毕业设计（论文）开题报告基于单片机的出租车计价器的设计.doc

本科毕业论文 (设计) 题 目：_学 院：_专 业：_姓 名：_ 指导教师：_ 年 月 日 青岛大学本科毕业设计（论文）开题报告课题名称基于单片机的出租车计价器的设计指导教师设计起止时间2011年03月学 院机电工程学院专业机械工程及自动化学生姓名学号200740501194一题目背景随着我国经济的迅速发展，人民生活水平的显著提高，城市的交通日趋完善，出租车计价器的应用也越来越广泛。虽然私家车的拥有量在大幅度地提高，但是出租车还是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。用户不仅要求计价器性能稳定、计价准确而且对它的要求也越来越高。近年来，我国出租汽车行业迅猛发展，出租汽车已经成为我国城市公共交通的重要组成部分和现代化城市必备的基础设施，成为人们工作、生活中不可缺少的交通工具。出租汽车服务行业和出租汽车计价器紧密相关，因为出租汽车必须安装出租汽车计价器才能投入营运。出租汽车计价器是一种能根据乘客乘坐汽车行驶距离和等候时间的多少进行计价，并直接显示车费值的计量器具。计价器是出租汽车的经营者和乘坐出租汽车的消费者之间用于公平贸易结算的工具，因而计价器计价准确与否，直接关系到经营者和消费者的经济利益。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。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。出租车计价器在最初使用时具备的主要功能是根据行驶里程计价，要求精度高，可靠性好。二、研究的内容及可行性分析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。设计要求：（1）、计价要求：（为计算方便）3公里以内10元，夜晚三公里以外每公里2.2元，白天三公里以外每公里1.8元；（2）、能够实时显示公里数和等待时间；等待时间计价要求为：等待3分钟以内不计价，3分钟以外每分钟0.5元；（3）、具备起步和下车的语音提示；2.可行性分析： 本设计采用AT89C51单片机为主控器，以A44E霍尔传感器测距，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。三、论文拟解决的关键问题及难点1.关键问题：1） 解决里程检测电路精度问题；2） 解决计价器的掉电存储能力和显示的驱动能力；3） 解决多次计价的累加和显示问题。2.难点：对数据的采集及显示。四、方案论证 方案一：采用数字电路控制。其原理方框图如图 11所示。采用传感器件，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标准，电路不够实用。显示所需价格显示所用时间移位寄存器，译码电路，驱动电路等等电源部分图1采用数字电路控制方法方案二、本设计由硬件设计和软件设计两部分组成。系统的硬件主要由以下几个部件组成：单片机AT89S51、 AT24C02 掉电存储控制、里程计算单元、总金额及单价显示部件、串口显示驱动电路、键盘控制部件、语音播报电路等，其方框原理图如图1所示图2 单片机控制方案图方案比较：通过以上两种方案框图，我们可以看到用单片机来实现，有较大的活动空间，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，还能对系统进行升级，故我们采用后一种方案。五、方案原理及设计1.硬件设计1.1 单片机模块：AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的89C51是一种高效微控制器。AT89C2051是它的一种精简版本，AT89C2051是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含2K字节的可反复擦写的只读程序存储器和128bytes的随机存取数据存储器，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。因为在的程序中有读取、计算、显示等单元，2K字节的ROM可能不够，因此我们采用AT89C51作为单片机模块。1.2 AT24C02 掉电存储单元：掉电存储单元的作用是在电源断开的时候，存储当前设定的单价信息。