畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告基于單片機(jī)的出租車計(jì)價器的設(shè)計(jì)

1、本科畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì)) 題 目：_學(xué) 院：_專 業(yè)：_姓 名：_ 指導(dǎo)教師：_ 年 月 日 青島大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告課題名稱基于單片機(jī)的出租車計(jì)價器的設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師設(shè)計(jì)起止時間2011年03月學(xué) 院機(jī)電工程學(xué)院專業(yè)機(jī)械工程及自動化學(xué)生姓名學(xué)號200740501194一題目背景隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人民生活水平的顯著提高，城市的交通日趨完善，出租車計(jì)價器的應(yīng)用也越來越廣泛。雖然私家車的擁有量在大幅度地提高，但是出租車還是在我國的交通運(yùn)輸中承擔(dān)著重要的角色，出租車計(jì)價器是出租車上必不可少的重要儀器，它是負(fù)責(zé)出租車營運(yùn)收費(fèi)的專用智能化儀表。用戶不僅要求計(jì)價器性能穩(wěn)定、計(jì)價準(zhǔn)確而且對它的要

2、求也越來越高。近年來，我國出租汽車行業(yè)迅猛發(fā)展，出租汽車已經(jīng)成為我國城市公共交通的重要組成部分和現(xiàn)代化城市必備的基礎(chǔ)設(shè)施，成為人們工作、生活中不可缺少的交通工具。出租汽車服務(wù)行業(yè)和出租汽車計(jì)價器緊密相關(guān)，因?yàn)槌鲎馄嚤仨毎惭b出租汽車計(jì)價器才能投入營運(yùn)。出租汽車計(jì)價器是一種能根據(jù)乘客乘坐汽車行駛距離和等候時間的多少進(jìn)行計(jì)價，并直接顯示車費(fèi)值的計(jì)量器具。計(jì)價器是出租汽車的經(jīng)營者和乘坐出租汽車的消費(fèi)者之間用于公平貿(mào)易結(jié)算的工具，因而計(jì)價器計(jì)價準(zhǔn)確與否，直接關(guān)系到經(jīng)營者和消費(fèi)者的經(jīng)濟(jì)利益。依據(jù)國家有關(guān)法律、法規(guī)，出租汽車計(jì)價器是列入國家首批強(qiáng)制檢定的工作計(jì)量器具之一，也是近年來國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督部門強(qiáng)化

3、管理的六類重點(diǎn)計(jì)量器具之一。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了第二代計(jì)價器。它采用了手搖計(jì)算機(jī)與機(jī)械結(jié)構(gòu)相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)了半機(jī)械半電子化。此時它在計(jì)程的同時還可以完成計(jì)價的工作。大規(guī)模集成電路的發(fā)展又產(chǎn)生了第三代計(jì)價器，也就是全電子化的計(jì)價器。它的功能也在不斷完善.當(dāng)單片機(jī)出現(xiàn)并應(yīng)用于計(jì)價器后，現(xiàn)代出租車計(jì)價器的模型也就基本具備了，它可以完成計(jì)程，計(jì)價，顯示等基本工作。單片機(jī)以及外圍芯片的不斷發(fā)展促進(jìn)了計(jì)價器的發(fā)展。出租車計(jì)價器在最初使用時具備的主要功能是根據(jù)行駛里程計(jì)價，要求精度高，可靠性好。二、研究的內(nèi)容及可行性分析1.研究的內(nèi)容：計(jì)價器顯示的營運(yùn)金額是營運(yùn)里程與價格的函數(shù)（等候時間一般折算成一

