【導(dǎo)讀】為解決出租車的行業(yè)收費(fèi)不合理問題，需要優(yōu)化出租車計(jì)價(jià)器。本文針對(duì)這一弊端，設(shè)計(jì)了一款采用KEIL 51進(jìn)行系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)和PROTEUS進(jìn)行系統(tǒng)仿真操作。經(jīng)調(diào)試產(chǎn)品設(shè)計(jì)良好。
本文主要是以AT89C51微處理器為核心芯片，分別控制DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘系統(tǒng)、AEE4霍耳傳感測(cè)距系統(tǒng)、按鍵系統(tǒng)、AT24C02掉電存儲(chǔ)系統(tǒng)以及數(shù)碼顯示系統(tǒng)，達(dá)到智能計(jì)價(jià)的目的。
1 出租車智能計(jì)價(jià)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
利用AT89C51作為單片機(jī)核心器件設(shè)計(jì)的智能計(jì)價(jià)系統(tǒng)，使用方便、靈敏性好，其強(qiáng)大的控制處理功能和可擴(kuò)展功能為設(shè)計(jì)電路提供了很好的選擇。利用其I/O端口及其控制的多功能特點(diǎn)，采用按鍵控制進(jìn)行分屏顯示，實(shí)現(xiàn)基本乘車計(jì)價(jià)和信息顯示功能。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖
在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中，以AT89C51單片機(jī)為控制中心，外接A44E霍爾傳感器信號(hào)采集模塊、時(shí)鐘模塊、按鍵模塊、顯示模塊以及掉電保護(hù)存儲(chǔ)模塊。其中，選用A44E霍爾傳感器信號(hào)采集模塊可將磁感應(yīng)轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)，從而計(jì)測(cè)出行車?yán)锍蹋粫r(shí)鐘模塊采用DS1302芯片，設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘；掉電存儲(chǔ)模塊采用AT24C02芯片，以確保掉電時(shí)數(shù)據(jù)自動(dòng)保存在存儲(chǔ)單元；當(dāng)系統(tǒng)重新上電時(shí)，能自動(dòng)讀取數(shù)據(jù)；按鍵模塊采用四個(gè)按鍵控制，可實(shí)現(xiàn)分屏顯示功能；顯示模塊采用8位LED數(shù)碼管進(jìn)行顯示。2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
2.1系統(tǒng)主程序
在主程序模塊中，不僅需要完成參量和接口的初始化設(shè)計(jì)、出租車起步價(jià)和單價(jià)的設(shè)置以及中斷、計(jì)算等操作，還應(yīng)設(shè)置啟動(dòng)/清除標(biāo)志、里程以及價(jià)格寄存器，并對(duì)其進(jìn)行初始化。最后，為實(shí)現(xiàn)寄存器中內(nèi)容的完整性及精確性，主程序應(yīng)能分別完成啟動(dòng)、清除、計(jì)程及計(jì)費(fèi)等操作。
當(dāng)出租車起步運(yùn)行時(shí)，計(jì)價(jià)器同時(shí)啟動(dòng)開始計(jì)價(jià)，根據(jù)里程寄存器中的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算并判別行駛路程是否超過起步價(jià)的里程。若已超過起步價(jià)里程，則根據(jù)里程值、單價(jià)數(shù)和起步價(jià)等來綜合計(jì)算當(dāng)前的乘車費(fèi)用；當(dāng)處于等待時(shí)段時(shí)，若無脈沖輸入，不產(chǎn)生中斷，一旦等待時(shí)間超過預(yù)設(shè)時(shí)間則會(huì)把等待超標(biāo)費(fèi)用另加到乘車總費(fèi)用中，并顯示相關(guān)信息。系統(tǒng)主程序流程圖如圖2所示。
圖2 系統(tǒng)主程序流程圖
2.2系統(tǒng)模塊程序系統(tǒng)模塊程序主要包括五個(gè)服務(wù)程序：顯示子程序、里程計(jì)數(shù)中斷、定時(shí)中斷、中途等待中斷和按鍵服務(wù)程序。各服務(wù)程序介紹如下：
（1）顯示子程序。由于采取的是分屏數(shù)據(jù)顯示方式，因此需要用到4款顯示子程序：時(shí)、分、秒的顯示，金額單價(jià)的顯示，路程單價(jià)的顯示以及標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的顯示。
（2）里程計(jì)數(shù)中斷。霍耳傳感器每輸出一個(gè)低電平信號(hào)便中斷一次，當(dāng)里程計(jì)數(shù)器計(jì)滿1000個(gè)里程脈沖時(shí)，便將當(dāng)前計(jì)數(shù)送至里程計(jì)數(shù)中斷服務(wù)程序，并將當(dāng)前行車?yán)锍碳跋嚓P(guān)數(shù)據(jù)傳至行車?yán)锍膛c乘車費(fèi)用寄存器中。
（3）定時(shí)中斷。在定時(shí)中斷服務(wù)程序中，設(shè)置一次中斷時(shí)間為50ms，20次中斷時(shí)間為1s，計(jì)滿1s后將數(shù)據(jù)送到相應(yīng)顯示單元實(shí)時(shí)顯示。
（4）中途等待中斷。在計(jì)數(shù)狀態(tài)下霍耳開關(guān)無信號(hào)輸出時(shí)，片內(nèi)定時(shí)器啟動(dòng)。等待計(jì)時(shí)每達(dá)到5分鐘，就會(huì)在當(dāng)前金額基礎(chǔ)上自動(dòng)加上中途等待費(fèi)用。等待結(jié)束后計(jì)價(jià)系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換到正常計(jì)價(jià)程序。
