新型出租車計(jì)價(jià)器軟件功能分析與實(shí)現(xiàn)

摘要：介紹一款基于單片機(jī)的新型出租車計(jì)價(jià)器設(shè)計(jì)方法。詳細(xì)介紹計(jì)價(jià)器計(jì)程、計(jì)時(shí)、統(tǒng)計(jì)功能的實(shí)現(xiàn)原理，并依次做了誤差分析，同時(shí)還給出了部分軟件設(shè)計(jì)流程。計(jì)價(jià)器在車輪轉(zhuǎn)一圈最少需要的33．9 ms內(nèi)，可以完成所有計(jì)程、計(jì)時(shí)的計(jì)算a軟件設(shè)計(jì)靈活，誤差小。統(tǒng)計(jì)功能的設(shè)計(jì)為出租車管理部門制定合理決策提供了最詳實(shí)的依據(jù)。
關(guān)鍵詞：AT24C256；軟件設(shè)計(jì)；出租車計(jì)價(jià)器，計(jì)程原理

0 引言
    隨著物價(jià)升高，燃油費(fèi)增長(zhǎng)等原因，出租車行業(yè)難免有調(diào)整單價(jià)，增收燃油附加費(fèi)的需求?，F(xiàn)有的出租車計(jì)價(jià)器調(diào)整單價(jià)比較麻煩。需要更換計(jì)價(jià)器中的芯片。另外，現(xiàn)有的計(jì)價(jià)器沒有附加費(fèi)功能，若需要加收燃油附加費(fèi)時(shí)，乘客在不了解的情況下，難免會(huì)和出租車司機(jī)產(chǎn)生不必要的糾紛；而當(dāng)附加費(fèi)取消耐，還要防止出租車司機(jī)仍舊向乘客收取這部分費(fèi)用。在這種情況下，有必要去研制一款計(jì)價(jià)參數(shù)較易調(diào)整，且具有附加費(fèi)功能的出租車計(jì)價(jià)器。

1 計(jì)價(jià)參數(shù)設(shè)計(jì)
    在出租車計(jì)價(jià)器里，要讓起步價(jià)、夜班價(jià)、附加費(fèi)等計(jì)價(jià)參數(shù)容易調(diào)整，就要求在軟件設(shè)計(jì)時(shí)不能固定參數(shù)，需要把參數(shù)先存儲(chǔ)起來，計(jì)價(jià)器啟動(dòng)后從存儲(chǔ)地址去讀取計(jì)價(jià)參數(shù)。因?yàn)閱纹瑱C(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量有限，需要另外擴(kuò)展存儲(chǔ)芯片，為了節(jié)省單片機(jī)I／O口，采用擴(kuò)展I2C方式的存儲(chǔ)芯片AT24C256。
    AT24C256具有32 KB容量，地址為0000H～7FFFH。對(duì)于AT24C256，除了存計(jì)價(jià)參數(shù)外，還可以存儲(chǔ)出租車的基本信息和統(tǒng)計(jì)信息，其地址內(nèi)容分配如表1所示。其中計(jì)價(jià)參數(shù)從0100H開始存放，初始設(shè)置如表2所示。通過表2可以看出，已經(jīng)將附加費(fèi)作為一個(gè)計(jì)價(jià)參數(shù)存儲(chǔ)起來，當(dāng)計(jì)算價(jià)錢時(shí)會(huì)自動(dòng)加上附加費(fèi)值，也會(huì)在打印票據(jù)時(shí)體現(xiàn)出來。當(dāng)計(jì)價(jià)參數(shù)需要改變時(shí)，只要軟硬件設(shè)置好，計(jì)價(jià)器能與PC機(jī)串口通信的話，通過PC機(jī)向芯片發(fā)送新的數(shù)據(jù)即可。為了更方便起見，還可以采用無線數(shù)據(jù)收發(fā)方式。

