EEPW论坛

作者：郑州大学升达经贸管理学院资讯管理系 汪旭 白江涛 马思远
指导教师：潘杰 甄姬娜

　　作品简介

　　开发背景：
　　出租车计价器是部出租车都需要配备的设备，但是对于目前市场上动辄几百上千元的计价器，对于每位出租车司机来说都是一笔必要却无奈的支出。所以针对这一点，我们设计一款高性价比的低成本全功能计价器。通过基于单片机的硬件开发与软件编写，在最大程度上控制了成本。并不减少功能，除具备加价、模式切换、复位等常用功能外，还具有，实时时钟，计价单价设置数据存储输出等功能，并可通过单片机的可编程性，对功能进行拓展。

　　结构说明：
　　计价器的单片机控制方案图如图1所示。它由以下几个部件组成：单片机STC15F2K6、总金额及单价显示部件、键盘控制部件，片内掉电存储控制、里程计算单元、显示驱动电路，模拟汽车行驶模块等。
　　利用单片机丰富的IO端口，及其控制的灵活性，实现基本的里程计价功能和价格调节、时钟显示功能。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，而且还可以方便的对系统进行升级。具体电路参见“多功能出租车计价器总体电路图”。　　

 　　功能与使用说明：

　　(1) 不同情况具有不同的收费标准。

• 白天
• 晚上
• 途中等待(>10min 开始收费)

　　(2) 能进行手动修改单价。
　　(3) 具有数据的复位功能。
　　(4) IO 口分配的简易要求。

• 距离检测使用光敏电阻
• 白天/晚上收费标准的转换开关
• 数据的清零开关
• 单价的调整(最好使用+和-按键)

　　(5) 按键使用说明。

• 白天/晚上模式转换(按键1)
• 启动计时开关(按键2)
• 数据复位(清零)(按键3)
• 计费单价调整+-按键(当按键4按下后，按键1按键2作加减键)
• 实时时钟(按键4)
• 车辆状态(按键5)
• 设置模式(按键6)

　　平台选型说明

　　单片机开发板(以STC15F2K60S2芯片为控制核心)

　　设计说明

　　1.1计价器的工作原理
　　通常计价器采用STC15芯片,在EEPROM中预先已写入了有关程序和数据的信息,如基本距离、续程距离、候时时间的规定值,与收费标准规定相应的收费价格值,不同出租条件下收费的变化比率,附加车费值计费方式等数据和与收费办法相应的车费计算与控制程序等,并且在计价器安装前已根据不同车型选定好K 值。计价器的原理结构如图1-1所示。在工作过程中其主要的功能都是由STC15芯片中的定时器/ 计数器来实现。　　

 　　1.2 单片机系统总体设计
　　单片机系统总体设计框图如图1-2所示　　

 　　2.1方案比较
　　方案一：采用数字电路控制。其原理方框图如图2-1 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。　　

 　　方案二：采用单片机控制。利用单片机丰富的IO端口，及其控制的灵活性，实现基本的里程计价功能和价格调节、时钟显示功能。

　　2.2确定方案
　　通过比较以上两种方案，单片机方案有较大的活动空间，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，而且还可以方便的对系统进行升级，所以我们采用后一种方案。

　　3.1硬件设计
　　IAP 15F2K61S2 芯片功能特色
　　1. 采用宏晶公司最新STC 15 系列IAP 15F2K61S2 芯片。ISP/IAP ，在系统可编程/在应用可编程，无需编程器，无需仿真器。可当仿真器使用。
　　2. 增强型8051 CPU ，1T，单时钟/机器周期，速度比普通8051 快8-12 倍
　　3. 61K 字节片内片内Flash 程序存储器，擦写次 10 万次以上
　　4. 片内大容量2048 字节的SRAM
　　5. 大容量片内EEPROM，擦写次 10 万次数以上
　　6. 共8 通道 10 位高速ADC ，速度可达30 万次/秒，3 路PWM 还可当3 路D/A使用
　　7. 共3 通道捕获/ 比较单元(CCP/PWM/PCA )
　　8. 内部高可靠复位，8 级可选复位门槛电压，彻底省掉外部复位电路
　　9. 内部高精度R/C 时钟，内部时钟从5MHz～35MHz 可选，相当于普通8051 的60MHz～420MHz
　　10. 两组高速异步串行通信端口(可同时使用)，可在 5 组管脚之间进行切换，分时复用可当5 组串口使用。
　　11. 一组高速异步串行通信端口SPI 。
　　12.各种接口扩展齐全。
　　13. 一根优质USB 线实现系统供电、程序下载、通信功能。

　　3.2数码管显示电路设计
　　设计使用一个定时/计数器每1/10 s向主机发一次中断请求信号，并利用并行接口电路完成对时钟的实时显示功能。同时，利用动态扫描电路完成对出租车的起价和当前累计价的显示。
　　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)，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8位LED。　　

　　3.3键盘设计
　　电路共采用了四个按键，S1、S2、S3、S4，其功能分别是：S1 分屏显示切换按键，S2功能设定按键，S3 .+./白天晚上切换按键，S4 .-./中途等待开关。
　　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。
　　从单片机串口输出的信号先送到左边的移位寄存器(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)接电源，插头2(header2)接数据和脉冲输出端。电路中的三个整流管D1~D3 的作用是降低数码管的工作电压，增加其使用寿命。

 　　3.4启动及清除电路
　　在系统电路中，设计一个启动/清除按钮，用来作为启动里程计数或清除里程数计数的开关。将该按钮开关接到微机系统的某个中断请求线上，当开关被按下一次时就作为计程启动中断请求;再按下一次时，就作为系统的计程清0中断处理。

　　作品特色

　　本设计作品在保留通用计价器功能的同时，拓展了时钟，单价调整，汽车状态等功能，并使用低成本的51单片机使价格成为很大优势，并可实现小型化甚至可集成在汽车控制台中，采用数码管显示，信息直观易读，并有适当的提示信息，按键配置方面除设置外，均采用单键单步操作，使控制轻松简单，同时5V驱动电压和超低的功率带来很理想的节能效果。此外单片机的可编程性给该设计作品的测试，调整，及二次差异化的开发都带来了很大便利。

系统演示视频：http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2343