（5）按鍵服務(wù)程序。按鍵服務(wù)采取查詢模式，設(shè)置在主程序中。當(dāng)無按鍵按下時(shí)，單片機(jī)循環(huán)運(yùn)行主程序；按鍵被按下，則轉(zhuǎn)向運(yùn)行相應(yīng)子程序，并進(jìn)行其他操作處理。
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3 系統(tǒng)仿真與功能實(shí)現(xiàn)
3.1仿真軟件Proteus簡(jiǎn)介
Proteus仿真軟件是英國(guó)Labcenter Electronics公司設(shè)計(jì)開發(fā)的EDA工具，它不但擁有其它工具軟件的仿真功能，而且可仿真微處理器和相關(guān)外圍設(shè)備。Proteus軟件功能強(qiáng)大：擁有Proteus電子設(shè)計(jì)工具，就等同搭建了一個(gè)電子設(shè)計(jì)和分析平臺(tái)。利用功能強(qiáng)大的Proteus仿真軟件，我們可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電路的仿真，以確定方案是否可行，并且可使設(shè)計(jì)過程流暢。
3.2電路功能仿真
首先通過Proteus平臺(tái)搭建電路，然后在KEIL中編寫相應(yīng)代碼，并將生成的HEX文件在Proteus平臺(tái)單片機(jī)模型中加載，便可看到仿真效果。
（1）單價(jià)仿真情況。根據(jù)實(shí)際情況，白天和夜晚的起步營(yíng)運(yùn)價(jià)格是不一樣。對(duì)白天、夜晚分別進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，得仿真效果如圖3所示。
圖3 單價(jià)仿真效果圖
（a）白天單價(jià)（b）晚上單價(jià)在圖3中，圖（a）為白天時(shí)間段，顯示白天的起步價(jià)為6元；圖（b）為夜晚時(shí)間段，顯示夜晚的起步價(jià)為7元。
（2）其它相關(guān)重要參數(shù)仿真。另外，對(duì)計(jì)價(jià)系統(tǒng)其他主要方面也進(jìn)行了仿真研究（為討論問題簡(jiǎn)便，忽略了圖3所示電路部分，只顯示數(shù)據(jù)部分），仿真效果如圖4所示。具體介紹如下：
顯示3公里內(nèi)和3公里外的單價(jià)、里程和金額：圖4（a）顯示路程為2公里（3公里內(nèi)，起步價(jià)內(nèi)），金額為6元；圖4（b）為顯示里程為22公里（3公里外），顯示單價(jià)為2元，金額為44元。
圖4 其它相關(guān)重要參數(shù)仿真
顯示標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間及里程用時(shí)：圖4（c）為當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)顯示時(shí)間08：20：28；圖4（d）為乘車過程用時(shí)20分28秒。有無等待仿真對(duì)比效果：圖4（e）為路上沒有等待時(shí)間的價(jià)格；圖4（f）為路上有等待時(shí)間的價(jià)格。根據(jù)程序設(shè)置的每5分鐘加1元，可以看出圖4（f）中路上有等待時(shí)問，且等待時(shí)間為5分鐘。
（a）三公里內(nèi)（b）三公里外
（c）標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間（d）里程用時(shí)
（e）無等待時(shí)間（f）有等待時(shí)間
通過觀察上述仿真效果，可分析得知：能在數(shù)碼管上顯示運(yùn)行單價(jià)、乘車?yán)锍?、行車用時(shí)及總費(fèi)用等相關(guān)信息，因此本系統(tǒng)設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)和要求。
4 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析
按原理圖進(jìn)行焊接，確保接線無誤后。對(duì)實(shí)物進(jìn)行調(diào)試與實(shí)驗(yàn)，最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。
圖5 功能驗(yàn)證試驗(yàn)
由圖5實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知：（1）圖5（a）為顯示單價(jià)。按下鍵1，進(jìn)入載客狀態(tài)，便會(huì)顯示單價(jià)。
（2）圖5（b）為顯示單價(jià)、里程和金額。此外當(dāng)?shù)綦姇r(shí)，數(shù)據(jù)被會(huì)送入存儲(chǔ)單元，重新上電后能顯示掉電前的相關(guān)數(shù)據(jù)，從而較好地實(shí)現(xiàn)掉電存儲(chǔ)保護(hù)功能。
（3）圖5（c）為顯示標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。按下鍵2便能查看標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。
（4）圖5（d）為行車用時(shí)。按下鍵3便能實(shí)時(shí)查看行車用時(shí)。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，利用AT89C51主控，霍爾傳感器進(jìn)行采集，AT24C02進(jìn)行掉電存儲(chǔ)保護(hù)，配以程序，就能較好地實(shí)現(xiàn)出租車智能計(jì)價(jià)功能。
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