基于AT89C52单片机的出租车计价器设计Word格式.docx

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目前全世界的计价器中有90%为台湾所生产。

现今我国生产计价器的企业有上百家，主要是集中在北京，上海，沈阳和广州等地。

在出租车是城市交通的重要组成部分，行业健康和发展也获得越来越多的关注。

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。

1.2国内外研究现状、发展动态

我国的第一家生产计价器企业是重庆市起重机厂，最早的计价器全部采用机械齿轮结构，只能完成简单的计程功能，可以说早期的计价器就是一个里程表。

随着科学技术的发展，产生了第二代计价器。

它采用了手摇计算机与机械结构相结合的方式，实现了半机械半电子化。

此时它在计程的同时还可以完成计价的工作。

大规模集成电路的发展又产生了第三代计价器，也就是全电子化的计价器。

它的功能也在不断完善.当单片机出现并应用于计价器后，现代出租车计价器的模型也就基本具备了，它可以完成计程，计价，显示等基本工作。

单片机以及外围芯片的不断发展促进了计价器的发展。

1.3研究的内容及可行性分析

1.3.1研究的内容

计价器显示的营运金额是营运里程与价格的函数（等候时间一般折算成一定比例的里程来计算）。

出租车计价器通过传感器与行驶车辆连接。

出租汽车的实际里程通过传感器的脉冲信号在计价器里折算成一定的计价营运里程。

针对这一点我们来利用单片机作为控制核心，设计一款出租车计价器，具有计价显示、等待时间计价，公里数显示，时间显示等相关功能。

1.3.2可行性分析

本设计采用AT89C52单片机为主控器，实现对出租车的多功能的计价设计，并采用掉电存储单元AT24C02来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8段数码显示管。

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，但同时在不计价的时候还能作为时钟为司机同志提供方便。

1.4系统整体的方案

1.4.1系统整体的方案选择

方案一：

采用数字电路实现。

首先将传感器输出的脉冲信号，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保准，电路也不够实用。

方案二：

用FPGA（可编程门阵列）实现：

利用硬件描述语言编程，仿真调试后下载到可编程期间上（CPLD）上实现。

可以对计程车整个过程进行判断、处理。

整个过程完全实现了自动化和智能化。

方案三：

采用单片机控制。

以单片机为核心,设计上采用89C52单片机为主控器，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选择功能。

不但能实现所要求的功能而且能在很大的程度上扩展功能，而且还可以方便的对系统进行升级。

1.4.2方案确定

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。

单片机计算总价的公式为：

总价=起步价+单价*（总里程-起步里程）。

AT89C52作为一个单片微型计算系统，灵活性高，其强大的控制处理功能和可扩展功能为设计电路提供了很好的选择。

通过比较以上三种方案，我们知道采用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，功能难以实现。

为此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，且灵活性强，有较大的活动空间，可以通过软件编程来完成更多的附加功能，方便对系统进行升级和功能扩展。

所以我们采用第三方案，用AT89C52单片机实现出租车计价的功能。

2设计要求与模块方案论证

2.1出租车计价器设计要求

设计一个出租车自动计费器，计费包括起步价、行车里程计费、等待时间计费三部分，用1602液晶显示d总金额，运行时间，暂停时间，最大值为99.9元，起步价为5.0元，3Km之内起步价计费，超过3Km,1KM增加2元（手动按键增加里程，每按两次增加1KM），等待时间单价为每分钟0.8元，用液晶显示总里程，同时用液晶显示等待时间和运行花费时间。

1.计费功能

费用的计算是按行驶里程收费。

设起步价为5.00元。

当里程<

3km时，按起价计算费用。

当里程>

3km时，每公里按2元（夜晚1.2元）计费。

等待累计时间>

5min时，按0.8元/min计费。

2.显示功能

显示行驶里程：

用四位数字显示，显示方式为“XXXX”,单位为km。

计程范围0-99km，精确到1km。

显示等候时间：

用两位数字显示，显示方式为“XX”,单位为min。

计时范围0-59min，精确到1min。

3、显示总费用：

用四位数字显示，显示方式为“XXX.X”,单位为元。

计价范围0-999.9元，精确到0.1元。

2.2系统主要功能

本出租车自动计费，上电后显示最初的起步价，里程计费单价，等待时间计费单价，通过按键可以调节起步价，里程计费单价，等待时间计费单价。

同时具有运行，暂停，停止等状态，可以显示运行的时间，同时可以显示暂停的时间，具有累加功能，暂停和运行时间在暂停和运行前一次的状态上计时。

出租车停止后能够显示行驶的总费用。

2.3方案论证与比较

2.3.1控制模块

方案一:

用PLC可编程控制器控制。

PLC可靠性高，抗干扰能力强；

配套齐全，功能完善，适用性强；

应用领域范围大。

但是PLC除了运算速度快意外，相比与单片机，没有别的优点；

相比与出租车内的狭小空间，PLC系统太大，且成本太高，不利于的生产厂商的成本控制。

采用数字电路控制。

数字电路采用传感元件，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，但是这种电路过于简单，性能不稳定，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。

明显的这种电路不适用于当代的出租车计价器。

采用单片机作为控制器。

单片机有丰富的I/O端口，控制灵活，轻易地可以实现出租车计价器基本的里程计价功能和价格调节、时钟显示功能。

而且单片机体积小、质量轻、电路设计简单、使用方便，可以对系统进行升级，为学习应用和开发提供了便利条件，且价格相比于PLC便宜很多。

方案确定：

本电路设计的出租车计价器不但能实现基本的计价，而且还能根据一天中的不同时间来调节单价。

本设计中用到的AT89C52型单片机就是一个单片微型计算系统，灵活性高，其强大的控制处理功能和可扩展功能为设计电路提供了很好的选择。

通过以上三种方案的比较，我们选择方案三作为本设计的整体电路。

方案一虽然良好，但出租车内狭小的空间以及基于出租车计价器的成本控制，选用方案一不太现实。

方案二的数字电路控制虽然更便宜，但是功能单一，机械设计易磨损的特性决定了它的寿命太短。

方案三采用单片机作为控制器，灵活方便，系统可升级，在空间、成本控制、易用性、使用寿命上，都有不错的性价比。

2.3.2显示模块

采用LED数码显示管。

LED数码显示器是一种由LED发光二极管组合显示字符的显示器件。

它由8个LED发光二极管成“日”字型结构，其中7个用于显示笔画字符，一个用于显示小数点。

单片机数码管显示一般都是所谓的动态扫描显示，往往不止一个数码管。

一个数码管8段加一个公共端需要9根口线才能完全显示任意数字，为了节省IO口线，就利用了人眼视觉驻留的原理，每一位数码管显示一会儿，然后关掉它，再去显示下一个数码管。

只要保证在1秒内每个数码管能扫上个十几次二十几次，视觉上就好像同时点亮了所有数码管了。

采用液晶显示器（LCD1602）。

LCD的优点主要包括零辐射、低功耗、体积小、字符显示精确。

液晶LCD1602显示器与数码管（LED）相比,其轻薄短小、寿命长、低功耗、画面效果好、电路连接简单、易于与单片机连接和节约单片机的IO口、精确度可靠操作简单等优点。

方案确定：

综上所述，LCD有着明显的优点，所以选择方案二。

2.3.3按键模块

采用独立键盘。

独立式是指最简单的键盘电路，各键相互独立，每个按键独立地与一根单片机的I/O端口线相连接的键盘电路。

每一个键状态通过接入键值的高低电平来区分。

正常状况下，与键盘所连接的单片机的I/O端口被设置为高电平，即“1”状态，当有键按下时，与之相连的单片机的I/O端口将被拉成低电平，即“0”状态。

这种方式电路设计比较直观，软件结构简单，一般用在按键数目不多的场合。

遥控器用来产生遥控编码脉冲。

驱动红外发射管输出红外遥控信号，遥控接收头完成对遥控信号的放大、检波、整形、解调出遥控编码脉冲。

遥控编码脉冲是一组串行二进制码，对于一般的红外遥控系统，此串行码输入到微控制器，由其内部CPU完成对遥控指令解码，并执行相应的遥控功能。

独立按键的各按键电路相互独立，可以灵活设置并对键盘进行定义，其软件编程相对简单，所以选择方案一。

3霍尔传感器

3.1霍尔式传感器在机车测速中的应用

测速装置在机车控制系统中占有非常重要的地位，对测速装置的要求是分辨能力强、高精度和尽可能短的检测时间。

介绍了应用霍尔传感器通过测量磁场强度，来得到稳定的脉冲方波信号，实现机车转速的测量。

霍尔传感器是利用霍尔效应实现磁电转换的一种传感器,我国从70年代开始研究霍尔器件,经过20余年的研究和开发,目前已经能生产各种性能的霍尔元件,霍尔传感器具有灵敏度高、线性度好、稳定性高、体积小和耐高温等特点。