4、定比例的里程來計(jì)算）。出租車計(jì)價器通過傳感器與行駛車輛連接。出租汽車的實(shí)際里程通過傳感器的脈沖信號在計(jì)價器里折算成一定的計(jì)價營運(yùn)里程。針對這一點(diǎn)我們來利用單片機(jī)作為控制核心，設(shè)計(jì)一款出租車計(jì)價器，具有計(jì)價顯示、等待時間計(jì)價，公里數(shù)顯示，時間顯示等相關(guān)功能。設(shè)計(jì)要求：（1）、計(jì)價要求：（為計(jì)算方便）3公里以內(nèi)10元，夜晚三公里以外每公里2.2元，白天三公里以外每公里1.8元；（2）、能夠?qū)崟r顯示公里數(shù)和等待時間；等待時間計(jì)價要求為：等待3分鐘以內(nèi)不計(jì)價，3分鐘以外每分鐘0.5元；（3）、具備起步和下車的語音提示；2.可行性分析： 本設(shè)計(jì)采用at89c51單片機(jī)為主控器，以a44e霍爾傳感器測距，

5、實(shí)現(xiàn)對出租車的多功能的計(jì)價設(shè)計(jì)，并采用掉電存儲單元at24c02來實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)掉電的時候保存單價和系統(tǒng)時間等信息，輸出采用8段數(shù)碼顯示管。本電路設(shè)計(jì)的計(jì)價器不但能實(shí)現(xiàn)基本的計(jì)價，而且還能根據(jù)白天，黑夜，中途等待來調(diào)節(jié)單價，但同時在不計(jì)價的時候還能作為時鐘為司機(jī)同志提供方便。三、論文擬解決的關(guān)鍵問題及難點(diǎn)1.關(guān)鍵問題：1） 解決里程檢測電路精度問題；2） 解決計(jì)價器的掉電存儲能力和顯示的驅(qū)動能力；3） 解決多次計(jì)價的累加和顯示問題。2.難點(diǎn)：對數(shù)據(jù)的采集及顯示。四、方案論證 方案一：采用數(shù)字電路控制。其原理方框圖如圖 11所示。采用傳感器件，輸出脈沖信號，經(jīng)過放大整形作為移位寄存器的脈沖，實(shí)現(xiàn)計(jì)價

6、，但是考慮到這種電路過于簡單，性能不夠穩(wěn)定，而且不能調(diào)節(jié)單價，也不能根據(jù)天氣調(diào)節(jié)計(jì)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，電路不夠?qū)嵱谩ｏ@示所需價格顯示所用時間移位寄存器，譯碼電路，驅(qū)動電路等等電源部分圖1采用數(shù)字電路控制方法方案二、本設(shè)計(jì)由硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分組成。系統(tǒng)的硬件主要由以下幾個部件組成：單片機(jī)at89s51、 at24c02 掉電存儲控制、里程計(jì)算單元、總金額及單價顯示部件、串口顯示驅(qū)動電路、鍵盤控制部件、語音播報(bào)電路等，其方框原理圖如圖1所示圖2 單片機(jī)控制方案圖方案比較：通過以上兩種方案框圖，我們可以看到用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)，有較大的活動空間，不但能實(shí)現(xiàn)所要求的功能，而且能在很大的程度上擴(kuò)展功能，還能對系統(tǒng)進(jìn)

7、行升級，故我們采用后一種方案。五、方案原理及設(shè)計(jì)1.硬件設(shè)計(jì)1.1 單片機(jī)模塊：at89c51是一種帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓、高性能cmos8位微處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用atmel高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的mcs-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位cpu和閃爍存儲器組合在單個芯片中，atmel的89c51是一種高效微控制器。at89c2051是它的一種精簡版本，at89c2051是美國atmel公司生產(chǎn)的低電壓，高性能cmos8位單片機(jī)，片內(nèi)含2k字節(jié)的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器和128byte

8、s的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器，器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和flash存儲單元。因?yàn)樵诘某绦蛑杏凶x取、計(jì)算、顯示等單元，2k字節(jié)的rom可能不夠，因此我們采用at89c51作為單片機(jī)模塊。1.2 at24c02 掉電存儲單元：掉電存儲單元的作用是在電源斷開的時候，存儲當(dāng)前設(shè)定的單價信息。at24c02 是atmel公司的2kb 字節(jié)的電可擦除存儲芯片，采用兩線串行的總線和單片機(jī)通訊，電壓最低可以到2.5v，額定電流為1ma，靜態(tài)電流10ua(5.5v)，芯片內(nèi)的資料可以在斷電的情況下保存40 年以上，而且采用8 腳的di

