出租車智能計(jì)價(jià)器優(yōu)化設(shè)計(jì)與研究

 0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)代交通的高速發(fā)展，出租車己成為城市公共交通中一道靚麗的風(fēng)景，是人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚闹匾煌üぞ摺Ｔ谖覈?guó)，城市出租車自二十世紀(jì)八十年代興起，多年來廣泛應(yīng)用的計(jì)價(jià)器只具備簡(jiǎn)單計(jì)價(jià)功能，目前國(guó)內(nèi)出租車計(jì)價(jià)器依然只是根據(jù)行車?yán)锍虂碛?jì)價(jià)。隨著社會(huì)的進(jìn)步，人們對(duì)出租車計(jì)價(jià)器的科學(xué)性和合理性提出了越來越高的要求，為此需對(duì)出租車計(jì)價(jià)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。文中設(shè)計(jì)的出租車計(jì)價(jià)器能夠?qū)崿F(xiàn)按時(shí)問和里程來綜合計(jì)算車價(jià)的功能，并能顯示時(shí)間、里程、單價(jià)、總車價(jià)等相關(guān)信息，功能更齊全、使用更方便、而且系統(tǒng)穩(wěn)定性更好。

1 出租車智能計(jì)價(jià)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

出租車智能計(jì)價(jià)系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)是：實(shí)現(xiàn)基本的時(shí)鐘顯示、價(jià)格調(diào)節(jié)、里程計(jì)價(jià)和相關(guān)擴(kuò)展等功能。系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路：以MCS51單片機(jī)為核心，進(jìn)行硬件模塊設(shè)計(jì)，并配以相關(guān)軟件設(shè)計(jì)，利用I/O端口及其控制的準(zhǔn)確性來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

在圖1中，霍耳傳感器電路系統(tǒng)將磁感應(yīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)，并且以此來計(jì)算出租車行駛里程;四按鍵鍵盤控制電路分別執(zhí)行起始暫停、分屏切換、晝夜交替和功能設(shè)定等操作;DS1302時(shí)鐘芯片用來進(jìn)行時(shí)間計(jì)算及時(shí)間單價(jià)轉(zhuǎn)換;采用AT24C02芯片可實(shí)現(xiàn)斷電存儲(chǔ)信息、來電讀取信息功能;LED1602用來顯示單價(jià)、時(shí)鐘和金額等信息。

2 出租車智能計(jì)價(jià)器主要硬件模塊設(shè)計(jì)

2.1 計(jì)時(shí)與時(shí)間顯示模塊設(shè)計(jì)

采用24小時(shí)制，分別用三個(gè)8位的LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描法來顯示秒、分和時(shí)鐘，三個(gè)按鍵開關(guān)SP1、SP2、SP3分別接單片機(jī)的P0.0、P0.1、P0.2端口，用來調(diào)節(jié)時(shí)鐘信號(hào)的秒、分和時(shí)鐘。采用單刀雙擲開關(guān)控制秒、分和時(shí)鐘的加減調(diào)整;當(dāng)發(fā)光二極管亮?xí)r，按一下按鍵開關(guān)實(shí)施加1調(diào)整;當(dāng)發(fā)光二極管滅時(shí)，按下按鍵開關(guān)即進(jìn)行減1調(diào)整。

2.2 計(jì)價(jià)與顯示模塊設(shè)計(jì)

計(jì)價(jià)與顯示采用四個(gè)74LS164驅(qū)動(dòng)來擴(kuò)展32個(gè)并行端口，并利用4位LED數(shù)碼管完成顯示功能。假設(shè)出租車起步價(jià)為6元，單價(jià)為每公里1元，行駛車程小于2.5公里按照起步價(jià)來收費(fèi);當(dāng)行車路程大于2.5公里時(shí)，每增加1公里車費(fèi)將增加1元。

2.3 里程傳感模塊設(shè)計(jì)

出租車行駛里程是利用安裝在出租車車輪上的霍爾傳感器A44E檢測(cè)到的脈沖信號(hào)來進(jìn)行計(jì)算的。當(dāng)里程信息傳輸?shù)絇3.5口后，經(jīng)過處理傳送到4位數(shù)碼管顯示。系統(tǒng)里程傳感模塊原理圖如圖2所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 主程序模塊設(shè)計(jì)

在此模塊設(shè)計(jì)中，需要完成出租車起價(jià)和單價(jià)的初始化、各接口芯片的初始化、中斷向量的設(shè)計(jì)以及中斷、循環(huán)等待等工作，還需設(shè)置啟動(dòng)/清除標(biāo)志寄存器、里程和價(jià)格寄存器，并對(duì)其進(jìn)行初始化設(shè)計(jì)。根據(jù)標(biāo)志寄存器要求，分別完成啟動(dòng)、清除、計(jì)程以及計(jì)價(jià)等操作。系統(tǒng)主程序流程圖如圖3所示。

當(dāng)按下計(jì)價(jià)器開關(guān)時(shí)計(jì)價(jià)器便啟動(dòng)計(jì)價(jià)功能，并根據(jù)里程寄存器中的內(nèi)容進(jìn)行計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果儲(chǔ)存在寄存器中，然后顯示出總運(yùn)行時(shí)間和當(dāng)前累計(jì)金額。當(dāng)?shù)竭_(dá)目的地后，霍爾開關(guān)便不再發(fā)送脈沖信號(hào)，停止計(jì)價(jià)功能，并顯示當(dāng)前應(yīng)付金額。當(dāng)下次啟動(dòng)計(jì)價(jià)器時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)清零，初始化過程重新進(jìn)行設(shè)置。

3.2 系統(tǒng)子程序模塊設(shè)計(jì)

