基于430單片機(jī)的出租車計(jì)價(jià)器設(shè)計(jì)研究

張霄琳+張志勇

【摘要】 計(jì)價(jià)器是出租車的重要電子設(shè)備，要實(shí)現(xiàn)對行車?yán)锍虜?shù)的精準(zhǔn)計(jì)算，從而保證出租車司機(jī)和乘客雙方的權(quán)益。隨著城市交通狀況的日益復(fù)雜，交通壓力與日俱增，經(jīng)常出現(xiàn)交通堵塞的狀況，再加上夜間行車燈特殊情況，出租車計(jì)價(jià)器要能夠?qū)崿F(xiàn)多種模式的計(jì)費(fèi)。而且傳統(tǒng)計(jì)價(jià)器采用機(jī)械按鍵對計(jì)價(jià)器進(jìn)行控制，容易被篡改，也容易因按鍵頻繁使用出現(xiàn)故障。針對于這些情況，本文將采用430單片機(jī)對新的出租車計(jì)價(jià)器進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用液晶顯示和觸控系統(tǒng)代替原顯示操作系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)分模式計(jì)價(jià)，并對里程數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算。

【關(guān)鍵字】 430單片機(jī) 出租車 計(jì)價(jià)器 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

前言：出租車計(jì)價(jià)器是出租車司機(jī)向乘客收費(fèi)的重要依據(jù)，其計(jì)價(jià)準(zhǔn)確性對雙方權(quán)益有重要影響。傳統(tǒng)的出租車計(jì)價(jià)器在功能和性能上都存在一定缺陷，特別是機(jī)械按鍵控制方法，容易出現(xiàn)問題，而且計(jì)價(jià)頁面的信息較為單一，無法為乘客利益提供保障。MSP430是一款低功耗單片機(jī)，利用430單片機(jī)對出租車計(jì)價(jià)器進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化，可以彌補(bǔ)目前出租車計(jì)價(jià)器存在的缺陷，使行車信息一目了然，減少乘客與出租車司機(jī)的爭議和糾紛。

一、整體功能設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)出租車計(jì)價(jià)器是利用外部芯片中的定時(shí)器來捕捉脈沖信號，從而實(shí)現(xiàn)速度測量和里程測量功能，并通過外部ROM芯片實(shí)現(xiàn)掉電保護(hù)功能。本文采用的MSP430F149型單片機(jī)不僅集成了傳統(tǒng)出租車計(jì)價(jià)器的硬件條件，其內(nèi)部定時(shí)器還能夠?qū)崿F(xiàn)捕捉上升、下降沿的功能，可以使計(jì)價(jià)結(jié)果更加精確。本文設(shè)計(jì)的基于430單片機(jī)的計(jì)價(jià)器在正常工作狀態(tài)下，可以通過點(diǎn)擊可觸控液晶屏的選項(xiàng)，將其坐標(biāo)傳送給單片機(jī)，從而對用戶操作指令進(jìn)行識別，并作出相應(yīng)動(dòng)作。利用光電傳感器完成從機(jī)械信號到電脈沖信號的轉(zhuǎn)換，并由單片機(jī)的定時(shí)中斷功能獲取脈沖周期，與車輪半徑等參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，得到出租車的里程數(shù)和行駛速度等信息，最后通過液晶顯示屏進(jìn)行顯示。該單片機(jī)采用SPI方式與SD卡進(jìn)行連接，將信息數(shù)據(jù)傳到液晶屏進(jìn)行顯示的同時(shí)，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在SD卡中，可以實(shí)現(xiàn)掉電保護(hù)功能。應(yīng)用該系統(tǒng)，出租車公司可以根據(jù)市場實(shí)際情況進(jìn)行系統(tǒng)更新，對出租車的起步價(jià)和單價(jià)進(jìn)行調(diào)整[1]。

二、硬件單元電路設(shè)計(jì)