所设计的霍尔元件的脉冲发生器要求成本低、构造容易、性能好。

在机车电气系统中存在着较为恶劣的电磁环境下，具有较强的抗各种干扰脉冲的能力，同时不受脉冲干扰引起输出信号的不稳定。

霍尔传感器是利用霍尔效应实现磁电转换的一种传感器，它具有灵敏度高，线性度好，稳定性高、体积小和耐高温等特点，在机车控制系统中占有非常重要的地位。

对测速装置的要求是分辨能力强、高精度和尽可能短的检测时间。

发电机转速的检测方案可分成两类：

用测速发电机检测或用脉冲发生器检测。

测速发电机的工作原理是将转速转变为电压信号，它运行可靠，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。

脉冲发生器的工作原理是按发电机转速高低，每转发出相应数目的脉冲信号。

按要求选择或设计脉冲发生器，能够实现高性能检测。

所设计的基于霍尔元件的脉冲发生器要求成本低，构造简单，性能好。

在机车电气系统中存在着较为恶劣的电磁环境，因此要求产品本身要具有较强的抗干扰能力。

3.2霍尔传感器的原理

1）霍尔效应

在一块半导体薄片上，其长度为l，宽度为b，厚度为d,当它被置于磁感应强度为B的磁场中，如果在它相对的两边通以控制电流I，且磁场方向与电流方向正交，则在半导体另外两边将产生一个大小与控制电流I和磁感应强度B乘积成正比的电势UH，即UH=KHIB，其中kH为霍尔元件的灵敏度。

该电势称为霍尔电势，半导体薄片就是霍尔元件。

2）工作原理

霍尔开关集成电路中的信号放大器将霍尔元件产生的幅值随磁场强度变化的霍尔电压UH放大后再经信号变换器、驱动器进行整形、放大后输出幅值相等、频率变化的方波信号。

3.3测量磁场及工作设置

1）测量磁场

使用霍尔器件检测磁场的方法极为简单，将霍尔器件作成各种形式的探头，放在被测磁场中，因霍尔器件只对垂直子霍尔片表面的磁感应强度敏感，磁力线必须和器件表面垂直，通电后即可由输出电压得到被测磁场的磁感应强度。

若不垂直，则应求出其垂直分量来计算被测磁场的磁感应强度值。

而且，因霍尔元件的尺寸极小，可以进行多点检测，由计算机进行数据处理，可以得到电场的分布状态，并可对狭缝、小孔中的磁场进行检测。

2）工作磁体的设置

用磁场作为被传感物体的运动和位置信息载体时，一般采用永久磁钢来产生工作磁场。

在遮断方式中，工作磁体和霍尔器件以适当的间隙相对固定，用一软磁（例如软铁）翼片作为运动工作部件，当冀片进入间隙时，作用到霍尔器件上的磁力线被部分或全部遮断，以此来调节工作磁场。

被传感的运动信息加在冀片上。

这种方法的检测精度很高，在125℃的温度范围内，冀片的位置重复精度可达50μm。

当两齿之间的空隙正对霍尔元件时，穿过霍尔元件的磁力线分散，磁场相对较弱；

而当某一齿对准霍尔元件时，穿过霍尔元件的磁力线集中，磁场相对较强。

齿轮转动时，使得穿过霍尔元件的磁力线密度发生变化，因而引起霍尔电压的变化，霍尔元件将输出一个mV级的准方波电压。

此信号还需由电子电路转换成标准的脉冲电压，当外加磁场的S极接近霍尔电路外壳上打有标志的一面时，作用到霍尔电路上的磁场方向为正。

也可将工作磁体固定在霍尔器件（外壳上没打标志的一面），让被检的铁磁物体（例如钢齿轮）从它们近旁通过，检测出物体上的特殊标志（如齿、凸缘、缺口等），得出物体的运动参数。

在霍尔效应速度传感器中，当测速的靶转到霍尔效应传感器的位置，即霍尔传感器位于靶及磁铁之间，霍尔效应传感器检测到靶感应的磁通量变化。

霍尔效应传感器感测的是磁通量的大小。

3.4霍尔式车速传感器

霍尔效应传感器（开关）在汽车应用中是十分特殊的，这主要是由于变速器周围空间位置冲突，霍尔效应传感器是固体传感器，它们主要应用在曲轴转角和凸轮轴位置上，用于开关点火和燃油喷射电路触发，它还应用在其它需要控制转动部件的位置和速度控制电脑电路中。

霍尔效应传感器或开关，由一个几乎完全闭合的包含永久磁铁和磁极部分的磁路组成，一个软磁铁叶片转子穿过磁铁和磁极间的气隙，在叶片转子上的窗口允许磁场不受影响的穿过并到达霍尔效应传感器，而没有窗口的部分则中断磁场，因此，叶片转子窗口的作用是开关磁场，使霍尔效应象开关一样地打开或关闭，这就是一些汽车厂商将霍尔效应传感器和其它类似电子设备称为霍尔开关的原因，该组件实际上是一个开关设备，而它的关键功能部件是霍尔效应传感器。

