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作者：井冈山大学 王仁军 徐翔 张奇
指导教师：肖开选 吕敬祥

　　作品简介

　　产品背景：
　　随着出租车行业的发展，出租车已经是城市交通的重要组成部分，然而出租车上安装的计价器普遍存在自动化程度低，功能单一，价格昂贵，不便于升级换代等缺点。
　　另外在许多大中城市，交通高峰时期打车难，交通拥堵，已经成了让市民头疼的普遍问题。为此北京、西安等城市已出台相应政策鼓励乘客合乘出租车，特别是早晚高峰时段，合乘者各付共同路段车费60%。然而出租车合乘在现实操作中却困难重重，因为出租车安装的传统计价器只能计一位乘客的车费，具体费用计算起来很困难，容易引起纠纷。
　　基于此，我们大胆创新，攻克难关，设计出红外智能计价器，能在原有计价器功能上对不同地点上车的拼车乘客分别计价，而且运用人体红外热释电感应技术，能智能感应乘客上车，并自动开始计费，乘客下车后自动停止计费，减轻司机工作量，提高效率。本设计采用STC15F2K61S2单片机为主控器，以OH3144霍尔传感器检测车轮的转数，通过转数计算路程通过软件中的计费函数计出费用，以高精度时钟芯PCF8563时间为准计算行驶时间，实现对出租车智能计价，采用AT24C02实现在系统掉电的时候保存各单价信息，输出采用昼夜可视化较好的LCD128*64液晶显示计价信息，利用4*4键盘可以调单价、校准时间、相关计费控制等。该作品不仅能实现基本的计价功能，而且能根据实时时钟对白天，晚上以及途中等待的单价进行自动调节。并且附带设计了车内温度检测系统和实时时钟显示、整点报时、换班提醒功能。　　

　　无线红外人体感应模块;　　

　　计价系统;　　

　　使用说明：
　　1. 当出租车上没有乘客时液晶屏显示最初时间、温度、当前车速;
　　2. 当有乘客上车后液晶上马上转换显示，显示收费标准(起步价晚上00:00~~6:00起步价为15元，3km后按超出部分3元/km收费，白天6:00~~00:00起步价为10元，3km后按超出部分2元/km收费，途中等待1元/分钟，时间为等待累积时间，单程15公里以上的部分加收50%空驶费，不同乘客合租，按合租里程各收60%)便于乘客选择;
　　3. 若乘客觉得收费不合理，下车，液晶屏则自动恢复到最初界面，显示时间、温度、当前车速;
　　4. 若乘客同意乘坐，当车启动后，计价器才开始计价，液晶屏显示行驶路程，行驶时间，所需费用。到达目的地后，乘客按照屏上显示付款下车，液晶屏自动恢复到最初界面，整个过程不需要司机按键，完全自动化控制;
　　5. 若载客中途又有人招手示意，在征得车上乘客同意后，停车载客，这时只要按下拼车合乘键，计价器就开始对第二批上车的乘客计价，液晶屏会流动显示前后两次乘客的计价信息，到达目的地后，若在显示乘客1计价信息时按下停止键，则停止对乘客1计价;若在显示乘客2计价信息时按下停止键，则停止对乘客2计价。乘客全部下车后，液晶屏会自动恢复到最初界面;
　　6. 另外还附有手动调节模式,司机可以通过手动按键调节时间和变动收费标准以及按键启动、暂停、停止。

