基于单片机的出租车计价器设计说明.docx
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基于单片机的出租车计价器设计说明
基于单片机的出租车计价器设计
摘要:
本设计的是一个基于单片机AT89C52的出租车自动计费设计,附有复位电路,时钟电路,键盘电路等。
复位电路是单片机的初始化操作,除了正常的初始化外,为摆脱困境,通过复位电路可以重新开始。
通过按键模拟出租车的运行,暂停,停止。
在1602液晶上可以显示运行的时间,运行时暂停的时间,通过计算可以得出总共的费用和总的路程。
在这里主要是以AT89C52单片机为核心控制器,P0口接1602液晶显示模块,P1口接按键的,通过按键输入。
关键词:
AT89C52,1602液晶,出租车计价器。
TaximeterBasedonSingle-chipDesign
Adstract:
ThisdesignisataxibillingdesignbasedonsinglechipmicrocomputerAT89C52,resetcircuit,clockcircuit,keyboardcircuitandsoon.ResetcircuitisMCUinitializationoperation,inadditiontothenormalinitialnon-greeks,togetridofthedilemma,throughtheresetcircuitcanstartagain.Throughsimulationtaxioperationbuttons,pause,stop.Onthe1602LCDcandisplaytherunningtime,theruntimetosuspendtime,throughthecalculationcanbeconcludedthatthetotalcostandthetotaldistance.HereismainlybasedonAT89C52microcontrollerasthecorecontroller,P0mouthbyliquidcrystaldisplaymodule1602,P1mouthpickupkeys,throughthepressedkeyinput.
Keywords:
AT89C52,1602liquidcrystal,Taximeter.
第1章引言
1.1出租车计价器概述
首先,随着我国经济的发展,城市化进程逐步加快,生活水平逐步提高,人们也不再满足于衣食住的享受,出行的舒适已受到越来越多人的关注。
于是,在日常出行上,出租车以高质低价赢得越来越多人的青睐。
30年前,我国出现了出租车,但是由于当时的经济水平,出租车并没有普遍在我们生活中出现。
随着改革开放的深入,出租车行业的发展势头已十分突出。
如今出租车在我国的交通运输中承担着重要的角色,出租车计价器是出租车上必不可少的重要仪器,它是负责出租车营运收费的专用智能化仪表。
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。
其次,伴随着出租车也在各个城市越来越多,随之带来的关于出租车的买卖纠纷也时有发生,比如:
出租车起步价有时在全市不统一、个别出租车乱收费。
而与这两个问题息息相关的是出租车计价器,只有在全市的出租车上使用统一规的出租车计价器,才能从根源上解决问题。
使用改良的出租车计价器为市民带来优质低价的服务,而且,具有良好性能的计价器对出租车司机是很有必有的。
从另一方面来考虑,出租车计价器还是有着不错的市场潜力。
各大中小城市出租车的数量每年都在增加,购买出租车计价器对于出租车公司来说是一笔较大的投资,质优价廉的计价器一定能快速的占据市场。
依据国家有关法律、法规,出租汽车计价器是列入国家首批强制检定的工作计量器具之一,也是近年来国家质量技术监督部门强化管理的六类重点计量器具之一。
最后,选用单片机做毕业设计不但能加深对单片机原理的理解,还能培养我们的实践动手能力,开发学生的创新思维,提高学生的分析、解决问题的能力,对于毕业生来说,是一次很重要的体验。
本设计要实现的出租车计价器功能:
具备里程显示,等待时间显示及计价显示。
系统可通过板上的按键进行起步价及每公里单价的设定,方便在不同城市进行实际的设置。
1.2单片机发展前景
单片机已经渗透到我们生活的各个领域,几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。
导弹的导航装置,飞机上各种仪表的控制,计算机的网络通讯与数据传输,工业自动化过程的实时控制和数据处理,广泛使用的各种智能IC卡,民用豪华轿车的安全保障系统,录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制,以及程控玩具、电子宠物等等,这些都离不开单片机。
单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域,大致可分如下几个畴:
①在智能仪器仪表上的应用。
单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点,广泛应用于仪器仪表中,结合不同类型的传感器,可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。
②在工业控制中的应用。