2 計(jì)程
2．1 計(jì)程原理與軟件設(shè)計(jì)
    將安裝在車輛變速箱輸出端齒輪的霍爾傳感器接到單片機(jī)外部中斷接口上，車輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，霍爾傳感器將產(chǎn)生一個(gè)下降沿脈沖(霍爾脈沖)，觸發(fā)外部中斷。設(shè)車輪直徑0．6 m，最高時(shí)速200 km／h，則兩次外部中斷之間最短時(shí)間間隔為：0．6×3．14／(200×1 000／3 600)×1 000=33．9 ms。
    對(duì)單片機(jī)而言，所有計(jì)價(jià)、計(jì)時(shí)、顯示、統(tǒng)計(jì)等功能，都可在33．9 ms時(shí)間內(nèi)完成，所以對(duì)計(jì)程部分采用每次外部中斷到來時(shí)(F_int0= 1)，調(diào)用外部中斷處理程序來處理計(jì)程價(jià)。具體流程如圖1所示。
    設(shè)計(jì)一個(gè)占5字節(jié)的計(jì)程單元S，車輪周長(zhǎng)占3 B，每1 B存儲(chǔ)內(nèi)容如表3所示。對(duì)計(jì)程價(jià)每100 m處理1次，所以在計(jì)程計(jì)子程序中首先是讓計(jì)程單元加上車輪周長(zhǎng)，判斷是否已行駛100 m。從表3可以看出，做加法計(jì)算時(shí)如果第3字節(jié)有向第4字節(jié)進(jìn)位，說明已經(jīng)行駛了100 m，這時(shí)再判斷計(jì)程單元的大小，判斷是起步價(jià)，還是3～8 km的短途價(jià)或是8 km以上的長(zhǎng)途價(jià)，繼而再根據(jù)時(shí)間判斷是夜班還是白班，加上不同的計(jì)價(jià)參數(shù)。

2．2 計(jì)程誤差分析
    因?yàn)樵谟?jì)程時(shí)用的是每來一個(gè)霍爾脈沖加一個(gè)車輪周長(zhǎng)的方法，車輪周長(zhǎng)誤差的累積將引起總計(jì)程的系統(tǒng)誤差。車輪周長(zhǎng)用3 B壓縮BCD碼表示，1 B整數(shù)(單位：m)，2 B小數(shù)，每次系統(tǒng)誤差為10-4m，相對(duì)誤差小于0．01％。
    假設(shè)最大計(jì)程1000km，車輪周長(zhǎng)1.5m，則計(jì)程最大系統(tǒng)誤差為：(1 000×1 000／1．5)×10-4=66.7m，偶然誤差為2個(gè)周長(zhǎng)，即3.0m。
    對(duì)計(jì)程價(jià)每100 m加1次，即計(jì)程誤差小于1個(gè)計(jì)價(jià)單位。

3 誤時(shí)
3．1 誤時(shí)原理與軟件設(shè)計(jì)
    誤時(shí)價(jià)的計(jì)算是以Vwait=5 km／h為切換點(diǎn)，當(dāng)速度低于5 km／h時(shí)，需要計(jì)算誤時(shí)價(jià)。已知：速度=周長(zhǎng)／時(shí)間間隔。為了判斷出租車速度，開啟單片機(jī)定時(shí)器來計(jì)算兩次霍爾脈沖的時(shí)間間隔。為了計(jì)算方便，對(duì)于51單片機(jī)開設(shè)50 ms的定時(shí)器中斷。特別設(shè)計(jì)一個(gè)占5 B的總誤時(shí)單元，3 B的計(jì)時(shí)單元。這里第3字節(jié)存儲(chǔ)的是50 ms中斷的次數(shù)，具體存儲(chǔ)內(nèi)容如表4所示。其中總誤時(shí)單元存儲(chǔ)的是總的誤時(shí)時(shí)間，計(jì)時(shí)單元專門存儲(chǔ)霍爾脈沖間隔。