测试步骤，将驱动轮顶起模拟行使状态，也可以将汽车示波测试线加长进行行驶的测试。

波形结果，当车轮开始转动时，霍尔效应传感器开始产生一连串的信号，脉冲的个数将随着车速增加而增加，与图例相像，这是大约30英里/小时时记录的，车速传感器的脉冲信号频率将随车速的增加而增加，但位置的占空比在任何速度下保持恒定不变。

车速传感器越高，在示波器上的波形脉冲也就越多。

确认从一个脉冲到另一个脉冲的幅度，频率和形状是一致的，这就是说幅度够大通常等于传感器的供电电压，两脉冲间隔一致，形状一致，且与预期的相同。

确定波形的频率与车速同步，并且占空比决无变化，还要观察如下内容：

观察波形的一致性，检查波形顶部和底部尖角。

观察幅度的一致性：

波形高度应相等，因为给传感器的供电电压是不变的。

有些实例表明波形底部或顶部有缺口或不规则。

这里关键是波形的稳定性不变，若波形对地电位过高，则说明电阻过大或传感器接地不良。

观察由行驶性能问题的产生和故障码出现而诱发的波形异常，这样可以确定与顾客反映的故障或行驶性能故障产生的根本原因直接有关信号问题。

虽然霍尔效应传感器一般设计能在高至150℃温度下运行，但它们的工作仍然会受到温度的影响，许多霍尔效应传感器在一定的温度下（冷或热）会失效。

如果示波器显示波形不正常，检查被干扰的线或连接不良的线束，检查示波器和连线，并确定有关部件转动正常（如：

输出轴、传感器转轴等）。

当示波器显示故障时，摇动线束，这可以提供进一步判断，以确认霍尔效应传感器是否是故障的根本原因。

4硬件设计

4.1相关芯片及元器件介绍

4.1.1AT89C52

AT89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。

AT89C52片机由如下功能部件组成，即中央处理器（CPU）、内部数据存储器（RAM）、内部程序存储器（ROM）、并行I/O端口、串行口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器。

AT89C52单片机的引脚图如图4-1所示：

图4-1AT89C52引脚图

Fig.4-1AT89C52Pinfigure

AT89C52单片机各引脚功能：

VCC：

供电电压

GND：

接地

ALE/PROG：

当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。

在flash编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

PSEN：

外部程序存储器的选通信号。

在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次PSEN有效。

但在访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现。

EA/Vpp：

当EA信号为低电平时，对ROM的读操作限定在外部程序存储器；

而当EA信号为高电平时，对ROM的读操作是从内部程序存储器开始的，并可延至外部程序存储器。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

RST：

当输入的复位信号延续两个机器周期以上的高电平时即为有效，用以完成单片机的复位初始化操作。

XTAL1和XTAL2：

外接晶体引线端。

当使用芯片内部时钟时，两引脚用于外接石英晶体和微调电容；

当使用外部时钟时，用于连接外部时钟脉冲信号。

P0:

P0口是一组8位漏极开路型双向I／O口，也即地址／数据总线复用口。

作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端用。

在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。

在FIash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻

P1：

P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I／O口，P1口的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。

作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。

FIash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。

P2：

P2口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I／O口，P2口的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器时，P2口送出高8位地址数据。

在访问8位地址的外部数据存储器时，P2口线上的内容在整个访问期间不改变。

Flash编程或校验时，P2口亦接收高位地址和其它控制信号。

P3：

P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I／O口。

P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。

作输入端时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。

由于工艺及标准化等原因，芯片的引脚数目是有限的。

为了满足实际需要，部分引脚被赋予双重功能，即第一功能和第二功能。

最常用的是8条P3口线所提供的第二功能，如表4-1所示：

表4-1P3口各引脚的第二功能

Tab.4-1P3thesecondfunctionofeachpin

第一功能

第二功能

第二功能信号名称

P3.0

RXD

串行数据接受

P3.1

TXD

串行数据发送

P3.2

INT0

外部中断0申请

P3.3

INT1

外部中断1申请

P3.4

T0

定时/计数器0的外部输入

P3.5

T1

定时/计数器1的外部输入

P3.6

WR

外部RAM或外部I/O写选通

P3.7

RD

外部RAM或外部I/O读选通

单片机时钟与复位电路：

单片机是一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地进行工作，时钟电路用于产生单片机工作时所需要的时钟信号。

时钟信号的产生：

在MCS-51系列单片机内部有一个高增益反相放大器，其输入端引脚为XTAL1，其输出端引脚为XTAL2。

只要在XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容，就可以构成一个稳定的自激振荡器