　　平台选型说明

　　本设计选用单片机开发板(以STC15F2K61S2芯片为控制核心)，这款STC15F2K61S2芯片具有2084字节SRAM数据存储器,能够大容量的存储数据。高速1个时钟/机器周期，增强型8051内核，速度比传统的8051快7~12倍，宽电压，低功耗设计具有低速模式、空闲模式和掉电模式大大较少了功率的损失，内部高精度R/C时钟设计可以省掉外部高贵的时钟，内部时钟5MHZ到32MHZ可选，内部高可靠复位，ISP下载时，8级门槛电压可选。彻底省掉外部复位电路。INT0/INT1(下降沿/上升沿中断均可以)INT2/INT3(下降沿中断)，大容量片内Flash程序存储;擦除次数为10 万次以上，大容量片内EEROM功能，擦写次数10万次以上，ISP/IAP在系统可编程/在应用可编程，无需编程器/仿真器。高速的ADC，8通道10位速度可达30万次/秒，3路PWM还可当3路D/A使用,6个定时器，2个16位可重装定时器TO/T1兼容普通8051的定时器，新增了一个16位定时器T2，并且可以实现时钟输出，SPI高速同步串行接口。

　　设计说明

　　主要模块说明：
　　一、无线人体红外感应模块：
　　安装在司机座椅侧面的无线红外人体感应模块，由STC11F04E做主控芯片，用镍氢电池供电，当乘客上车后，红外模块感应到人体信号，经STC11F04E处理后通过无线模块传输信号给15F2K61S2单片机控制系统;当乘客下车后，红外模块感应不到人体信号，经STC11F04E处理后再次通过无线模块传输给15F2K61S2单片机控制系统;
　　人体红外感应传感电路由LH1778探头，BISS0001红外信号传感处理器，菲涅尔光学透镜等元器件组成。其中LH1778探头灵敏度高，可靠性强;再加上菲涅尔光学透镜，大大提高LH1778探头对车内人体红外感应的灵敏度。BISS0001红外信号传感处理器是由运算放大器，电压比较器和状态寄存器、延时时间定时器、封锁时间定时器、参考电压源等构成的数模混合专用集成电路，对采集到的人体信号进行初步处理，通过接适当外围电路，使人体红外感应模块的感应距离在1米内，仅对车内乘客有反应，而对车外行人无反应。
　　本模块放置在司机座椅侧面，由于红外感应有一定的探测角度，因此不会感应到司机的人体红外信号，但对乘客则非常灵敏。另外由于车辆行驶，乘客自身活动等原因，乘客在车内不可能完全静止不动，只要乘客轻微晃动都会重复触发人体红外感应。　　

　　人体感应模块优点： 便于电路的自动化响应，感应距离及灵敏度均可调节，便于调试

　　二、无线模块NRF24L01：
　　无线通信GPRS技术传输距离长，通信稳定可靠，但设计复杂，成本昂贵。这里采用工业级内置硬件链路层协议的低成本芯片nRF24L01型无线收发器件，实现器件的无线通信。　　

　　nRF24L01优点： GFSK调制：
                                 　　硬件集成OSI链路层;
                                 　　具有自动应答和自动再发射功能;
                                 　　片内自动生成报头和CRC校验码;
                                 　　数据传输率为l Mb/s或2Mb/s;
                                 　　SPI速率为0 Mb/s～10 Mb/s;
                                 　　125个频道：
                                 　　与其他nRF24系列射频器件相兼容

　　三、15F2K61S2单片机控制系统：
　　本部分含有电源模块、时钟模块、温度感应模块、液晶显示模块、红外无线接收模块和SD卡存储模块，由STC15F2K61S2做主控芯片，安装于主控制系统上的无线接收模块只有在接收到红外感应模块发送的上车信号，且车启动后才会开始计费，之后不会重复触发，乘客下车后，单片机自动停止计费和计时，此时主控制器可以自动清零复位，并且留有查询键，可以查询之前收费情况。液晶屏会根据不同情景自动切换界面。

　　1. STC15F2K61S2主控制芯片：
　　STC15F2K61S2芯片具有2084字节SRAM数据存储器,能够大容量的存储数据。高速1个时钟/机器周期，增强型8051内核，速度比传统的8051快7~12倍，宽电压，低功耗设计具有低速模式、空闲模式和掉电模式大大较少了功率的损失。为用户提供了极大的开发便利。　　

