毕业设计基于AT89S51单片机出租车计价器设计.doc
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1、目 录摘要3ABSTRACT4前言51. 系统总体方案选定71.1 出租车计价器系统构成及工作原理71.2 计价器各组成部分的功能71.2.1 里程检测单元81.2.2 键盘控制及LED显示部分81.2.3 单片机部分82. 系统硬件设计92.1 里程检测单元电路设计92.2 按键控制及LED显示电路设计112.2.1按键控制部分112.2.2六位LED动态显示电路122.2.3 LED的结构及工作原理142.2.4三位一体LED的结构及工作原理152.3 单片机部分的硬件设计172.3.1单片机的特点172.3.2 AT89S51的最小系统172.3.3 AT89S51I/O端口183. 系
2、统软件设计203.1主程序模块203.2 89S51芯片内部RAM分配203.3 按键程序设计223.4中途等待中断服务程序233.5里程计数服务程序243.6 BCD译码子程序253.7显示服务子程序26结论27总结与体会29致谢30参考文献31附录1源程序32附录2元件清单41附录3电路图42附录4英文翻译43摘 要随着电子技术的发展,出租车计价器技术也在不断进步和提高,国内出租车计价器已经经历了四个阶段的发展,从传统的全部由机械元器件组成的机械式,到半电子式即用电子线路代替部分机械元器件的出租车计价器,再从集成电路式到目前的单片机系统设计的出租车计价器。 本设计是以单片机AT89S51为
3、核心,以74LS04芯片、霍尔传感器A44E和LED数码管为外设的出租车计价器的微机系统设计,该系统满足集计程、计费等主要功能为一体的出租车计价器的实用要求。其里程计算是将A44E霍尔传感器安装在车轮上并将检测到的信号传输给单片机,通过测量转速来计算汽车的行驶路程。设计中充分考虑了出租车行驶过程中的各种情况,利用按键设计来切换计费模式。给出了硬件电路图及主程序流程图,阐述了软硬件设计过程中关键技术的处理。 关键词:计价器;单片机 ;霍尔传感器 ;ABSTRACTAlong with the electronic technology development, mileage fare mete
4、r technology is also progressing and the enhancement, the domestic rental car mileage fare meter has already experienced four stage development, from the tradition completely the mechanical type which is composed by the mechanical primary device, namely replaces the part mechanical primary device to
5、 half electronic formula with the electronic circuit the rental car mileage fare meter, again from integrated circuit type to present monolithic integrated circuit system design rental car mileage fare meter. This design is take monolithic integrated circuit AT89S51 as a core, take 74LS04, A44E, LED
6、 numerical code tube and so on the chips as the peripheral rental car mileage fare meter microcomputer system design, this system satisfies the collection idea regulation, the cost, and so on many kinds of measurement function is a body rental car mileage fare meter practical request. Its mileage ca
7、lculation is sensor installs A44E the Hall on the wheel and, will examine the signal and give the monolithic integrated circuit, will calculate the automobile based on the wheel trundle number of times the travel distance. In the design had considered fully in rental car travel process each kind of