用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。
例如工厂流水线的智能化管理,电梯智能化控制、各种报警系统,与计算机联网构成二级控制系统等。
③在家用电器中的应用。
可以这样说,现在的家用电器基本上都采用了单片机控制,从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备,五花八门,无所不在。
④在计算机网络和通信领域中的应用。
单片机普遍具备通信接口,可以很方便地与计算机进行数据通信,为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件。
⑤单片机在医用设备领域中的应用。
单片机在医用设备中的用途亦相当广泛,例如医用呼吸机,各种分析仪,监护仪,超声诊断设备及病床呼叫系统等等。
此外,
单片机在工商,金融,科研、教育,国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。
1.3本设计的意义
出租车行业在我国是八十年代初兴起的一项新兴行业,随着我国国民经济的高速发展,出租汽车已成为城市公共交通的重要组成部分。
多年来国普遍使用的计价器只具备单一的计量功能。
目前全世界的计价器中有90%为所生产。
现今我国生产计价器的企业有上百家,主要是集中在,,和等地。
我国的第一家生产计价器企业是市起重机厂,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。
二代计价器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。
三代计价器也就是现在市场上的出租车计价器。
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。
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。
1.4市场上出租车计价器具备的一些功能
五屏显示:
同时显示金额、单价、计时、里程和时钟;
状态显示:
低速、夜间、空贴、往返、暂停;
语音报价:
播放服务用语、车费等;
自动打印:
按规定的格式打印路单发票;
税控功能:
按税务部门规定日期用IC卡交税
存储功能:
可储存100次营运路单供查询统计,存储数据掉电保存十年。
IC卡:
强大的加密功能,数据安全可靠
司机卡:
路单存储、数据管理、一机一卡;
管理卡:
设置参数、周期检定、逾期停机;
税控卡:
确保税收、限期纳税、逾期停机;
时距分离、时距并行、等候收费等方式任选;
永久时钟:
不掉电永久实时时钟,自动转换日夜收费;
通用程序:
具有25项可设置参数,方便设置;
公司管理:
营运数据用IC卡传递到计算机中,便于管理。
1.5本设计的可行性分析
本设计以AT89C52单片机为控制核心,实现对出租车的多功能的计价功能,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LCD1602液晶显示器。
系统一共有七个按键,分别是:
白天/夜晚切换、单价增、单价减、开始/等待、里程增加、重新开始,还有一个系统整体复位按键。
本电路设计的计价器可以实现白天/夜晚的定价切换、单价的增加和减少等功能,可以基本模拟出租车计价器的基本功能,也可以制造成实物。
第2章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。
方案二:
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。
方案三:
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
方案一:
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。
方案二:
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
方案一:
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。
方案二:
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,由其部CPU完成对遥控指令解码,并执行相应的遥控功能。
方案确定:
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。
第3章硬件设计
3.1相关芯片及元器件介绍
3.1.1AT89C52
AT89C52是一个低电压,高性能CMOS8位单片机,片含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)、部数据存储器(RAM)、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3-1所示:
图3-1AT89C52引脚图
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。
对端口写“1”,通过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)。