9、p 封裝，使用方便。 at24c02的外圍電路中有r1、r2 兩個上拉電阻，其作用是減少at24c02 的靜態(tài)功耗，由于at24c02 的數(shù)據(jù)線和地址線是復(fù)用的，采用串口的方式傳送數(shù)據(jù)，所以只用兩根線scl（移位脈沖）和sda（數(shù)據(jù)/地址）與單片機(jī)傳送數(shù)據(jù)。每當(dāng)設(shè)定一次單價，系統(tǒng)就自動調(diào)用存儲程序，將單價信息保存在芯片內(nèi)；當(dāng)系統(tǒng)重新上電的時候，自動調(diào)用讀存儲器程序，將存儲器內(nèi)的單價等信息，讀到緩存單元中，供主程序使用。1.3 里程計(jì)算、計(jì)價單元的設(shè)計(jì)：里程計(jì)算是通過安裝在車輪旁的霍爾傳感器a44e檢測到的信號，送到單片機(jī)，經(jīng)處理計(jì)算,送給顯示單元的。其原理如圖2傳感器測距示意圖所示。圖 3 傳

10、感器測距示意圖由于a44e 屬于開關(guān)型的霍爾器件，其工作電壓范圍比較寬（4.518v），其輸出的信號符合ttl 電平標(biāo)準(zhǔn)，可以直接接到單片機(jī)的io 端口上，而且其最高檢測頻率可達(dá)到1mhz。a44e 集成霍耳開關(guān)由穩(wěn)壓器a、霍耳電勢發(fā)生器(即硅霍耳片)b、差分放大器c、施密特觸發(fā)器d 和oc 門輸出e 五個基本部分組成。在輸入端輸入電壓cc v ，經(jīng)穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后加在霍耳電勢發(fā)生器的兩端，根據(jù)霍耳效應(yīng)原理，當(dāng)霍耳片處在磁場中時，在垂直于磁場的方向通以電流，則與這二者相垂直的方向上將會產(chǎn)生霍耳電勢差h v 輸出，該h v 信號經(jīng)放大器放大后送至施密特觸發(fā)器整形，使其成為方波輸送到oc 門輸出。當(dāng)施

11、加的磁場達(dá)到工作點(diǎn) (即op b )時，觸發(fā)器輸出高電壓(相對于地電位)，使三極管導(dǎo)通，此時oc 門輸出端輸出低電壓，通常稱這種狀態(tài)為開。當(dāng)施加的磁場達(dá)到釋放點(diǎn) (即rp b )時，觸發(fā)器輸出低電壓，三極管截止，使oc 門輸出高電壓，這種狀態(tài)為關(guān)。這樣兩次電壓變換，使霍耳開關(guān)完成了一次開關(guān)動作。 我們選擇了p3.2 口作為信號的輸入端，內(nèi)部采用外部中斷0（這樣可以減少程序設(shè)計(jì)的麻煩），車輪每轉(zhuǎn)一圈（我們設(shè)車輪的周長是1 米），霍爾開關(guān)就檢測并輸出信號，引起單片機(jī)的中斷，對脈計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)到1000 次時，也就是1 公里，單片機(jī)就控制將金額自動的加增加，其計(jì)算公式：當(dāng)前單價公里數(shù)=金額。 1.4

12、 數(shù)據(jù)顯示單元：由于設(shè)計(jì)要求有單價（2 位）、路程（2 位）、總金額（3 位）顯示輸出，加上我們另外擴(kuò)展了時鐘顯示（包含時分秒的顯示），若采用lcd 液晶段碼顯示，在距離屏幕1 米之外就無法看清數(shù)據(jù)，不能滿足要求，而且在白天其對比度也不能夠滿足要求，因此我們采用6 位led數(shù)碼管的分屏顯示，如圖 4 采用6 位led數(shù)碼管的分屏顯示所示：時鐘顯示（圖中顯示為12 點(diǎn)0 分46 秒）圖 4 采用6 位led數(shù)碼管的分屏顯示數(shù)據(jù)的分屏的顯示是通過按鍵s1 來實(shí)現(xiàn)切換的，如圖 5 s1切換顯示屏所示。圖 5 s1切換顯示屏在出租車不走的時候，按下s1，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分屏顯示；車在行走的時候只有總金額