8、situation, cuts the cost pattern using the keyboard design to solve. Has given the hardware circuit diagram and the master routine flow chart, elaborated in the software and hardware design process key technologies processing.Keywords: Mileage fare meter ;MCU;Hall sensor;前言随着我国经济的迅速发展,人民生活水平的显著提高,城市
9、交通的日趋完善,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,但是出租车在我国的交通运输中还是承担着重要的角色,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。单一功能的计价器已经不能满足人们的需要,因此,多功能计价器也就应运而生,比如语音功能,查询功能,甚至好多城市交通IC卡也能在出租车上使用,这就大大方便了人们的出行。 随着生活水平的提高,人们已不再满足于衣食住的享受,出行的舒适已受到越来越多人的关注。于是,出租车行业以低价高质的服务给人们带来了出行的享受。但是总存在着买卖纠
10、纷困扰着行业的发展。而在出租车行业中解决这一矛盾的最好方法就是改良计价器。用更加精良的计价器来为乘客提供更加方便快捷的服务。凡坐过出租车的人都知道,只要汽车一开动,开始时随着行驶里程的增加,就会看到汽车前面的计价器里程数字显示不变,而当行驶到某一值时(如3Km)计费数字显示开始从起步价(如8元)增加。当出租车到达某地需要在那里等候时,司机只要按一下“暂停”键,每等候一定时间,计费显示就增加一个该收的等候费用。汽车继续行驶时,停止计算等候费,继续增加里程计费。到达目的地,便可按显示的数字收费。我国在70年代开始出现出租车,但那时的计费系统大都是国外进口,不但不准确,价格还十分昂贵。随着改革开放日
11、益深入,出租车行业的发展势头已十分突出,国内各机械厂家纷纷推出国产计价器。出租车计价器的功能从刚开始的只显示路程(需要司机自己定价,计算后四舍五入),到能够自主计费,以及现在的能够打发票和语音提示、按时间自主变动单价等功能。随着城市旅游业的发展,出租车行业已成为城市的窗口,象征着一个城市的文明程度。现在各大中城市出租车行业都已普及自动计价器,所以计价器技术的发展已成定局。而部分小城市尚未普及,但随着城市建设日益加快,象征着城市面貌的出租车行业也将加速发展,计价器的普及也是毫无疑问的,所以未来汽车计价器的市场还是十分有潜力的。国内出租车计价器已经经历了四个阶段的发展,从传统的全部由机械元器件组成
12、的机械式,到半电子式即用电子线路代替部分机械元器件的出租车计价器,再从集成电路式到目前的单片机系统设计的出租车计价器。早期的机械式计价器按车所跑的里程数来换算车费。但是机械齿轮体积较大,计算不是很准确,而且容易磨损。后来采用模拟电路和数字电路设计的计价器,其整体电路的规模较大,用到的器件多,造成故障率高,难调试,对于模式的切换需要用到机械开关,机械开关时间久了会造成接触不良,功能不易实现。为此我们采用了单片机进行设计,相对来说功能强大,用较少的硬件和适当的软件相互配合可以很容易的实现设计要求,且灵活性强,可以通过软件编程来完成更多的附加功能。本次设计采用AT89S51单片机作为主控芯片,以74
13、LS04芯片、霍尔传感器A44E和LED数码管为外设,满足计程、计时、计费等多种计量功能。由霍尔传感器A44E检测车轮滚动产生脉冲信号,将信号传送给单片机来进行里程测量。并且利用软件编程可设计出不同的计费模式,不同的情况采取不同的收费方式,使司机在工作中能够应付各种突发状况,设计理念更加人性化,符合当今社会的需要。其各种功能由按键控制,操作简单,且计价器造价低廉,安装方便。1. 系统总体方案选定1.1 出租车计价器系统构成及工作原理出租车计价器根据乘客乘坐汽车行驶距离和等候时间的多少进行计价,并在行程中同步显示车费值。从起步价开始,当汽车程行驶未满(比如3)公里时,均按起步价计算。过(比如3)
14、公里后,实现每1公里单价收费,中间遇暂停时,计程数不再增加,开始计时收费,测距收费和测时收费的和便构成了一位乘客的车费。完整的出租车计价器还应包括存储、查看、统计、语音播报、打印票据等功能项目。该计价器设计采用单片机控制。主要是利用单片机丰富的I/O端口以及其控制的灵活性,实现基本的里程计价功能和价格调整。其原理框图如图1所示。键盘控制 89S51单片机转速检测单元显示驱动电路总金额显示里程显示图1 计价器原理框图1.2 计价器各组成部分的功能 本次设计的计价器由里程检测单元、键盘控制、单片机核心部分、LED显示部分组成。1.2.1 里程检测单元里程检测是通过安装在车轮上的霍尔传感器A44E与