AT24C02 是ATMEL公司的2KB 字节的电可擦除存储芯片，采用两线串行的总线和单片机通讯，电压最低可以到2.5V，额定电流为1mA，静态电流10Ua(5.5V)，芯片内的资料可以在断电的情况下保存40 年以上，而且采用8 脚的DIP 封装，使用方便。 AT24C02的外围电路中有R1、R2 两个上拉电阻，其作用是减少AT24C02 的静态功耗，由于AT24C02 的数据线和地址线是复用的，采用串口的方式传送数据，所以只用两根线SCL（移位脉冲）和SDA（数据/地址）与单片机传送数据。每当设定一次单价，系统就自动调用存储程序，将单价信息保存在芯片内；当系统重新上电的时候，自动调用读存储器程序，将存储器内的单价等信息，读到缓存单元中，供主程序使用。1.3 里程计算、计价单元的设计：里程计算是通过安装在车轮旁的霍尔传感器A44E检测到的信号，送到单片机，经处理计算,送给显示单元的。其原理如图2传感器测距示意图所示。图 3 传感器测距示意图由于A44E 属于开关型的霍尔器件，其工作电压范围比较宽（4.518V），其输出的信号符合TTL 电平标准，可以直接接到单片机的IO 端口上，而且其最高检测频率可达到1MHZ。A44E 集成霍耳开关由稳压器A、霍耳电势发生器(即硅霍耳片)B、差分放大器C、施密特触发器D 和OC 门输出E 五个基本部分组成。在输入端输入电压CC V ，经稳压器稳压后加在霍耳电势发生器的两端，根据霍耳效应原理，当霍耳片处在磁场中时，在垂直于磁场的方向通以电流，则与这二者相垂直的方向上将会产生霍耳电势差H V 输出，该H V 信号经放大器放大后送至施密特触发器整形，使其成为方波输送到OC 门输出。当施加的磁场达到工作点 (即OP B )时，触发器输出高电压(相对于地电位)，使三极管导通，此时OC 门输出端输出低电压，通常称这种状态为开。当施加的磁场达到释放点 (即rP B )时，触发器输出低电压，三极管截止，使OC 门输出高电压，这种状态为关。这样两次电压变换，使霍耳开关完成了一次开关动作。 我们选择了P3.2 口作为信号的输入端，内部采用外部中断0（这样可以减少程序设计的麻烦），车轮每转一圈（我们设车轮的周长是1 米），霍尔开关就检测并输出信号，引起单片机的中断，对脉计数，当计数达到1000 次时，也就是1 公里，单片机就控制将金额自动的加增加，其计算公式：当前单价×公里数=金额。 1.4 数据显示单元：由于设计要求有单价（2 位）、路程（2 位）、总金额（3 位）显示输出，加上我们另外扩展了时钟显示（包含时分秒的显示），若采用LCD 液晶段码显示，在距离屏幕1 米之外就无法看清数据，不能满足要求，而且在白天其对比度也不能够满足要求，因此我们采用6 位LED数码管的分屏显示，如图 4 采用6 位LED数码管的分屏显示所示：时钟显示（图中显示为12 点0 分46 秒）图 4 采用6 位LED数码管的分屏显示数据的分屏的显示是通过按键S1 来实现切换的，如图 5 S1切换显示屏所示。图 5 S1切换显示屏在出租车不走的时候，按下S1，可以实现数据的分屏显示；车在行走的时候只有总金额和单价显示屏在显示，当到达目的地的时候，客户要求查看总的里程的时候，就可以按下S1 切换到里程和单价显示屏，供客户查询。显示电路的电路原理图如图 7 所示。1.5 串口显示驱动电路从单片机串口输出的信号先送到右边的移位寄存器（74HC164）,由于移位脉冲的作用，使数据向右移，达到显示的目的。移位寄存器74HC164还兼作数码管的驱动，插头1（header1）接数据和脉冲输出端，插头2（header2）接电源。电路中的三个整流管D1D3 的作用是降低数码管的工作电压，增加其使用寿命。1.6 键盘控制部件1)S1按键的功能在出租车不走的时候，按下S1，可以实现数据的分屏显示；车在行走的时候只有总金额和单价显示屏在显示，当到达目的地的时候，客户要求查看总的里程的时候，就可以按下S1切换到里程和单价显示屏，供客户查询。2)S2按键的功能在按下S1按键之后，若接着按下S2键则进行单价调整(默认为调整白天单价)， 当接着按下S1时，则进行晚上单价调整，再次按下S1可进行中途等待单价调整。当单价调整结束后，可以通过按下S2按键进行时间调整，默认为调整小时，接着按下S1可进行调整分钟， 分钟调整后再接下S1可进行秒调整。