有一个应用价值的。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刚开始的只显示路程（需要司机自己定价，计算后四舍五入），到能够自主计费，以及现在的能够打一发票和语音提示、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。本次设计的目的在于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已成定局。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。1.2单片机的概述计算机系统已明显地朝巨型化、单片化、网络化三个方向发展。巨型化发展的目的在于不断提高计算机的运算速度和处理能力，以解决复杂系统计算和高速数据处理，比如系统仿真和模拟、实时运算和处理。单片化是把计算机系统尽可能集成在一块半导体芯片上，其目的在于计算机微型化和提高系统的可靠性，这种单片计算简称单片机。单片机的内部硬件结构和指令系统主要是针对自动控制应用而设计的所以单片机又称微控制器MCU（MicroControllerUnit）。用它可以很容易地将计算机嵌入到各种仪器和现场控制设备中，因此单片机又叫做嵌入式微控制器（EmbeddedMCU）。单片机自20世纪70年代问世以来，以其鲜明的特点得到迅猛2发展，已广泛应用于家用电器、智能玩具、智能仪器仪表、工业控制、航空航天等领域，经过30多年的发展，性能不断提高，品种不断丰富，已经形成自动控制的一支中坚力量。据统计，我国的单片机年容量已达1～3亿片，且每年以大约16％的速度增长，但相对于国际市场我国的占有率还不到1％。这说明单片机应用在我国有着广阔的前景。对于从事自动控制的技术人员来讲，掌握单片机原理及其应用已经成为必不可少的学习任务。单片机的应用十分广泛，在工业控制领域、家电产品、智能化仪器仪表、计算机外部设备，特别是机电一体化产品中，都有重要的用途。其主要的用途可以分为以下方面。显示：通过单片机控制发光二极管或是液晶，显示特定的图形和字符。机电控制：用单片机控制机电产品做定时或定向的动作。检测：通过单片机和传感器的联合使用，用来检测产品或者工况的意外发生。通信：通过RS-232串行通信或者是USB通信，传输数据和信号。科学计算：用来实现简单的算法。那么单片机是不是解决上述应用的唯一选择呢？淡然不是！目前，在自动控制中，一般有三种选择，分别是嵌入式微机、DSP和单片机。单片机最明显的优点是价格便宜，从几元人民币到几十元人民币。这是因为这类芯片的生产量很大，技术也很成熟。其次，单片机的体积也远小于其他两种方案。单片机本身一般用40引脚封装，当然功能多一些的单片机也有引脚比较多的，如68引脚，功能少的只有10多个或20多个引脚，有的甚至只有8只引脚。当然，单片机无论在速度还是容量方面都小于其他两种方案，但是在实际工作中并不是任何需要计算机的场合都要求计算机有很高的性能。例如，控制电冰箱的控制器就不需要使用嵌入式系统，用一片51就可以轻松实现。所以应用的关键是看能否够用，是否有很好的性能价格比。51系列的单片机已经面世十多年，依然没有被淘汰，还在不断发展中，这就说明是他有广阔的应用前景。3第二章总体设计方案的论证与比较2.1总体设计方案的论证与比较方案一：采用数字电路控制。其原理方框图如图2.1所示。采用传感器件，输出脉冲信号，经过放大整形作为移位寄存器的脉冲，实现计价，但是考虑到这种电路过于简单，性能不够稳定，而且不能调节单价，也不能根据天气调节计费标准，电路不够实用。其原理方框图如图2.1所示。图2-1数字电路方案方案二：采用单片机控制。利用单片机丰富的IO端口，及其控制的灵活性，实现基本的里程计价功能和价格调节、时钟显示功能。其原理方框图如图2.2所示。4图2-2总体设计思路框图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。通过比较以上两种方案，单片机有较大的活动空间，利用单片机丰富的IO端口，及其控制的灵活性，不但能实现基本的里程计价功能和价格调节、时钟显示功能，而且能在很大的程度上扩展功能，还可以方便的对系统进行升级。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。2.2里程计算设计方案论证与比较方案一：采用霍尔线性器件，将转速转变为电压信号提供给单片机，从而达到计算里程的目的。方案二：采用霍尔开关器件中的霍尔传感器A44E，按汽车车轮转速的高低，每转发出相应数目的脉冲信号。通过比较以上两种设计方案，方案一虽然运行可靠，但体积大，精度低，且由于测量值是模拟量，必须经过A/D转换后读入计算机，针对于出租车计价器而言较为烦琐，不适用。因此我们采用方案二。52.3设计总框图本次设计我们利用单片机AT89S51芯片作为设计的核心，利用霍尔传感器测距，实现对出租车计价统计，采用AT24C02实现在系统掉电的时候保存单价和系统时间等信息，显示采用6位LED数码管，分屏显示单价、路程、总金额以及时间。总体设计框图如图2-3所示。图2-3总体设计框图6第三章硬件设计3.1硬件设计概述AT89S51是一款非常适合单片机初学者学习的机型，它完全兼容传统的8051，8031的指令系统和引脚，而且是当今较为流行的，综合考虑，本次设计的核心采用AT89S51型单片机。在里程测速方面，霍尔元件体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，因此我们采用霍尔传感器A44E；在显示方面，因为采用LCD液晶段码显示，在距离屏幕1米之外就无法看清数据，所以本次设计采用6位LED发光二级管；在其他方面，我们运用到了AT24C02掉电存储单元以及四个控制按键。其总体设计电路图如3-1所示图3-1设计总体电路图73.2AT89S51介绍AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS8位单片机