基于MCS51的出租車計(jì)價(jià)器設(shè)計(jì)與仿真

(中北大學(xué)，山西 太原 030051)

隨著社會(huì)的進(jìn)步，出租車已經(jīng)越來越貼近生活，成為我們重要的交通工具，影響著我們現(xiàn)在的生活出行，出租文化已成為一種顯著的文化，成為社會(huì)生活必不可少的組成部分。出租汽車服務(wù)行業(yè)和出租汽車計(jì)價(jià)器緊密相關(guān)，計(jì)價(jià)器計(jì)價(jià)的公平與否，直接關(guān)系到運(yùn)營者和消費(fèi)者的經(jīng)濟(jì)利益。本文在綜合不同時(shí)段、不同天氣、不同場(chǎng)景下，介紹一種以霍爾傳感器為基礎(chǔ)，MCS51單片機(jī)為控制核心的簡易出租車計(jì)價(jià)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)出一簡易出租車計(jì)價(jià)系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)整體由電源電路、MCS51單片機(jī)控制電路、鍵盤控制電路、霍爾傳感器電路、時(shí)鐘電路、掉電存儲(chǔ)電路、顯示電路組成，如圖1所示：

圖1 整體設(shè)計(jì)方案

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 A44E 集成開關(guān)型霍耳傳感器電路

為準(zhǔn)確測(cè)量出租車行駛里程，本系統(tǒng)采用 A44E 集成開關(guān)型霍耳傳感器進(jìn)行測(cè)距，汽車連軸器按圓周間隔嵌入磁鋼，用霍爾傳感器集成芯片A44E檢測(cè)并輸出脈沖，得到的標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)送入單片機(jī)的定時(shí) T1口記錄霍爾傳感器產(chǎn)生的脈沖數(shù)，根據(jù)汽車輪胎周長，即可計(jì)算出行駛里程。霍爾傳感器集成芯片A44E有信號(hào)轉(zhuǎn)換、電壓放大、整形輸出等功能，為增加其抗干擾的能力，經(jīng)過74LS14對(duì)信號(hào)整形后再通過光耦送入單片機(jī)T1口。如圖2所示：

圖2 霍爾傳感器集成芯片A44E接口電路

2.2 數(shù)據(jù)顯示單元電路

在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用的顯示器主要有發(fā)光二極管、數(shù)碼顯示器（簡稱LED顯示器）和液晶顯示器（簡稱LCD顯示器）。LCD顯示器具有耗電少、成本低廉、配置簡單靈活、安裝方便、耐振動(dòng)、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。鑒于出租車計(jì)價(jià)器要求較為簡單，本系統(tǒng)采用LCD1602液晶顯示模塊，電路如圖3所示：

圖3 液晶顯示模塊

2.3 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)

時(shí)鐘模塊是用于數(shù)據(jù)記錄，特別是對(duì)某些具有特殊意義的數(shù)據(jù)點(diǎn)的記錄，在本系統(tǒng)中時(shí)鐘模塊主要為計(jì)價(jià)器提供精準(zhǔn)的時(shí)間計(jì)時(shí)及不同時(shí)間的單價(jià)轉(zhuǎn)換提供依據(jù)。若采用單片機(jī)計(jì)時(shí)，一方面需要采用計(jì)數(shù)器，占用硬件資源，另一方面需要設(shè)置中斷、查詢等，同樣耗費(fèi)單片機(jī)的資源。故在系統(tǒng)中采用時(shí)鐘芯片DS1302與單片機(jī)相連，該接口電路簡單，電路穩(wěn)定，數(shù)據(jù)輸入/輸出腳、同步脈沖輸入腳、片選腳分別接單片機(jī)模擬串口腳即可。實(shí)際上，在調(diào)試程序時(shí)可以不加電容器，只加一個(gè)32.768kHz 的晶振即可實(shí)現(xiàn)所需的功能。電路如圖4所示：

圖4 時(shí)鐘電路

2.4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)主要用于存儲(chǔ)當(dāng)前已設(shè)定的單價(jià)信息，系統(tǒng)斷電后當(dāng)前設(shè)定單價(jià)不丟失，并且存儲(chǔ)已載乘客消費(fèi)信息。本設(shè)計(jì)中采用的是AT24C02。設(shè)計(jì)電路如圖5所示：

圖5 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路

AT24C02的1、2、3腳是三條地址線，用于確定芯片的硬件地址（實(shí)驗(yàn)板中直接接地只有一塊器件）；第8腳和第4腳分別為正、負(fù)電源。第5腳SDA為串行數(shù)據(jù)輸入/輸出，數(shù)據(jù)通過這條雙向I2C總線串行傳送，SDA和SCL都需要和正電源間各接一個(gè)5.1K的電阻做為上拉電阻。第7腳為WP寫保護(hù)端，接地時(shí)允許芯片執(zhí)行一般的讀寫操作，接電源端時(shí)不允許對(duì)器件寫。AT24C02中帶有片內(nèi)地址寄存器，每寫入或讀出一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)后，該地址寄存器自動(dòng)加 1，以實(shí)現(xiàn)對(duì)下一個(gè)存儲(chǔ)單元的讀寫，所有字節(jié)均以單一操作方式讀取。為降低總的寫入時(shí)間，一次操作可寫入多達(dá)8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)上電后采用手動(dòng)單片機(jī)復(fù)位，按下S1鍵完成復(fù)位。當(dāng)出租車載客時(shí)，司機(jī)按下S2開始鍵，系統(tǒng)檢測(cè)霍爾傳感器脈沖信號(hào)并開始計(jì)價(jià)；根據(jù)不同時(shí)間段、不同場(chǎng)合、不同天氣下，按下S3鍵改變每公里計(jì)算單價(jià)；乘客下車時(shí)按下S4鍵計(jì)價(jià)結(jié)束；按下S5鍵切換屏幕顯示。屏幕顯示分為以下幾個(gè)部分：第一屏顯示，總價(jià)、里程、每公里單價(jià)；第二屏顯示，當(dāng)前時(shí)間；第三屏顯示，行車過程中總共等待時(shí)間即停車時(shí)間。

設(shè)出租車行駛m公里，每公里花費(fèi)s元，行車過程中等待時(shí)間為t，計(jì)價(jià)顯示費(fèi)用S，那么：當(dāng)m大于初始公里數(shù)時(shí)，

整體流程圖如圖6所示：

圖6 程序流程圖

4 結(jié)論

51單片機(jī)程序在KEIL C51 uvision下編寫，利用proteus進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖7所示：

圖7 系統(tǒng)仿真

利用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器代替霍爾傳感器產(chǎn)生PWM波輸入單片機(jī)p3.5口，利用debug調(diào)試，結(jié)果如圖8所示：

圖8 調(diào)試結(jié)果

經(jīng)實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果證明，該出租車計(jì)價(jià)器能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求，給出了各功能單元的設(shè)計(jì)方法，詳細(xì)分析了其中的原理。并通過了真實(shí)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，滿足出租車分時(shí)、分場(chǎng)景計(jì)價(jià)功能。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡單，成本低，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

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