当时间调整完成后，若接着按下S2则又可进行单价调整。3)S3按键的功能在显示金额及单价时，若按下S3键则显示路程和单价，再次按下S3，可返回显示金额及单价。4) S4按键的功能在按下S1按键之后，若接着按下S4按键，则进行设定默认晚上单价，并启动计价器，若没有按下S4则可设定默认单价(白天)，并启动计价器。当设定默认晚上单价结束后，再次接下S4按键，则可设定默认中途等待单价，并启动计价器。当设定默认中途等待单价后，若还按一次S4，则返回系统时间的显示。 1.7 语音播报电路主要用于向乘客致欢迎词，以提高服务质量。语音芯片选用ISD4004，该系列工作电压3V，单片录放时间48min，音质好。芯片采用CM0S技术，内含振荡器、防混淆滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度多电平闪烁存贮阵列。当乘客上车时，播报内容为：乘客您好，欢迎您乘坐本公司出租车。当到达目的地时,播报内容为：车已到达目的地，请按计价器上显示的金额付款，谢谢2.软件设计2.1系统整体程序流程在主程序模块中，需要完成对各接口芯片的初始化、出租车起价和单价的初始化、中断向量的设计以及开中断、循环等待等工作。当按下S1时，就启动计价，将根据里程寄存器中的内容计算和判断出行驶里程是否已超过起价公里数。若已超过，则根据里程值、每公里的单价数和起价数来计算出当前的累计价格，并将结果存于价格寄存器中，然后将时间和当前累计价格送显示电路显示出来。当到达目的地的时候，由于霍尔开关没有送来脉冲信号，就停止计价，显示当前所应该付的金额和对应的单价，到下次启动计价时，系统自动对显示清零，并重新进行初始化过程。主程序流程图如图8 所示。开始初始化数据S1按下？否是S4按下？是否设定默认 单价（白天）设定晚上单价否语音播报按下S4？是启动计价器设定中途等待单价里程中断？S4按下？S3按下？是否是显示金额及单价显示路程和单价返回时间显示否传感有信号？ 否否是否是到一公里？是总路程加1总金额加1否S3按下？是停止计价和里程计数 语音播报图 8 主程序流程图2.2 定时中断服务程序在定时中断服务程序中，每100ms 产生一次中断，当产生10 次中断的时候，也就到了一秒，送数据到相应的显示缓冲单元，并调用显示子程序实时显示。其程序流程如图9所示。开始保护现场重置计数初值否中断10次？是数据送显示缓冲单元调用显示子程序恢复现场并中断返回 图9 定时中断服务程序2.3 里程计数中断服务程序每当霍尔传感器输出一个低电平信号就使单片机中断一次，当里程计数器对里程脉冲计满1000 次时，使微机进入里程计数中断服务程序中。在该程序中，需要完成当前行驶里程数和总额的累加操作，并将结果存入里程和总额寄存器中。2.4 中途等待中断服务程序当在计数状态下霍尔开关没有输出信号，片内的T1 定时器便被启动，每当计时到达3分钟，就对当前金额加上中途等待的单价，以后每3分钟都自动加上中途等待的单价。当中途等待结束的时候，也就自动切换到正常的计价。2.5 显示子程序服务程序由于是分屏显示数据，所以就要用到4 个显示子程序，分别是：时分秒显示子程序、金额单价显示子程序、路程单价显示子程序、单价调节子程序。2.6 键盘服务程序键盘采用查询的方式，放在主程序中，当没有按键按下的时候，单片机循环主程序，一旦有按键按下，便转向相应的子程序处理，处理结束再返回。六、论文的进度安排2011.03.04 下达任务书2011.03.042011.03.18 完成选题和资料收集，准备开题2011.03.22 开题2011.03.252011.04.30 完成硬件设计和软件编程2011.05.012011.05.15 进行调试2011.05.152011.05.31 撰写论文准备答辩七、主要参考文献1 万福军、潘松峰、刘芳等.MCS-51单片机原理、系统设计与应用. 清华大学出版社 2008,6.2 求是科技.单片机典型模块设计实例导航. 人民邮电出版社.3 王福瑞.单片机微机测控系统设计大全. 北京：北京航空航天大学出版社.4 赵新民.智能仪器设计基础.哈尔滨工业大学出版社.5 智能仪器设计，微机处理在监测与控制中的应用.上海：上海科学技术文献出版社, 1992.2 八、指导教师意见签名： 20 11 年 月 日九、开题审查小组意见开题审查小组组长签名： 20 11 年 月 日