出租車計價器設計報告

1、目錄設計任務設計要求基本要求發(fā)揮部分完成要求報告正文摘要及關鍵詞一、方案論證與比較方案比較方案一方案二方案的確定二、工作原理框圖及電路設計工作原理單元（功能）電路分析控制部分功能面板示意圖特色功能三、程序框圖主流程圖計費狀態(tài)圖時間設置計費設置四、測試方法及結果指標測試設計與測試使用儀器測試數(shù)據(jù)誤差分析及措施參考文獻源程序英文摘要附錄一設計任務設計并制作一臺出租車計價器二設計要求1基本要求（1）不同情況具有不同的計費標準白天晚上途中等待（10min開始收費）（2）能夠進行手動修改單價（3）具有數(shù)據(jù)復位功能（4）I/O口分配的簡易要求距離檢測使用霍爾開關A44E白天/晚上收費標準使用轉換開關數(shù)據(jù)清

2、零開關單價的調(diào)整（最好使用“+”和“-”鍵來控制）（5）數(shù)據(jù)輸出 (采用LCM103)單價輸出2位路程輸出2位總金額輸出3位（6）按鍵啟動計時開關數(shù)據(jù)復位開關（清零）白天/晚上轉換開關2發(fā)揮部分能夠在掉電的情況下存儲單價等數(shù)據(jù)能夠顯示當前的系統(tǒng)時間語音播報數(shù)據(jù)信息三完成要求8月7日 到8日兩天。完成實際電路，總結報告。出租車計價器設計報告作者：牛振波 郭李曄 尤西帥（河南科技學院）摘要隨著社會的不斷進步，人們生活水平的不斷提高，現(xiàn)在一部分人都擁有了自己的私人汽車，也有很多人，由于經(jīng)濟條件的限制，還要靠乘坐出租汽車。但是現(xiàn)階段出租汽車的計費系統(tǒng)功能有時候并不能滿足出租車司機的意愿，為此，我們采用

3、單片微型計算機系統(tǒng)（Micro Control Unit 簡寫為MCU）設計了一款符合大眾化的計費系統(tǒng)。關鍵詞計價器單片機MCU LCM103一、方案論證與比較1方案比較方案一使用數(shù)字電路和模擬電路來完成設計要求。顯示器件有：LED顯示，VFD顯示，分段式數(shù)碼管等等，針對顯示單元電路這里可以使用分段式數(shù)碼管來顯示，分段式數(shù)碼管分為共陽極和共陰極兩種，對數(shù)碼管的驅動針對不同的類型采用不同的芯片，共陰極數(shù)碼管通常采用TTL系列的74LS48驅動，而共陽極數(shù)碼管通常采用CMOS系列的CD4543來驅動；僅時鐘顯示電路框圖和實際電路如下圖所示這樣的龐大，整體電路規(guī)?？上攵?。振蕩電路分頻電路計數(shù)器編碼

4、/譯碼/驅動顯示對于模式的切換需要用到機械開關，機械開關時間久了會造成接觸不良，功能不易實現(xiàn)；整體電路的規(guī)模較大，用到的器件多，造成故障率高，難調(diào)試。方案二使用單片機來完成設計要求。單片機功能強大，用較少的硬件和適當?shù)能浖嗷ヅ浜峡梢院苋菀椎膶崿F(xiàn)設計要求，且靈活性強，可以通過軟件編程來完成更多的附加功能。針對計費模式的切換，通過軟件編程就可以輕易而舉的實現(xiàn)。避免了機械開關帶來的不穩(wěn)定因素。2方案的確定經(jīng)過上面的兩種方案的比較，顯然第二種方案具有更大的優(yōu)越性、靈活性，所以我們采用第二種設計方案進行設計。二、工作原理框圖及電路設計1工作原理（1）工作原理框圖里程檢測系統(tǒng)復位設置電路顯示電路單 片

5、機時間顯示單價顯示路程顯示計費模式總計金額存儲電路（2）單片機單元框圖調(diào)電存儲器溫度傳感器LED顯示4功能按鍵4時鐘電路LCM103顯示功率輸出接口蜂鳴器I/O口引出線CPU（3）工作原理電路圖2單元（功能）電路設計分析（1）顯示電路部分傳統(tǒng)的顯示使用的是分段式7段數(shù)碼管顯示，這種顯示電路應用起來體積龐大、布線不方便、功耗大、亮度對比度不能調(diào)整、編碼方式需要重新計算，考慮到上述原因，我們決定顯示電路采用具有10位8段帶小數(shù)點的液晶顯示模塊LCM103來完成，這樣不單單是減小了系統(tǒng)的體積，更為重要的是提高了整個系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，外形如下圖所示：功能特點它是10位8段帶（8.8.8.8.8.8.8