2.1單片機(jī)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

整個(gè)計(jì)價(jià)器硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)由四大模塊組成，分別是單片機(jī)、測速單元、顯示單元和掉電保護(hù)單元，并由8節(jié)干電池作為供電電源。單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是其硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，MSP430F149型單片機(jī)主要包括時(shí)鐘、定時(shí)器、串行接口、比較器和I/O接口等模塊。其中定時(shí)器分為A、B兩個(gè)，并分為比較和捕捉兩種運(yùn)行模式。一般工作時(shí)鐘由外部時(shí)鐘提供或由內(nèi)部時(shí)鐘分頻得到，在捕捉工作模式下，將其設(shè)置為上升沿捕捉，用以獲取一個(gè)脈沖周期間隔內(nèi)的主計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)差值。為提高防作弊能力，通過從變速箱輸入齒輪和輸出齒輪得到的脈沖信號，對其按固有齒輪比進(jìn)行編程，并比較兩者差值，控制誤差范圍。如果在出租車運(yùn)行后改變變速箱齒輪，則會(huì)導(dǎo)致兩者脈沖關(guān)系與確定關(guān)系不符，此時(shí)計(jì)價(jià)器不進(jìn)行計(jì)費(fèi)。采用430單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)的出租車計(jì)價(jià)器，不需要依靠外部時(shí)鐘芯片進(jìn)行實(shí)踐顯示，可以利用單片機(jī)自身的定時(shí)器進(jìn)行時(shí)間中斷，出租車司機(jī)只需要為其設(shè)定時(shí)間初始值，單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器就會(huì)進(jìn)行時(shí)間中斷，并將新的時(shí)期時(shí)間更新到液晶屏上[2]。

2.2測速電路設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)出租車計(jì)價(jià)器使用霍爾傳感器檢測脈沖，這種傳感器容易受磁鐵干擾，可以通過增加磁鐵二叔增強(qiáng)脈沖信號，使計(jì)價(jià)器產(chǎn)生更多的計(jì)費(fèi)。本文設(shè)計(jì)的出租車計(jì)價(jià)器采用光傳感器，可以有效防止電磁干擾作弊方式。使用光傳感器基于光電傳感原理對測速電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，首先將機(jī)械信號轉(zhuǎn)化成光脈沖信號，然后在轉(zhuǎn)換成電脈沖信號，并將其送入單片機(jī)進(jìn)行處理。但是需要考慮可見光的影響，為提高其響應(yīng)速度，使用GaAlAs紅外對管，并對光敏接收管和紅外發(fā)光管進(jìn)行保護(hù)，利用電阻將兩管接地，起到限流保護(hù)的作用。利用三極管放大由光強(qiáng)變化帶來的電位升降信號，通過反相器對其電脈沖信號消抖整形，從而避免單片機(jī)出現(xiàn)誤判或顯示不穩(wěn)定的現(xiàn)象[3]。

2.3顯示單元設(shè)計(jì)

計(jì)價(jià)器的顯示單元電路主要分為控制電路和輸入、輸出接口電路。采用DMTFT-28彩色觸摸屏，該液晶屏的整體結(jié)構(gòu)分為三部分：（1）導(dǎo)體層間的隔離層；（2）電極；（3）兩層透明阻性導(dǎo)體層。當(dāng)有外力作用時(shí)，兩層結(jié)構(gòu)會(huì)在外力作用點(diǎn)產(chǎn)生接觸，由控制電路通過控制芯片對觸點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)字電壓量進(jìn)行采集，并通過公式計(jì)算出觸摸點(diǎn)的具體坐標(biāo)，根據(jù)該坐標(biāo)分析出對應(yīng)的操作指令。由單片機(jī)控制液晶屏幕的顯示信息作出更改，或進(jìn)行頁面切換。在輸入、輸出接口的電路中，將35～40接線腳設(shè)置為觸摸控制接口，將26～33接線腳設(shè)置為高8位數(shù)據(jù)口，將21～24接線腳設(shè)置為SD卡控制接口，將17號接線腳設(shè)置為I/O擴(kuò)展控制為的LE腳，將4～16接線腳設(shè)置為保護(hù)接口，與控制器之間設(shè)置限流底單組保護(hù)，使其在5V電壓驅(qū)動(dòng)下，能夠避免液晶屏產(chǎn)生過流損壞。所選用的限流電阻為1kΩ。

2.4掉電保護(hù)設(shè)計(jì)

