基于51單片機的出租車計價器

1、出租車計價器摘要：本電路以89S51 單片機為中心、附加A44E 霍爾傳感器測距，實現(xiàn)對出租車計價統(tǒng)計，采用AT24C02 實現(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。本電路設計的計價器不但能實現(xiàn)基本的計價，而且還能根據(jù)白天、黑夜、中途等待來調節(jié)單價，同時在不計價的時候還能作為時鐘為司機同志提供方便。關鍵詞：S51單片機；霍爾傳感器；計價器； LED數(shù)碼管引言:在交通發(fā)展迅速的今天，出租車是我們交通中不可缺少的工具。同時出租車中的計價器是必不可少的一種設備。1.方案論證與比較方案一：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，經過放大整

2、形作為移位寄存器的脈沖，實現(xiàn)計價，但是考慮到這種電路過于簡單，性能不夠穩(wěn)定，而且不能調節(jié)單價，也不能根據(jù)天氣調節(jié)計費標準，電路不夠實用。電源電路及保護電路速度采集金額顯示單價顯示位移寄存器電路 圖11數(shù)字電路方案方案二：采用單片機控制。利用單片機豐富的IO端口，及其控制的靈活性，實現(xiàn)基本的里程計價功能和價格調節(jié)、時鐘顯示功能。其原理如圖12所示。通過比較以上兩種方案，單片機方案有較大的活動空間，不但能實現(xiàn)所要求的功能而且能在很大的程度上擴展功能，而且還可以方便的對系統(tǒng)進行升級，所以我們采用后一種方案。鍵 盤控 制AT24C02掉電存儲速度采集總金額顯示單價顯示串口顯示驅動電路98S51單片機

3、圖12單片機控制方案2.電路的功能單元設計2.1里程計算、計價單元的設計里程計算是通過安裝在車輪上的霍爾傳感器A44E檢測到的信號，送到單片機，經處理計算,送給顯示單元的。其原理如圖21所示。圖2 1 傳感器測距示意圖由于A44E 屬于開關型的霍爾器件，其工作電壓范圍比較寬（4.518V），其輸出的信號符合TTL 電平標準，可以直接接到單片機的IO 端口上，而且其最高檢測頻率可達到1MHZ。 圖22 集成開關型霍耳傳感器原理圖A44E 集成霍耳開關由穩(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 ，經穩(wěn)壓器穩(wěn)

4、壓后加在霍耳電勢發(fā)生器的兩端，根據(jù)霍耳效應原理，當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生霍耳電勢差H V 輸出，該H V 信號經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。當施加的磁場達到工作點(即OP B )時，觸發(fā)器輸出高電壓(相對于地電位)，使三極管導通，此時OC 門輸出端輸出低電壓，通常稱這種狀態(tài)為開。當施加的磁場達到釋放點(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。這樣兩次電壓變換，使霍耳開關完成了一次開關動作。其集成霍耳開關外形及接線如圖23 所示。圖23 集成霍耳開關外形及接線

5、我們選擇了P3.2 口作為信號的輸入端，內部采用外部中斷0（這樣可以減少程序設計的麻煩），車輪每轉一圈（我們設車輪的周長是1 米），霍爾開關就檢測并輸出信號，引起單片機的中斷，對脈計數(shù)，當計數(shù)達到1000 次時，也就是1 公里，單片機就控制將金額自動的加增加，其計算公式：當前單價 公里數(shù)=金額。2.2數(shù)據(jù)顯示單元的設計由于設計要求有單價（2 位）、路程（2 位）、總金額（3 位）顯示輸出，加上我們另外擴展了時鐘顯示（包含時分秒的顯示），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)碼管的分屏顯示數(shù)據(jù)的分

6、屏的顯示是通過按鍵S1 來實現(xiàn)切換的，如圖24 所示。在出租車不走的時候，按下S1，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分屏顯示；車在行走的時候只有總金額和單價顯示屏在顯示，當?shù)竭_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。 圖2 4 S1 切換顯示屏 圖25 顯示器原理圖從單片機串口輸出的信號先送到左邊的移位寄存器（74HC164）,由于移位脈沖的作用，使數(shù)據(jù)向右移，達到顯示的目的。移位寄存器74HC164還兼作數(shù)碼管的驅動，插頭1（header1）接電源，插頭2（header2）接數(shù)據(jù)和脈沖輸出端。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