13、和單價顯示屏在顯示，當(dāng)?shù)竭_(dá)目的地的時候，客戶要求查看總的里程的時候，就可以按下s1 切換到里程和單價顯示屏，供客戶查詢。顯示電路的電路原理圖如圖 7 所示。1.5 串口顯示驅(qū)動電路從單片機(jī)串口輸出的信號先送到右邊的移位寄存器（74hc164）,由于移位脈沖的作用，使數(shù)據(jù)向右移，達(dá)到顯示的目的。移位寄存器74hc164還兼作數(shù)碼管的驅(qū)動，插頭1（header1）接數(shù)據(jù)和脈沖輸出端，插頭2（header2）接電源。電路中的三個整流管d1d3 的作用是降低數(shù)碼管的工作電壓，增加其使用壽命。1.6 鍵盤控制部件1)s1按鍵的功能在出租車不走的時候，按下s1，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分屏顯示；車在行走的時候只有總

14、金額和單價顯示屏在顯示，當(dāng)?shù)竭_(dá)目的地的時候，客戶要求查看總的里程的時候，就可以按下s1切換到里程和單價顯示屏，供客戶查詢。2)s2按鍵的功能在按下s1按鍵之后，若接著按下s2鍵則進(jìn)行單價調(diào)整(默認(rèn)為調(diào)整白天單價)， 當(dāng)接著按下s1時，則進(jìn)行晚上單價調(diào)整，再次按下s1可進(jìn)行中途等待單價調(diào)整。當(dāng)單價調(diào)整結(jié)束后，可以通過按下s2按鍵進(jìn)行時間調(diào)整，默認(rèn)為調(diào)整小時，接著按下s1可進(jìn)行調(diào)整分鐘， 分鐘調(diào)整后再接下s1可進(jìn)行秒調(diào)整。當(dāng)時間調(diào)整完成后，若接著按下s2則又可進(jìn)行單價調(diào)整。3)s3按鍵的功能在顯示金額及單價時，若按下s3鍵則顯示路程和單價，再次按下s3，可返回顯示金額及單價。4) s4按鍵的功能在

15、按下s1按鍵之后，若接著按下s4按鍵，則進(jìn)行設(shè)定默認(rèn)晚上單價，并啟動計(jì)價器，若沒有按下s4則可設(shè)定默認(rèn)單價(白天)，并啟動計(jì)價器。當(dāng)設(shè)定默認(rèn)晚上單價結(jié)束后，再次接下s4按鍵，則可設(shè)定默認(rèn)中途等待單價，并啟動計(jì)價器。當(dāng)設(shè)定默認(rèn)中途等待單價后，若還按一次s4，則返回系統(tǒng)時間的顯示。 1.7 語音播報(bào)電路主要用于向乘客致歡迎詞，以提高服務(wù)質(zhì)量。語音芯片選用isd4004，該系列工作電壓3v，單片錄放時間48min，音質(zhì)好。芯片采用cm0s技術(shù)，內(nèi)含振蕩器、防混淆濾波器、平滑濾波器、音頻放大器、自動靜噪及高密度多電平閃爍存貯陣列。當(dāng)乘客上車時，播報(bào)內(nèi)容為：乘客您好，歡迎您乘坐本公司出租車。當(dāng)?shù)竭_(dá)目的地