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3-1所示:
表3-1P3口各引脚的第二功能
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,如图3-3所示。
MCS-51系列单片机的时序概念有4个,可以用定时单位来说明,从下到大依次是:
节拍、状态、机器周期、指令周期。
节拍:
把振荡脉冲的周期定义为节拍。
状态:
振荡脉冲经过二分频后,就是单片机时钟信号的周期。
机器周期:
单片机采用定时控制方式,有固定的机器周期。
规定一个机器周期的宽度为6个状态,即12个振荡脉冲周期。
指令周期:
是最大的时序定时单位,指执行一条指令所需要的时间。
单片机的复位是指CPU和系统中的其他功能部件恢复到一个确定的初始状态,并从这个状态开始工作。
单片机复位的初始条件是:
必须使RST加上持续两个机器周期以上的高电平。
单片机的复位电路如图3-4所示。
复位后,单片机部的各专用寄存器的状态如表3-2所示。
表3-2单片机复位状态
专业寄存器
复位状态
专业寄存器
复位状态
PC
0000H
ACC
00H
B
00H
PSW
00H
SP
07H
DPTR
0000H
P0~P3
FFH
IP
***00000B
TMOD
00H
IE
***00000B
THD
00H
SCON
00H
TL0
00H
SBUF
不确定
TH1
00H
PCON
0***0000B
TL1
00H
TCON
00H
3.1.2掉电存储芯片AT24C02
AT24C02是一个2K位串行CMOSE2PROM,部含有256个8位字节,CATALYST公司的先进CMOS技术实质上减少了器件的功耗。
AT24C02有一个16字节页写缓冲器。
该器件通过IIC总线接口进行操作,有一个专门的写保护功能。
AT24C02可解决掉电数据保存问题,可对所存数据保存100年,并可多次擦写,擦写次数可达10万次以上。
存储当前设定的总金额,等待时间,运行里程以及单价等信息。
如图3-4为AT24C02引脚图。
图3-4AT24C02引脚图
各引脚的功能分别是:
A0、A1、A2:
器件地址选择
SDA:
串行数据/地址
SCL:
串行时钟
WP:
写保护
Vcc:
+1.8V到+6.0V工作电压
GND:
接地
特性:
1.数据线上的看门狗定时器,2.可编程复位门栏电平,3.高数据传送速率为400KHz和1C总线兼容,4.2.7V至7V的工作电压,5.低功耗CMOS工艺,6.16字节页写缓冲区,7.片防误擦除写保护,8.高低电平复位信号输出,9.100万次擦写周期,10.数据保存可达100年,11.商业级、工业级和汽车温度围。
功能描述:
AT24C02支持I2C,总线数据传送协议I2C,总线协议规定任何将数据传送到总线的器件作为发送器。
任何从总线接收数据的器件为接收器。
数据传送是由产生串行时钟和所有起始停止信号的主器件控制的。
主器件和从器件都可以作为发送器或接收器,但由主器件控制传送数据(发送或接收)的模式,由于A0、A1和A2可以组成000~111八种情况,即通过器件地址输入端A0、A1和A2可以实现将最多8个AT24C02器件连接到总线上,通过进行不同的配置进行选择器件。
结构与寻址:
AT24C02的存储容量为2Kb,容分成32页,每页8B,共256B,操作时有两种寻址方式:
芯片寻址和片子地址寻址。
(1)芯片寻址:
AT24C02的芯片地址为1010,其地址控制字格式为1010A2A1A0R/W。
其中A2,A1,A0可编程地址选择位。
A2,A1,A0引脚接高、低电平后得到确定的三位编码,与1010形成7位编码,即为该器件的地址码。
R/W为芯片读写控制位,该位为0,表示芯片进行写操作。
(2)片子地址寻址:
芯片寻址可对部256B中的任一个进行读/写操作,其寻址围为00~FF,共256个寻址单位。
3.1.31602LCD液晶显示介绍
LCD液晶显示是依靠液晶显示器进行数据或图形显示的。
LCD液晶显示弥补了LED显示效果不够美观、不能显示图形和汉字等缺点,因此液晶显示技术得到了越来越广泛的应用。
LCD液晶显示器本身不发光,其通过调节光的亮度来达到显示效果,这是一种被动显示器。
液晶显示器以LCD液晶屏为核心,配合一定的控制电路,以达到方便显示组件的目的。
根据液晶屏可显示容的不同,液晶显示模块可以分为如下三种:
1、数显液晶模块。
2、点阵字符液晶模块。
3、点阵图形液晶模块。
液晶显示模块的优点。
液晶显示最主要的优势是可以显示多行的汉字及图形。
除了这一点外,使用液晶显示模块做为显示设备还具有其他很多优势,主要表现在如下几个方面:
1、体积小、重量轻。
液晶显示模块通过显示屏上的液晶分子状态来达到显示母的,在重量上比相同显示面积的传统显示器件要轻得多。
2、功率消耗小。
液晶显示模块的功耗主要消耗在其部的电极和驱动芯片上。
因而,对于相同的显示面积,液晶显示模块的耗电量比其他显示器件要小的多。
3、显示质量高。
由于液晶显示模块每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度,恒定发光,不像有些显示设备需要不断刷新亮点。
因此,液晶显示模块画质高而不会闪烁把眼睛疲劳降到了最低。
4、五电磁辐射。
液晶显示
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