7、使用壽命。2.3 AT24C02 掉電存儲單元的設計掉電存儲單元的作用是在電源斷開的時候，存儲當前設定的單價信息。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DIP 封裝，使用方便。其電路如圖26 所示。 圖26 掉電存儲電路原理圖圖中R8、R10 是上拉電阻，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S

8、DA（數(shù)據(jù)/地址）與單片機傳送數(shù)據(jù)。每當設定一次單價，系統(tǒng)就自動調用存儲程序，將單價信息保存在芯片內；當系統(tǒng)重新上電的時候，自動調用讀存儲器程序，將存儲器內的單價等信息，讀到緩存單元中，供主程序使用。2.4 按鍵單元的設計電路共采用了四個按鍵，S1、S2、S3、S4，其功能分別是： S1:接P1.0口，分屏顯示切換按鍵；S2:接P1.1口，功能設定按鍵；S3:接P1.2口，/白天晚上切換按鍵；S4:接P1.3口，/中途等待開關。如圖2-7所示。 圖2.7 鍵盤調整單元接線圖2.5設計總框圖鍵盤控制啟動/清除開關AT24C02掉電存儲速度采集總金額顯示單價顯示鎖存器串口顯示驅動電路98S51單片

9、機 圖28 總體設計框圖2.6設計總體電路圖圖28 總體電路圖3.程序設計3.1模塊介紹該計程計價系統(tǒng)的軟件設計分為以下幾個模塊：(1)主程序模塊在主程序模塊中，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、中斷向量的設計以及開中斷、循環(huán)等待等工作。另外，在主程序模塊中還需要設置啟動/清除標志寄存器、里程寄存器和價格寄存器，并對它們進行初始化。然后，主程序將根據(jù)各標志寄存器的內容，分別完成啟動、清除、計程和計價等不同的操作。其程序流程如圖所示.當按下S1時，就啟動計價，將根據(jù)里程寄存器中的內容計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

10、算出當前的累計價格，并將結果存于價格寄存器中，然后將時間和當前累計價格送顯示電路顯示出來。當?shù)竭_目的地的時候，由于霍爾開關沒有送來脈沖信號，就停止計價，顯示當前所應該付的金額和對應的單價，到下次啟動計價時，系統(tǒng)自動對顯示清零，并重新進行初始化過程。(2)定時中斷服務程序在定時中斷服務程序中，每100ms 產生一次中斷，當產生10 次中斷的時候，也就到了一秒，送數(shù)據(jù)到相應的顯示緩沖單元，并調用顯示子程序實時顯示。其程序流程如圖所示.(3)里程計數(shù)中斷服務程序每當霍爾傳感器輸出一個低電平信號就使單片機中斷一次，當里程計數(shù)器對里程脈沖計滿1000 次時，就有程序將當前總額，使微機進入里程計數(shù)中斷服務

11、程序中。在該程序中，需要完成當前行駛里程數(shù)和總額的累加操作，并將結果存入里程和總額寄存器中。其程序流程如圖所示.(4)中途等待中斷服務程序當在計數(shù)狀態(tài)下霍爾開關沒有輸出信號，片內的T1 定時器便被啟動，每當計時到達10分鐘，就對當前金額加上中途等待的單價，以后每十分鐘都自動加上中途等待的單價。當中途等待結束的時候，也就自動切換到正常的計價。(5)顯示子程序服務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（HMS_DIS）、金額單價顯示子程序（CP_DIS）、路程單價顯示子程序(DP_DIS)、單價調節(jié)子程序(PA_DIS)。其程序流程如圖所示.（6）鍵盤服務程序鍵盤采用查詢的方式，放在主程序中，當沒有按鍵按下的時候，單片機循環(huán)主程序，一旦右按鍵按下，便轉向相應的子程序處理，處理結束再返回。其程序流程如圖所示.3.2程序流程圖（ 1）計價流程圖如圖3 1 所示。 圖31 計價流程圖（ 3）單價時間調整流程圖如圖3 2 所示。 圖32 單價時間調整流程圖4.總結由于使用的是單片機作為核心的控制元件，以及靈敏的霍爾開關型器件，是本出租車計價器具有功能強、性能可靠、電路簡單、成本低的特點，加上經過優(yōu)化的程序