6、.8.8.8.）小數(shù)點液晶顯示模塊，內(nèi)含看門狗(WDT)/時鐘發(fā)生器，2 種頻率的蜂鳴驅動電路，內(nèi)置顯示RAM，可顯示任意字段筆劃，3-4 線串行接口，可與任何單片機、接口IC 接口。低功耗特性顯示狀態(tài)50A(典型值)，省電模式1A，工作電壓2.45.2V，視角對比度可調(diào)，顯示清晰,穩(wěn)定可靠,使用編程簡單，是儀器儀表、手持便攜儀器、電話系列、家用電器、運動器材、醫(yī)療保健儀器、智能充電器等的最佳通用型顯示模塊。應用場合特別適用于低電壓（電池）供電儀器, 如智能煤氣表、水表、暖氣表、有線電視表、稅收監(jiān)控器、通訊產(chǎn)品、遙控器等產(chǎn)品。實際參數(shù)：時序圖a 讀數(shù)據(jù)RAM時序圖b 寫命令/數(shù)據(jù)時序c 聯(lián)系寫

7、數(shù)據(jù)時序管腳說明注釋：B 處焊盤為用戶需降低功耗時外加32.768KHz 晶體。A 處兩焊盤分別接VDD 與VLCD。接口示意圖/RD、/IRQ、BZ可不用，用三線接口即可：/CS、/WR、DATA。VDD 為2.7-3.3V時VLCD與VDD短接。注釋：由于LCM103 內(nèi)部有上拉電阻,為保證低功耗,每次送數(shù)之后,/CS、/RD、/WR、DATA 必須接高電平或懸浮。根據(jù)采用的MCU不同,采用不同方式接口,不必使用分壓電阻。若MCU 與LCM103 工作電壓相同，可直接相接。B 晶體為選用。（2）掉電存儲電路部分存儲電路用來保存數(shù)據(jù)，一般的存儲芯片在掉電以后，內(nèi)部數(shù)據(jù)全部丟失，我們要采用一種

8、能夠在突然掉電情況下，把內(nèi)部的數(shù)據(jù)保存起來，等到重新接通電源時候恢復正常的顯示。這就意味著此種存儲器必須是可擦寫的，并且對數(shù)據(jù)的存儲不需要外加電源就能完成。這樣以來，我們會首先考慮到使用FLASH閃存（Flash Mermory此存儲器又稱作PEROM）或者是E2PROM（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）等類似的芯片。相對而言FLASH閃存的容量一般都很大，像我們經(jīng)常接觸的U盤等，然而我們要保存的信息量很小，沒有必要使用FLASH閃存，為此我們選擇了E2PROM24C02。E2PROM特點它是電擦除可編程只讀存儲器，其突出

9、優(yōu)點是能夠在線擦除和改寫，無須像EPROM那樣必須使用紫外線照射才能擦除。E2PROM具有ROM的非易失性的優(yōu)點，又能像RAM那樣隨機地進行讀/寫，每個單元可重復進行10000次改寫，保留信息時間長達20年，不存在EPROM在日光下信息緩慢丟失的現(xiàn)象。外形示意圖外形圖和內(nèi)部框圖如下圖所示：此存儲器使用DIP8封裝形式，看起來像普通的雙排直插式集成電路。功能和特點a 可在低到2.5V的單電源條件下工作b低功耗CMOS技術額定電流的典型值為1mA5.5V電源條件下，等待電流典型值為10A3.0V電源條件下，等待電流典型值為5Ac由兩個或者四個256字節(jié)塊(2x256x8)和（4x256x8)構成d

10、輸入端接有施密特觸發(fā)器濾波器，用以抑制噪聲e消除接地沖激的輸出斜率控制f兩線串行接口總線，與I2CTM兼容g100KHZ92.5V0和400KHZ(5V)兼容h自定時寫周期(包含自動擦除)i16個字節(jié)的頁面寫緩沖器j頁面寫周期的典型值為2Msk整個存儲器具有硬件寫保護l可被用作串行ROMm可提供工廠編程芯片(QTP)nESD保護4,000Vo1,000,000擦/寫周期(典型值)p數(shù)據(jù)保存時間40年q8腳DIP、8引線或者14引線SDIC封裝r提供很寬的溫度適用范圍 商用：0+70 工業(yè)用：-40+85注：I2C是菲利浦公司的商標管腳功能及其說明管腳名稱管腳功能VSS接地端SDA串行地址/數(shù)據(jù)