    當(dāng)行駛速度為5 km／h時(shí)，這時(shí)霍爾脈沖的時(shí)間間隔為：0．6×3．14／(5×1 000／3 600)×1 000=1 356．48≈27×50 ms。
    根據(jù)上面計(jì)算，在兩次霍爾脈沖之間，50 ms中斷的次數(shù)大于27時(shí)，要計(jì)算誤時(shí)價(jià)。而對(duì)誤時(shí)價(jià)是10s處理1次，即調(diào)用1次誤時(shí)價(jià)子程序，這時(shí)分兩種情況：
    第一種情況是在外部中斷處理程序中。外部中斷到來(F_int0=1)后，計(jì)時(shí)單元中50 ms次數(shù)大于27，這時(shí)總誤時(shí)單元要加上計(jì)時(shí)單元，總誤時(shí)單元的50 ms次數(shù)如果大于或等于200，則調(diào)用誤時(shí)價(jià)子程序。還要注意的是，因?yàn)橹袛嗟絹砗?，定時(shí)器會(huì)重新賦初值，所以需要把上一次定時(shí)器中不足50 ms的計(jì)數(shù)值轉(zhuǎn)換為微秒，存儲(chǔ)到計(jì)時(shí)單元的第1和第2個(gè)字節(jié)中。流程圖如圖1所示。
    第二種情況是在50 ms中斷處理程序中。計(jì)時(shí)單元50 ms中斷次數(shù)已達(dá)到200次即兩次霍爾脈沖的間隔超過了10 s，這時(shí)計(jì)時(shí)單元清零，也要調(diào)用誤時(shí)價(jià)子程序。流程圖如圖2所示。

    誤時(shí)價(jià)子程序里先將總誤時(shí)的10 s單元加1，然后判斷有沒有超過起價(jià)等待時(shí)間，如果超過的話，再根據(jù)時(shí)間判斷，是要加白天10 s誤時(shí)價(jià)，還是加夜間10 s誤時(shí)價(jià)。
3．2 誤時(shí)價(jià)誤差
    用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器測(cè)兩個(gè)霍爾脈沖間的時(shí)間間隔，系統(tǒng)誤差是1μs。假設(shè)最大誤時(shí)計(jì)時(shí)60 min，車速按最快的200 km／h估計(jì)，兩脈沖間隔時(shí)間為33．9 ms，即每測(cè)33．9 ms有1μs的誤差。誤時(shí)計(jì)時(shí)最大系統(tǒng)誤差等于(60×60×1 000／33．9)×1μs=0．1 s。因?yàn)檎`時(shí)價(jià)每10 s加1次，即計(jì)時(shí)誤差小于1個(gè)計(jì)價(jià)單位。