15、磁片配合,产生高低电平变化,将检测到的信号送入单片机,经处理计算,送给显示单元。1.2.2 键盘控制及LED显示部分按键控制采用一般的独立式按键,完成键盘输入功能。主要由四个按键组成:开始计费键(白天键,晚上键),复位(清零)键、计时键(模拟暂时停车信号)。还有对应的四个指示灯。当按键按下时有相应的指示灯会点亮,这些都是用软件实现的。显示部分采用六位LED数码管,其中计程屏前三位LED一开始显示单价,然后显示该乘客应所付的总金额,后三位同步显示公里数。1.2.3 单片机部分单片机以其强大的功能,低廉的价格,简单的操作渗透到我们生活的方方面面,几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置
16、,飞机上各种仪表的控制,计算机的网络通讯与数据传输,工业自动化过程的实时控制和数据处理,广泛使用的各种智能IC卡,民用豪华轿车的安全保障系统,录相机、摄像机、全自动洗衣机的控制,以及程控玩具、电子宠物等等,这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了,特别是中小型电子产品的制作,它的作用更是显得尤为重要。本设计也是采用单片机作为其核心部件。2. 系统硬件设计2.1 里程检测单元电路设计在出租车计价器中,我们需要通过里程来计算价格。价格的计算部分可通过软件的方法实现,问题主要就是如何准确检测到出租车所走的里程,检测到里程最直接的方法是检测车轮的转速。检测车轮转速的方法也
17、是有很多种的,比如光电方法、编码盘检测等,考虑到出租车上的实际应用条件和我们实验室的条件,本次设计我选择用霍尔传感器做检测,因为它具有价格便宜,不受环境限制,测量精确,无机械损耗等优点。我所用的是霍尔A44E。它在车轮上按如下图2安装:图2 霍尔元件安装原理图霍尔元件是本设计中转速测量的重要元件,所以有必要对它进行更深层次的了解。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I/O端口上,所以使用起来很方便。下面图3是集成开关型霍尔传感器原理图:图3 集成开关型霍尔传感器原理图A44E集成霍尔开关由稳压器A、霍尔电势发生
18、器(即硅霍尔片)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V CC,经稳压器稳压后加在霍尔电势发生器的两端,根据霍尔效应原理,当霍尔片处在磁场中时,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尔电势差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”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”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,使霍尔
19、开关完成了一次开关动作。出租车中需要一个能准确获得车轮转速即路程计量信号的装置,以得到标准的脉冲信号送入单片机T1即P3.5引脚,由单片机完成计数及车费的换算及显示。我们在汽车联轴器按圆周间隔嵌入磁钢,用霍尔传感器集成芯片A44E检测并输出脉冲。霍尔传感器集成芯片A44E有信号转换、电压放大、整形输出等功能。为增加其抗干扰,再通过光偶送入P3.5引脚,原理图如图4所示。 图4 转速检测电路霍尔元件一开始3和2脚之间是高电平,经过74LS04之后变为低电平,于是光耦就导通了,光耦中的三极管就导通了,因此在P3.5口我们检测到的是低电平。当车轮上的小磁钢经过霍尔元件时,它的3和2脚之间的电平变成低
20、电平,于是光耦就截止了,因此我们在P3.5口检测到的是高电平。上图中的接单片机的电阻是上拉电阻,起的作用就是保证光耦没有导通的时候单片机接收到的始终是高电平。2.2 按键控制及LED显示电路设计2.2.1按键控制部分按键控制采用一般的独立式按钮开关,平时按键的两个触点处于断开状态,按键按下时,两个触点闭合,即完成按键输入功能。本设计中主要有四个按键:白天键,晚上键,清零键,计时键(模拟暂时停车)等。电路如下图5所示,图5中接单片机的电阻是上拉电阻,所起作用就是保证按键没有按下时单片机接收到的始终是高电平。图5 单片机接按键示意图2.2.2六位LED动态显示电路 LED显示是本设计的重要单元,因
21、为单价和里程都要在上面显示出来,下面重点介绍一下LED数码管。数码管要正常显示,就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码,从而显示出我们要的数字。根据数码管驱动方式的不同,可以分为静态式和动态式两类。 静态显示驱动:静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动,或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单,显示亮度高,缺点是占用I/O端口多,如驱动5个数码管静态显示则需要5840根I/O端口来驱动,实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动,增加了硬件电路的复杂性。 动态显示驱动:数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示
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