11、I/O端SCL串行時鐘端WP寫保護輸入端VCC+2.5+5.5電源端A0、A0、A2無內(nèi)部連接注意事項aSDA串行地址/數(shù)據(jù)輸人/輸出端這是一個雙向傳輸端用于傳送地址和數(shù)據(jù)進入器件或從器件發(fā)出數(shù)據(jù)。它是一個漏極開路端，因此要求接一個上拉電阻到Vcc端（典型值如下：100KHZ為10K，400KHZ時為1K。）對于一般的數(shù)據(jù)傳輸，只有在SCL為低電平期間，SDA才允許變換。在SCL為高電平期間SDA的變化，留給指示開始和停止條件。bSCL串行時鐘端此輸入端用于同步傳輸和發(fā)出器件的數(shù)據(jù)cWP端此端必須接到Vss或者Vcc;如果此端連接到Vss，一般存儲器操作使能（讀/寫整個存儲器）;如果此端連接到

12、Vcc，寫操作禁止。整個存儲器是寫保護的。讀操作不受影響;當WP被使能（連接到Vcc），允許用戶可將24C02/24C04B/08B用作串行ROM。dA0.A1.A2端這些端沒有被24C02/24C04B/08B使用。它們可以不連接，或者連接到Vss，Vcc。（3）路程測量電路部分對于行駛路程，我們采用霍爾器件來檢測。把磁性物質固定于車輪的某個位置，通過計數(shù)器來測量出車輪轉過的圈數(shù)，根據(jù)車輪的周長來計算行駛過的路程?；魻栃喗樵谝粔K通電的半導體薄片上，加上和片子表面垂直的磁場B，在薄片的橫向兩側會出現(xiàn)一個電壓，如右圖中的VH，這種現(xiàn)象就是霍爾效應，是由科學家愛德文霍爾在1879年發(fā)現(xiàn)的。VH

13、稱為霍爾電壓。這種現(xiàn)象的產(chǎn)生，是因為通電半導體片中的載流子在磁場產(chǎn)生的洛侖茲力的作用下，分別向片子橫向兩側偏轉和積聚，因而形成一個電場，稱作霍爾電場?；魻栯妶霎a(chǎn)生的電場力和洛侖茲力相反，它阻礙載流子繼續(xù)堆積，直到霍爾電場力和洛侖茲力相等。這時，片子兩側建立起一個穩(wěn)定的電壓，這就是霍爾電壓。 在片子上作四個電極，其中C1、C2間通以工作電流I，C1、C2稱為電流電極，C3、C4間取出霍爾電壓VH，C3、C4稱為敏感電極。將各個電極焊上引線，并將片子用塑料封裝起來，就形成了一個完整的霍爾元件（又稱霍爾片）。A44E集成開關型霍爾傳感器(V)(a) (b)上圖是集成開關型霍爾傳感器原理圖A44E集成

14、霍爾開關由穩(wěn)壓器A、霍爾電勢發(fā)生器(即硅霍爾片)B、差分放大器C、施密特觸發(fā)器D和OC門輸出E五個基本部分組成，如下圖所示。(1)、(2)、(3)代表集成霍爾開關的三個引出端點。在輸入端輸入電壓Vcc，經(jīng)穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后加在霍爾電勢發(fā)生器的兩端，根據(jù)霍爾效應原理，當霍爾片處在磁場中時，在垂直于磁場的方向通以電流，則與這二者相垂直的方向上將會產(chǎn)生霍爾電勢差VH輸出，該VH信號經(jīng)放大器放大后送至施密特觸發(fā)器整形，使其成為方波輸送到OC門輸出。當施加的磁場達到“工作點”(即BOR)時，觸發(fā)器輸出高電壓(相對于地電位)，使三極管導通，此時OC門輸出端輸出低電壓，通常稱這種狀態(tài)為“開”。當施加的磁場達到“釋

15、放點”(即BOR)時，觸發(fā)器輸出低電壓，三極管截止，使OC門輸出高電壓，這種狀態(tài)為“關”。這樣兩次電壓變換，使霍爾開關完成了一次開關動作。BOR與BOR的差值一定，此差值BH=BOR-BH稱為磁滯，在此差值內(nèi)，Vo保持不變，因而使開關輸出穩(wěn)定可靠，這也就是集電成霍爾開關傳感器優(yōu)良特性之一。為此，我們選用開關型霍爾器件，來獲得我們需要的信號。（4）單片機系統(tǒng) 單片微型計算機(MCU)，我們采用的是低功耗、高性能的AT89S51。內(nèi)含有4KB的快閃可編程/擦除只讀存儲器(FPEROM-Flash Programmable and Erasable Read Only Memory)的8 位CMOS