4 統(tǒng)計(jì)功能的設(shè)計(jì)
4．1 總價(jià)計(jì)算
    總的費(fèi)用由里程價(jià)、誤時(shí)價(jià)和附加費(fèi)三部分組成。在出租車停止載客后，計(jì)價(jià)器會(huì)計(jì)算總體費(fèi)用，并從AT24C256中讀取當(dāng)天營(yíng)業(yè)額，加上當(dāng)次的費(fèi)用后存回到AT24C256中。
4．2 誤差分析
    計(jì)程價(jià)每100 m加1次，誤時(shí)價(jià)每10 s加一次，單價(jià)用2B(4位)壓縮型BCD碼表示，最高位“元”，精度為10-3元。計(jì)價(jià)誤差由計(jì)程誤差、誤時(shí)誤差、每次計(jì)價(jià)誤差三分部分構(gòu)成。如果計(jì)程誤差小于1個(gè)計(jì)價(jià)單位，誤時(shí)誤差小于1個(gè)計(jì)價(jià)單位，可以忽略不計(jì)。每次計(jì)價(jià)誤差包括計(jì)程單價(jià)誤差和誤時(shí)單價(jià)誤差。其中若無計(jì)程單價(jià)誤差，則誤時(shí)單價(jià)按每分鐘計(jì)無，每10 s計(jì)，除6盡則無，若除不盡最大計(jì)時(shí)60 min，每10s計(jì)一次，誤差為10-3，則因誤時(shí)單價(jià)誤差累積的最大計(jì)價(jià)總誤差為：(60×60／10)×10-3=0．36元。
4．3 統(tǒng)計(jì)功能的實(shí)現(xiàn)
    AT24C256存儲(chǔ)芯片有32 KB的存儲(chǔ)容量(0000～7FFF)。1日的統(tǒng)計(jì)信息按最大99 999．999元考慮，最多需要4 B的存儲(chǔ)空間，分別存儲(chǔ)萬位、千位、百位十位、個(gè)位角位以及分厘。則1年的統(tǒng)計(jì)信息需要365×4=1 460 B。1片256可供存儲(chǔ)幾年的統(tǒng)計(jì)信息，如果需要還可以擴(kuò)展多片AT24C256。根據(jù)表1已知，統(tǒng)計(jì)信息從0200H開始存放。
    在載客變空車以后，要將當(dāng)次營(yíng)業(yè)額加到當(dāng)天的營(yíng)業(yè)額中，即需要讀取AT24C256中相應(yīng)地址中的數(shù)據(jù)，加上當(dāng)次營(yíng)業(yè)額后，再存回AT24 C256中。也就是必須給每天分配一個(gè)絕對(duì)的地址，需要設(shè)計(jì)一個(gè)日期轉(zhuǎn)換256地址的子程序。因?yàn)槌鲎廛嚩夹枰隀z，故按1年的需求設(shè)計(jì)。
    理論上1個(gè)月最多31天，用公式：
    (月-1)×31×4+(日-1)×4+ADDRESS_AT3      (1)
    即可，但是單片機(jī)中計(jì)算乘法是比較麻煩的，如果按32天計(jì)算及用公式：
    (月-1)×32×4+(日-1)×4+ADDRESS_AT3      (2)
    雖然浪費(fèi)了一些存儲(chǔ)空間，但是乘以128和乘4的運(yùn)算的確可以通過簡(jiǎn)單的移位指令實(shí)現(xiàn)，大大減小了單片機(jī)的運(yùn)算量。日期轉(zhuǎn)256地址的計(jì)算如子程序DATE_TO_ATA所示。
   
   
    這樣1年的信息需要32×4×12=1 536 B，轉(zhuǎn)換為16進(jìn)制數(shù)為600H。則第一年占用的存儲(chǔ)空間為0200～07FFH，如果要存儲(chǔ)第二年的信息，則設(shè)計(jì)一個(gè)變量ADDRESS_AT4，統(tǒng)計(jì)信息從0800H開始存放，其余以此類推。
4．4 統(tǒng)計(jì)功能的意義
    和參數(shù)傳遞一樣的道理，設(shè)計(jì)了計(jì)價(jià)器可以與PC機(jī)通信的話，不管是按串口通信方式還是無線通信方式，都可以供出租車管理部門采集到詳實(shí)、準(zhǔn)確的營(yíng)運(yùn)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)經(jīng)過PC機(jī)處理后能夠詳細(xì)地做出日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表、運(yùn)作分析表等，比較直觀的反映出租車的營(yíng)運(yùn)情況，便于管理部門全面掌握第一手資料，及時(shí)針對(duì)所出現(xiàn)的情況做出準(zhǔn)確的判斷和決策，從而實(shí)現(xiàn)微機(jī)化、科學(xué)化管理。

5 結(jié)語
    本文詳細(xì)的闡述了在出租車計(jì)價(jià)器中計(jì)程、計(jì)時(shí)的原理，并做了誤差分析。該設(shè)計(jì)巧妙，合理地利用存儲(chǔ)芯片AT24C256，不但使計(jì)價(jià)器具有附加費(fèi)功能，容易改變計(jì)價(jià)參數(shù)，還能存儲(chǔ)營(yíng)運(yùn)信息，為管理部門制定相關(guān)政策，提供一手依據(jù)。根據(jù)本文方法設(shè)計(jì)的計(jì)價(jià)器誤差小，軟件設(shè)計(jì)靈活性高。