掉電保護(hù)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)事選擇合適的通信方式和外部存儲(chǔ)器。由于Flash的吸入速度過慢，而且寫入次數(shù)存在限制，會(huì)給程序空間帶來較大風(fēng)險(xiǎn)。因此采用SD卡和SPI串行通信協(xié)議，由SCLK提供時(shí)鐘脈沖，可以使SDI和SDO在此脈沖下進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)經(jīng)過SDO線被傳送到單片機(jī)中，并在時(shí)鐘上升或下降沿時(shí)改變，在下一個(gè)上升火或下降沿被讀取出來。

三、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式

計(jì)價(jià)器的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)采取模塊化設(shè)計(jì)方式，主要將軟件系統(tǒng)劃分為顯示程序、掉電存儲(chǔ)程序和測速程序幾個(gè)部分。其中，液晶顯示系統(tǒng)包括3個(gè)界面，分別是定時(shí)中斷的計(jì)時(shí)程序界面、觸點(diǎn)坐標(biāo)的判斷程序界面和預(yù)先設(shè)置界面。

3.2軟件運(yùn)行方式

出租車啟動(dòng)時(shí)，首先由430單片機(jī)對定時(shí)器和液晶顯示系統(tǒng)進(jìn)行初始化，隨著電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，其脈沖信號被定時(shí)器捕捉，根據(jù)定時(shí)器的時(shí)鐘頻率計(jì)算出脈沖頻率，進(jìn)而計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速。再通過齒輪比參數(shù)計(jì)算出里程數(shù)，根據(jù)計(jì)費(fèi)規(guī)則，計(jì)算出實(shí)時(shí)車費(fèi)，在液晶顯示屏上顯示。出租車司機(jī)可以直接點(diǎn)觸屏幕進(jìn)行系統(tǒng)操作，如果供電中斷，單片機(jī)會(huì)在啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)讀取SD卡的數(shù)據(jù)，保證連續(xù)的運(yùn)行狀態(tài)。

3.3分類計(jì)價(jià)模式

在源程序中設(shè)置有白天運(yùn)行和夜間運(yùn)行兩種基本模式，分別采用不同的計(jì)價(jià)規(guī)則，在運(yùn)行過程中不需要對運(yùn)行模式進(jìn)行選擇，單片機(jī)會(huì)根據(jù)系統(tǒng)時(shí)間自行選擇。開始運(yùn)營后，出租車司機(jī)只需點(diǎn)擊載客即可按照相應(yīng)模式進(jìn)行計(jì)價(jià)收費(fèi)。在計(jì)價(jià)規(guī)則的設(shè)計(jì)上，綜合考慮到起步價(jià)、燃油附加費(fèi)、每公里車費(fèi)等計(jì)費(fèi)參數(shù)，并在液晶屏幕上進(jìn)行詳細(xì)顯示。如果遇到市場價(jià)格變動(dòng)，需要修改源程序，并重新裝載系統(tǒng)。

結(jié)束語：綜上所述，本文主要基于430單片機(jī)新品對出租車計(jì)價(jià)器進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，首先分析了系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)思路，以及傳統(tǒng)計(jì)價(jià)器的不足，在此基礎(chǔ)上，分別對其軟硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行探討，采用液晶觸控系統(tǒng)對原有機(jī)械操作系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，可以有效避免出租車計(jì)價(jià)作弊現(xiàn)象。出租車是人們?nèi)粘３鲂械闹匾煌üぞ?，其費(fèi)用計(jì)算依靠計(jì)價(jià)器實(shí)現(xiàn)，只有保證計(jì)價(jià)器設(shè)計(jì)的合理性，才能減少乘客與出租車司機(jī)的糾紛，保護(hù)雙方的正當(dāng)權(quán)益。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]王立忠，王薏林，許德成. 基于單片機(jī)的出租車計(jì)價(jià)器檢定裝置的設(shè)計(jì)[J]. 吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（信息科學(xué)版），2014，06：624-631.

[2]李學(xué)君，李波. 基于PIC單片機(jī)的多功能出租車計(jì)價(jià)器設(shè)計(jì)[J]. 儀表技術(shù)，2010，02：36-38+42.

[3]王倩. 基于單片機(jī)的出租車計(jì)價(jià)器的里程計(jì)算設(shè)計(jì)[J]. 電子技術(shù)與軟件工程，2013，12：121.endprint