16、微控制器，使用高密度、非易失存儲技術制造，可與80C51引腳和指令系統(tǒng)完全兼容。主要性能包括與MCS-51微控制器產(chǎn)品系列兼容；片內(nèi)有4KB的可在線重復編程的FLASH閃存；存儲器可循環(huán)寫入/擦除1000次；存儲數(shù)據(jù)可保存10年；工作電壓可以從2.76V；全靜態(tài)工作可從0HZ16MHZ；程序存儲器具有3級加密保護；1288位內(nèi)部RAM；32條可編程I/O線；兩個16位定時器/計數(shù)器；5個中斷源和2個優(yōu)先級；可編程全雙工串行通道；空閑狀態(tài)維持低功耗和掉電狀態(tài)保存存儲內(nèi)容。3控制部分（1）按鍵名稱設置鍵加一鍵退出鍵確定鍵（2）顯示功能說明當計費系統(tǒng)未啟動時候，狀態(tài)指示燈的紅燈亮，并且最后四位顯示當

17、前的系統(tǒng)時間。當有客戶乘坐時間，司機可以手動點擊一下右下方的確定鍵，計費系統(tǒng)開始工作，原來的系統(tǒng)時間顯示部分變成應付金額顯示，系統(tǒng)時間的顯示隱藏，但是還在運行中，同時狀態(tài)指示燈的綠燈亮，表示進入正常計費狀態(tài)。當時鐘的時間顯示是：6：00:0019：59:59時間段時候，計費模式按照白天的標準計費；當時間顯示是：20：00:005：59:59時間段時候，計費模式自動轉換成晚上的計費標準。單價顯示部分顯示的是當前的計費模式（白天和晚上計費標準不一致），這個模式是自動轉換的，它受到系統(tǒng)時間的控制，路程顯示部分是當前汽車行駛過的路程具體顯示（精確到0.1公里），如果是默認值（即3公里/5元），應付金額

18、會根據(jù)單價和路程自動的累加，應付金額（路程3）單價，這里減去3 的原因是在起步時候已經(jīng)包含3公里的費用。路程顯示則是通過霍爾開關檢測出來車輪的轉動周數(shù)（獲得到的脈沖個數(shù)），然后根據(jù)車輪的實際周長，通過單片機來計算出實際經(jīng)過的路程。（2）按鍵功能操作說明 按鍵共有四個，從左到右按順序依次是： 設置 加一 退出 確定 在系統(tǒng)時間顯示狀態(tài)下面，直接點擊確定鍵可以進入計費模式，在計費模式下面如果點擊以下退出鍵，立即退出計費模式，在退出計費模式的同時，存儲器自動保存當前狀態(tài)的全部數(shù)據(jù)信息。點擊功能鍵進入時間設置模式，點擊兩下功能鍵進入單價設置模式，在設置模式下面，由加一鍵配合操作來完成設置，設置完成后要

19、一定要點擊確定鍵來保存我們的設置。4功能面板示意圖5特色功能在完成要求功能的同時，本組在制作過程中加入了自己的特色功能，使之功能更加完善，具體的功能如下：a在沒有進入計費狀態(tài)時候顯示當前的系統(tǒng)時間，并且增加了校時功能；b白天與晚上的計費標準自動轉換，無須使用轉換開關來控制；c設有起步價，默認是3公里/5元，可以手動調(diào)整；d途中等待時間自動檢測，并根據(jù)等待時間合理的計費（等待時候的費用和正常行駛費用標準不一致）；三、程序框圖 YES初始化打開T0定時器啟動系統(tǒng)時鐘設置鍵+確定鍵計費狀態(tài)時間顯示時間設置收費設置退出？退出？退出？顯示路程和時間設置鍵+確定鍵時個位時十位分十位分個位四位顯示退出？加一

20、？確定？保存設置NONONOYES執(zhí)行加一NONOYESYES 初始化打開T0定時器啟動系統(tǒng)時鐘設置鍵+確定鍵YES收費設置退出？設置鍵+確定鍵五位顯示退出？加一？確定？保存設置NONOYES執(zhí)行加一NO晚上單價白天單價起步價四、測試方法及結果1設計與測試使用的儀器單片機仿真器：WAVE 偉福 S51程序燒寫器：TOPWIN TOP2004直流穩(wěn)壓電源：WY-303-2B DC雙蹤示波器：40MHZ信號發(fā)生器/計數(shù)器：SP1642B數(shù)字萬用表：DT9205B+計算機：Windows XP操作系統(tǒng) 256M內(nèi)存2測試數(shù)據(jù)（1）計費模式測試表1時間設置計費模式顯示是否正確20:016:0114:300:30(2)路程顯示測量表2 計數(shù)器顯示（脈沖個數(shù)）路程顯示實際路程（3）中途等