基于单片机的出租车计费器.docx

基于单片机的出租车计费器.docx

《基于单片机的出租车计费器.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的出租车计费器.docx（23页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

基于单片机的出租车计费器

摘要

本文介绍了以STC12C5A08AD单片机为核心的多功能出租车计价器的设计,阐述了系统软硬件设计过程及关键技术。

经测试，本计价器具有计程、计价、计时、等待时间计价等多种计量功能,并且具有存储、查询、起步价、起步价里程和每公里价格的预置、价格预置密码确认、车速显示、超速提醒、语音服务、清单打印和车内温度显示等多种功能。

关键词

出租车计价器多功能STC12C5A08AD软硬件设计

1引言…………………………………………………………………………1

2方案论证……………………………………………………………………Y

2.1主控芯片的选择………………………………………………………Y

2.2键盘选择………………………………………………………………Y

2.3扫描方式的选择………………………………………………………Y

2.4显示驱动方式选择………………………………………………………Y

3系统整体……………………………………………………………………Y

3.1系统整体框图………………………………………………………………Y

4各单元电路设计………………………………………………………………Y

4.1主控单元…………………………………………………………………Y

4.2模拟出租车车速装置与里程检测单元……………………………………Y

4.3键盘控制单元……………………………………………………………Y

4.4数码显示单元……………………………………………………………Y

4.5实时时钟与等待时间累加单元…………………………………………Y

4.6语音播报与超速提醒单元………………………………………………Y

4.7票据打印单元……………………………………………………………Y

4.8车内实时温度显示单元…………………………………………………Y

5系统软件设计…………………………………………………………………Y

6测试方案与测试结果…………………………………………………………Y

表1系统性能测试项目表…………………………………………………Y

表2按键模拟设置里程、单程/往返计价测试结果………………………Y

表3预置转速后计价测试结果……………………………………………Y

表4累计等待时间计价功能测试结果……………………………………Y

表5起步价、起步里程与每公里价格预置功能测试结果…………………Y

表6白天/晚上计价标准测试结果………………………………………Y

总结……………………………………………………………………………Y

致谢……………………………………………………………………………Y

参考文献…………………………………………………………………………Y

附录一主程序流程……………………………………………………Y

附录二计价子程序流程……………………………………………………Y

附录三显示子程序……………………………………………………Y

附录四时钟子程序……………………………………………………Y

附录五温度传感器子程序……………………………………………………Y

引　言

出租车计价器是出租车营运收费的专用智能化仪表,随着电子技术的发展,出租车计价器技术也在不断进步和提高。

国内出租车计价器已经经历了4个阶段的发展。

从传统的全部由机械元器件组成的机械式,到半电子式即用电子线路代替部分机械元器件的出租车计价器;再从集成电路式到目前的单片机系统设计的出租车计价器。

出租车计价器计费是否准确、出租车司机是否超速才是乘客最关心的问题,而计价器营运数据的管理是否方便又是出租车司机最关注的。

因此设计出一种既能有效防止司机作弊和超速又能方便司机的计价器尤为重要。

因此,本文以单片机STC12C5A08AD为核心设计一款多功能出租车计价器,该计价器能实现里程计价与显示、数据存储与查询、时钟显示、超速提醒、语音播报和票据打印等功能。

它比市场上的一些计价器使用更方便,功能更全,还具有有效防止司机作弊和系统稳定性好的优点。

其中的超速提醒功能可以提醒司机和乘客,以告诫司机不要超速行驶,以避免交通事故的发生。

方案论证

1、主控芯片选择

方案一：

采用普通的51系列单片机，可以满足设计要求，但从成本、功耗、运行速度方面不及STC系列单片机。

方案二：

采用增强型STC系列单片机，STC系列单片机具有高速、低功耗、高可靠、强抗干扰，强抗静电、超低价等优点，因此本设计采用STC12C5A08AD作为系统主控芯片。

2、键盘选择

方案一：

采用独立式键盘，由于本设计需要设有单程、往返、暂停、清除、键盘预置、价格预置密码确认等功能键，如果采用独立式键盘，编程复杂，对使用者来说，操作十分不方便。

方案二：

采用矩阵式键盘，编程简单，无论是按键控制还是密码输入都很方便，容易被使用者接受和使用。

本设计采用此方案。

3、扫描方式选择

方案一：

采用动态扫描显示，由于本设计需要显示的内容较多，采用的数码管位数多。

如果采用动态显示，需要将16个数码管分组驱动，占用I/O多，在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为1～2ms，扫描速度跟不上，各位数码管并非同时点亮，显示亮度不够。

方案二：

采用静态显示，静态驱动的优点是不存在扫描速度及闪烁问题，因此编程简单；数码管位选通由各自独立74HC595驱动控制，显示稳定且亮度高。

本设计采用此方案。

4、显示驱动方式选择

方案一：

采用74HC164做驱动，成本低，接线少，但驱动能力弱，没有锁存，数码管显示不稳定。

方案二：

采用74HC595做驱动，驱动能力强，有锁存端，数码管显示稳定，因此本设计采用此方案。

系统整体方案

1、系统整体框图

图1系统整体框图

整体方案设计方框图如图1所示，整个系统由单片机STC12C5A08AD控制，整个系统由光电传感器速度采集部分，DS1302时钟电路、ISD2560语音播报电路、票据打印电路、温度采集、模拟车速装置、超速提醒和价格预置等组成,采用4×4矩阵式键盘控制、显示电路采用74HC595驱动。

各单元电路设计

1、主控单元

本设计采用STC系列单片机STC12C5A08AD控制，利用单片机采集按键及车速模拟传感器信息完成各种控制，并利用其内部存储器，当通过按键设定一次数据完毕后（如:

昼夜单价、等候时间、起租里程、起租金额等）,系统就自动调用存储程序,将数据信息保存在芯片内；当系统重新上电时,自动调用读存储器程序,将存储器内的数据信息,读到缓存单元中,供主程序使用。

由于保存在单片机中的数据是不能随意进行改动,因此它具有防作弊功能。

此外出租车营运过程中的一些营运数据,如:

单次出租的营运额和营运里程、一段时间内的营运总额和总路程等,也存储在单片机中,以便出租车公司及司机查询,使出租车司机与出租公司更便于管理营运数据。

2、模拟出租车车速装置与里程检测单元

本单元控制部分采用一片STC系列单片机STC12C5A08AD控制，通过改变单片机送给步进电机驱动模块的脉冲信号频率，控制步进电机的转速。

步进电机带动转盘转动，用光电传感器同步检测转盘的转速信号，送主控单元单片机处理，转换成实时车速显示。

本单元设有三个按键，一个为转速预置控制键，另外两个是预设转速加减键，预设转速可以在本单元同步显示。

模拟出租车车速装置与里程测量单元电路原理如图3所示。

图2主控单元电路图

3、键盘控制单元

根据题目要求，需要设置的键盘较多，故本设计采用4×4矩阵式键盘，键盘功能如图4所示。

按单程/往返按键一次，进行单程计价，连续按单程/往返按键两次，进行往返计价；到达目的地后，按“暂停”键，计价器可暂停计价；反复按“查询”键，计价器能依次显示总等待时间，里程数和金额数；按“清除”键，能将记录的数据（里程、等待时间与价格等）清0；按价格预置/时间调整键一次，进入起步价、起步价里程和每公里价格的预置状态，输入4位密码后，开始预置起步价，预置完后按价格预置/时间调整键确认，再预置起步价里程和每公里价格，每预置完一项，按价格预置/时间调整键一次，进行确认；连续按价格预置/时间调整键两次，进入时间调整程序，通过数字键输入时间即可。

按下“按键模拟“键，进入按键模拟状态，每按一次，行车里程加0.1公里。

图3模拟出租车车速装置与里程测量单元

图44×4矩阵式键盘

4、数码显示单元

本设计采用16位的高亮度LED数码管分别显示行车里程数（4位），金额数（4位），实时车速（4位），另外4位轮流显示车内实时温度（红）、实时时钟（黄）和累计等待时间（绿），显示内容分别用红黄绿指示灯示意。

当为空车时,为了节电,只显示实时时间和车内实时温度,为供司机查看时间提供方便；当司机要查询以往的营运数据时,按查询键时，计价器依次显示总等待时间、里程数和金额数；有乘客时显示营运的实时车速、程数、金额数，轮流显示车内实时温度（红）、实时时钟（黄）和累计等待时间（绿）。

显示驱动器采用16片串入并出8位移位寄存器74HC595级联。

显示电路如图5所示。

图5数码显示单元

5、实时时间与等待时间单元

时间计时采用美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片DS1302，计价器在出租车空车行驶时显示实时时钟；有乘客时，轮流显示实时时间和累计等待时间。

累计等待时间的确定方法是：

当单片机检测车速低于5公里/小时时，启动内部定时器开始计时，车速高于5公里/小时时，停止计时，单片机将各次等待时间累加，作为总等待时间。

等待时间显示与实时时间显示轮流进行。

利用DS1302的实时时钟作为白天/晚上单价自动转换的一个基准,通过DS1302获取时间信息分辨白天/晚上,然后调用内部程序存储器信息，获取白天/晚上的单价及起始价,便开始计价并显示时间、里程和金额等信息；当实时时间在21：

00至次日5：

00时，执行晚上收费标准。

DS1302与STC12C5A08AD的连接图如图6所示。

6、语音播报与超速提醒单元

为使计价器更加微型化、智能化、人性化,我们设计了语音播报与超速提醒功能。

语音芯片采用集成度较高ISD2560芯片,其最大特点是采用E2PROM进行模拟信息直接存取而不必经过A/D和D/A转换。

它内部带有话筒放大器、自动增益控制时钟、扬声器驱动电路等,采用+5V电源供电。

语音模块与单片机的接口如图7所示。

设计过程中,先将固定语音部分（上、下车、超速提醒用语）信息存储到ISD2560内部的不同起点地址中。

营运过程中根据上、下车与超速的不同营运状态来实现不同语音功能播放。

在语音芯片工作时,系统首先主程序调用放音处理程序,根据发音地址寻找ISD2560中的发音单元,然后将信号送到扬声器发出声音。

当空车灯掰下乘客上车时:

ISD2560语音播报电路进行语音播报1（欢迎乘客乘坐本出租车…）；当空车灯打上，乘客下车时:

进行播报2（谢谢再次乘坐本出租车,请交金额…）；当单片机检测到超速信息时，进行播报3（车辆超速、请减速）。

图7语音播报与超速提醒单元电路

7、票据打印单元

本系统设有票据打印功能，当出租车到达指定地点,司机翻起空车牌,便产生一个信号通知单片机,单片机启动打印服务,将行车的中途等待时间、营运里程、单价、金额、日期及上下车时间等数据打印成出租车专用发票。

微型打印机接口电路如图7所示。

该电路采用接口插板方式与单片机相连,这一特点使得计价器的票据打印在功能上与主系统一体化,而在检查、维修时又可单独进行。

本设计中所用微打是RD系列微型打印机,微型打印机与单片机通过串行接口相连,当所需要打印的数据出现在打印机串行输入口时,STB只要从高电平转到低电平,再从低电平