系統(tǒng)模塊包括六個(gè)主要子程序：顯示子程序、里程計(jì)數(shù)中斷、定時(shí)中斷、中途等待中斷、啟動(dòng)/清除計(jì)程中斷服務(wù)程序和按鍵服務(wù)程序。各服務(wù)子程序功能特征如下：

(1)顯示子程序。顯示子程序主要包括時(shí)分/秒/鐘顯示、路程單價(jià)顯示、單價(jià)調(diào)節(jié)顯示和金額單價(jià)顯示等四個(gè)子程序，可進(jìn)行分屏顯示數(shù)據(jù)。

(2)里程計(jì)數(shù)中斷。單片機(jī)每中斷一次需要霍爾傳感器輸出一個(gè)低電平信號(hào)，當(dāng)里程計(jì)數(shù)器累計(jì)里程脈沖滿1000次時(shí)，程序?qū)?dāng)前總額累加，使單片機(jī)進(jìn)入里程計(jì)數(shù)中斷服務(wù)程序，完成當(dāng)前行駛里程數(shù)和總額的累加操作，并將最終結(jié)果轉(zhuǎn)存至里程和價(jià)格寄存器中。

(3)定時(shí)中斷。在定時(shí)中斷服務(wù)程序中，每100 ms將產(chǎn)生一次中斷，當(dāng)累計(jì)產(chǎn)生10次中斷時(shí)達(dá)到1 s，將數(shù)據(jù)輸送到相應(yīng)的顯示緩沖單元，并調(diào)用顯示子程序?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)顯示功能。

(4)中途等待中斷。計(jì)數(shù)狀態(tài)下霍爾開關(guān)并無信號(hào)輸出，此時(shí)片內(nèi)的定時(shí)器將啟動(dòng)。當(dāng)計(jì)時(shí)到達(dá)5min時(shí)，將用當(dāng)前金額加上中途等待的價(jià)格進(jìn)行累加操作。并且每進(jìn)行一次5min的等待，都將自動(dòng)加一次中途等待單價(jià);當(dāng)中途等待結(jié)束時(shí)，計(jì)價(jià)器將立即自動(dòng)切換，進(jìn)行正常計(jì)價(jià)。

(5)啟動(dòng)/清除計(jì)程中斷服務(wù)程序。啟動(dòng)/清除中斷請(qǐng)求產(chǎn)生時(shí)，自動(dòng)設(shè)定第一次中斷為啟動(dòng)中斷，第二次中斷為清除中斷，并將標(biāo)志寄存器儲(chǔ)存的內(nèi)容分別相應(yīng)地置“1”或清“0”。

(6)按鍵服務(wù)程序。在主程序中，若無按鍵操作時(shí)，單片機(jī)循環(huán)運(yùn)行主程序;若有按鍵按下，便轉(zhuǎn)向按鍵服務(wù)程序處理，結(jié)束后立即返回。

4 系統(tǒng)仿真測(cè)試

在KEIL中將設(shè)計(jì)的程序編譯成對(duì)應(yīng)機(jī)器語言，進(jìn)入Proteus的ISIS 6軟件環(huán)境，并將生成的HEX文件導(dǎo)入到MCS51中，在Proteus中畫出電路原理圖，進(jìn)并行仿真測(cè)試。在此過程中可對(duì)問題程序進(jìn)行修改和完善，調(diào)試直至仿真結(jié)果符合要求。

4.1 主要參數(shù)仿真

系統(tǒng)主要參數(shù)包括里程、耗時(shí)、單價(jià)和金額等。系統(tǒng)主要參數(shù)仿真效果如圖4所示。

在圖4中，出租車花費(fèi)時(shí)間為12min27s，起步價(jià)里程為2.5km，收費(fèi)等待時(shí)間為1次(每超時(shí)1次收費(fèi)3元)，營(yíng)運(yùn)里程6km，總金額為：6+(6-2.5)×1+3=12.5元，與顯示總金額吻合。

4.2 相關(guān)重要參數(shù)仿真

系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，可對(duì)起步價(jià)里程、單價(jià)和免費(fèi)等待時(shí)間上限值等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。系統(tǒng)相關(guān)重要參數(shù)仿真效果如圖5所示(為研究問題方便，忽略了系統(tǒng)詳細(xì)電路部分，只顯示系統(tǒng)主要數(shù)據(jù))。

從圖5可以看出：

(1)將起步價(jià)里程由2.5km改為3km，單價(jià)改為2元;圖5(a)顯示路程為2km(起步價(jià)內(nèi))，金額為6元;圖5(b)顯示里程為22km(起步價(jià)外)，金額為：6+(22-3)×2=44元。

(2)免費(fèi)等待時(shí)間上限值設(shè)置為5min，多次超等待上限時(shí)間可重復(fù)計(jì)費(fèi)：圖5(c)為路上沒有等待時(shí)間的價(jià)格;圖5(d)為路上有1次等待時(shí)間的價(jià)格(收費(fèi)1元)，故相比圖(c)總金額多了1元。

系統(tǒng)仿真結(jié)果表明：本出租車計(jì)價(jià)器可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要設(shè)置相關(guān)參數(shù)，滿足出租車分時(shí)、分場(chǎng)景計(jì)價(jià)功能，可基本實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能要求。

5 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的出租車計(jì)價(jià)器是利用單片機(jī)與霍爾傳感器相結(jié)合的原理來實(shí)現(xiàn)計(jì)價(jià)功能的。經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)的出租車計(jì)價(jià)器集計(jì)程、計(jì)時(shí)、計(jì)費(fèi)、存儲(chǔ)、查看和統(tǒng)計(jì)等諸多功能為一體，具有功能齊全、性能可靠、電路簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，因此具有較好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，出租車計(jì)價(jià)系統(tǒng)將更加科學(xué)合理。