　　2. 电源模块：
　　电源模块运用AMS1117稳压芯片，该芯片具有内部过热保护，在过热状态下能自动切断，和限流保护。　　

　　AMS1117稳压芯优点：AMS1117稳压芯片具有低漏失电压(1A的情况下电压降为1.2V)，温度适应范围广在-40~125·C度都能正常工作等优点。

　　3温度检测模块
　　对于温度采集我们这里用的是DS18B20;温度采集还可以用AD590，但是它的成本高，需要模拟转数字电路，电路繁多且测温点数量少，对线阻有要求而精确度低，所以这里我们选择对线阻要求较低且温度检测精准的DS18B20.。　　

　　DS18B20优点：独特的一线接口，只需要一条口线通信 ;度传感器可编程的分辨率为9~12位 ;支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联;成本，高精度。

　　4. 128*64液晶显示：
　　可用于显示数据的器件有很多，LED数码管，LCD1602，LCD12864等。其中LED数码管是最常用的一种，但是要将本系统要显示的数据显示出来，需要的数码管太多，占用I/O口，性价比不高，无法显示中文字幕，;LCD12864液晶显示器可以显示中文，功能强大，操作简单，所以在本电子系统设计中有很高的性价比。所以本电子系统设计选择了LCD128*64液晶显示器。

　　LCD128*64优点： 体积小巧、物美价廉 、操作指简单，分辨率高，功耗小。

　　5. 时钟模块：
　　时钟芯片PFC8563是低功耗COMS实时时钟/日历芯片它提供一个可编程时钟输出，一个中断输出和掉电检测器。所有的地址和数据通过I2C总线接口串行传递，最大总线速度400Kbist/s每次读写数据后内嵌的字地址寄存器会自动的产生增量。　　

　　PFC8563优点:世纪标志;大工作电压范围;易操作;内部集成振荡电容，内电源复位功能，掉电检测器。

　　四、霍尔传感器模块
　　本模块主要以A44E霍尔传感器检测车轮转速，车轮每转一圈产生一个脉冲信号，经过运算放大器LM324放大处理后传输给15F2K61S2单片机控制系统，统计脉冲个数N，根据早已测量的车轮外径D，由公式S=π*D*D*N/4计算出行驶路程，并且可以运用STC15F2K61S2的高速性，统计在某段极短时间t内收到的脉冲个数n，由公式V=π*D*D*n/(4*t)计算出当前速度。　　

　　OH3144的优点：抗干扰性强，寿命长、灵敏度高，能够实现智能电动执行机构触点的精确位移测量和输出中心轴旋转方向的自动判定。
　　程序简要流程图如下：　　

　　作品特色

　　先进性、实用性：
　　目前普通计价器只有单一的计价功能，而本设计将人体红外感应、无线传输、SD卡储存、时钟，温度传感以及计价功能集于一身，并兼有自动控制空调调节车内温度功能，还可外部扩展打印机、IC卡收费等。与现有计价器相比较，本设计具有功能强大、自动化程度高、体积轻巧等特点， 而且解决了出租车实际运营中拼车合乘计价难问题。

　　创新点：
　　一、采用人体红外热释电传感技术，智能感应乘客上车，当车启动后自动开始计时计费，乘客下车后自动停止计费，恢复初始界面，智能自动化控制，减轻司机工作量;
　　二、可以同时对不同地点上车的乘客分开计费，以解决出租车乘客拼车合乘不方便计价问题;
　　三、通过实时时钟对白天、夜晚和中途等待的单价进行自动调控，并可提醒司机换班;
　　四、采用SD卡读写模块，存储载客信息，便于出租车公司管理;
　　五、温度显示功能，并根据温度设定范围相应开启或关闭车内空调;
　　六、采用4*4键盘更方便快捷的调节单价和时钟以及控制计费流程;
　　七、采用AT24C02对随时调整的单价信息进行保存并且掉电后也不会丢失;
　　八、采用昼夜可视化较好的128*64液晶显示时钟、计费信息调整界面;

系统演示视频：http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2497