16、時,播報(bào)內(nèi)容為：車已到達(dá)目的地，請按計(jì)價器上顯示的金額付款，謝謝2.軟件設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)整體程序流程在主程序模塊中，需要完成對各接口芯片的初始化、出租車起價和單價的初始化、中斷向量的設(shè)計(jì)以及開中斷、循環(huán)等待等工作。當(dāng)按下s1時，就啟動計(jì)價，將根據(jù)里程寄存器中的內(nèi)容計(jì)算和判斷出行駛里程是否已超過起價公里數(shù)。若已超過，則根據(jù)里程值、每公里的單價數(shù)和起價數(shù)來計(jì)算出當(dāng)前的累計(jì)價格，并將結(jié)果存于價格寄存器中，然后將時間和當(dāng)前累計(jì)價格送顯示電路顯示出來。當(dāng)?shù)竭_(dá)目的地的時候，由于霍爾開關(guān)沒有送來脈沖信號，就停止計(jì)價，顯示當(dāng)前所應(yīng)該付的金額和對應(yīng)的單價，到下次啟動計(jì)價時，系統(tǒng)自動對顯示清零，并重新進(jìn)行初始化過程

17、。主程序流程圖如圖8 所示。開始初始化數(shù)據(jù)s1按下？否是s4按下？是否設(shè)定默認(rèn) 單價（白天）設(shè)定晚上單價否語音播報(bào)按下s4？是啟動計(jì)價器設(shè)定中途等待單價里程中斷？s4按下？s3按下？是否是顯示金額及單價顯示路程和單價返回時間顯示否傳感有信號？ 否否是否是到一公里？是總路程加1總金額加1否s3按下？是停止計(jì)價和里程計(jì)數(shù) 語音播報(bào)圖 8 主程序流程圖2.2 定時中斷服務(wù)程序在定時中斷服務(wù)程序中，每100ms 產(chǎn)生一次中斷，當(dāng)產(chǎn)生10 次中斷的時候，也就到了一秒，送數(shù)據(jù)到相應(yīng)的顯示緩沖單元，并調(diào)用顯示子程序?qū)崟r顯示。其程序流程如圖9所示。開始保護(hù)現(xiàn)場重置計(jì)數(shù)初值否中斷10次？是數(shù)據(jù)送顯示緩沖單元調(diào)用

18、顯示子程序恢復(fù)現(xiàn)場并中斷返回 圖9 定時中斷服務(wù)程序2.3 里程計(jì)數(shù)中斷服務(wù)程序每當(dāng)霍爾傳感器輸出一個低電平信號就使單片機(jī)中斷一次，當(dāng)里程計(jì)數(shù)器對里程脈沖計(jì)滿1000 次時，使微機(jī)進(jìn)入里程計(jì)數(shù)中斷服務(wù)程序中。在該程序中，需要完成當(dāng)前行駛里程數(shù)和總額的累加操作，并將結(jié)果存入里程和總額寄存器中。2.4 中途等待中斷服務(wù)程序當(dāng)在計(jì)數(shù)狀態(tài)下霍爾開關(guān)沒有輸出信號，片內(nèi)的t1 定時器便被啟動，每當(dāng)計(jì)時到達(dá)3分鐘，就對當(dāng)前金額加上中途等待的單價，以后每3分鐘都自動加上中途等待的單價。當(dāng)中途等待結(jié)束的時候，也就自動切換到正常的計(jì)價。2.5 顯示子程序服務(wù)程序由于是分屏顯示數(shù)據(jù)，所以就要用到4 個顯示子程序，分別是：時分秒顯示子程序、金額單價顯示子程序、路程單價顯示子程序、單價調(diào)節(jié)子程序。2.6 鍵盤服務(wù)程序鍵盤采用查詢的方式，放在主程序中，當(dāng)沒有按鍵按下的時候，單片機(jī)循環(huán)主程序，一旦有按鍵按下，便轉(zhuǎn)向相應(yīng)的子程序處理，處理結(jié)束再返回。六、論文的進(jìn)度安排2011.03.04 下達(dá)任務(wù)書2011.03.042011.03.18 完成選題和資料收集，準(zhǔn)備開題2011.03.22 開題2011.03.252011.04.30 完成硬件設(shè)計(jì)和軟件編程2011.05.012