出租车专业系统设计.doc

出租车计费系统设计

功能分析
本设计重要简介了出租车计费系统设计思路和过程，并给出了所涉及有关知识详细简介。EDA技术应用，单片机功能及应用，传感器检测技术，VHDL编程语言及汇编语言程序，显示系统设计及按键控制，　　
当前，普遍出租车计费器仅仅具备时钟，起步价，里程计费，等待计费及显示几种功能。其发展前景是可观，将来产品除具备这些功能外，此外还可增长如下功能：防作弊功能，IC卡付费：顾客能在制定点购买一定额度"顾客IC卡"，乘车后可用IC卡付帐，付帐与否成功有相应提示。车主可定期将总营业额写入"车主IC卡"中，并据此IC卡向所属公司领取报酬。车票资料打印：顾客付费后可打印发票，打印内容涉及车主信息和车费信息等。可打印车主总营业额信息。语音播报：当乘客上车时，可自动问候乘客，当到达目地，自动播报乘车费用并礼貌再会，表达但愿下次乘坐意思。增长这些功能将会更好地为乘客服务。

计费及显示
　　①  里程，即汽车行程里程，用四位数字显示，显示方式为"XXX.X"，单位为㎞，精准到0.1㎞。                                                           
　　②  单价，即里程单价，用三位数字显示，显示方式为"X.XX"，单价为元/㎞，依照每天不同步间段有两种状况：当时间段为06：00～23：00时单价为1.4元/㎞，其她时间段内单价为1.80元/㎞。                         
　　③  等待时间，用四位数字显示分钟和秒，显示方式为"XX：XX"，等待定义是：当汽车行驶速度不大于或等于12㎞/h时为"等待"。在等待时间不不大于1小时状况下，可以不显示等待时间，但必要对等待时间进行记录计算。
　　④  等待单价，等待单价有两种状况：在等待时间不大于1小时状况下，等待单价为1元每5分钟；在等待时间不不大于1小时状况下，等待单价为20元每小时。                                                                                                             
　　⑤  费用计算，出租车起价为5.00元，当里程不大于2㎞时，按起价计算费用；当里程不不大于2㎞时按下式计算费用：费用=里程*里程单价+等待时间*等待单价。
　　⑥  费用显示，用五位数字显示，显示方式为"XXX.XX"，单价为元。
时钟及显示
　　当出租车在普通运营状态下，应能显示当前时间，在汽车熄火状况下，时钟必要正常运营，但是可以不显示时钟.
计费开始提示  
　　当出租车载上乘客并起步后，将空车批示牌扳倒时，空车批示牌里批示灯熄灭，并有语音或灯光提示信号。

功能模块设计

依照系统设计规定，将整个测控FPGA系统CZJFXT分为七个模块，它们分别是：分频器模块FPQ，等待鉴别模块DDPB，里程计算模块LCJS，里程计费模块LCJF，等待计时模块DDJS，等待计费模块DDJF，输出数据选取模块SCXZ。
　　分频器模块FPQ：将外部时钟信号SCLK（设计时假设为1024HZ）通过恰当分频后，产生1HZ系统工作用基准时钟信号CLK1HZ，供应系统中关于模块计时用。
　　等待鉴别模块DDPB：依照速度传感器脉冲信号WCLK和分频器产生基准时钟信号CLK1HZ，计算单位时间里WCLK脉冲个数（每㎞产生1000个脉冲信号，即每米产生1个脉冲信号），亦即出租车行驶速度，从而鉴别出租车与否处在等待状态，发出等待标志信号DDBZ。当速度不不大于12㎞/H，即速度不不大于200M/MIN时，出租车处在运营状态，这时等待标志DDBZ=0；当速度不大于等于12㏎/H，即速度不大于等于200M/MIN时，出租车处在等待状态，这时等待标志DDBZ=1。该模块VHDL程序设计可分为三个进程：60S周期性跳变信号产生进程，每分钟行驶距离计算进程，等待标志鉴别进程。等待标志鉴别进程就是比较每分钟WCLK脉冲个数与等待状态WCLK脉冲临界个数200大小，从而拟定DDBZ赋值。
　　里程计算模块LCJS：依照速度传感器脉冲信号WCLK和等待标志DDBZ，对出租车行驶里程数XSLC进行计算，同步发出里程标志信号LCBZ和里程计费标志信号JFBZ。如果LCBZ=1，阐明行驶距离超过2㎞，里程计费启动；如果LCBZ=0，阐明没超过2㎞，按起价计费，每行驶1㏎应计费1次，并且计费启动信号应是某一时刻，因而每行驶1㎞，计费标志信号JFBZ应跳变1次。该模块VHDL程序设计可分为两个进程：里程计算及标志产生进程，产生计费信号进程。产生计费信号进程就是每行驶10百米（即1㎞）JFBZ由低电平0变为1，通过一种系统时钟周期后JFBZ又回答到低电平0，里程计费模块LCJF就是在JFBZ脉冲信号上升沿到来时进行计费加法操作。
　　里程计费模块LCJF：在计费标志信号JFBZ，等待标志信号DDBZ，里程标志信号LCBZ和时段标志信号SDBZ等信号控制下，计算行驶里程超过2㎞以上里程费用LCFY。该模块VHDL程序是通过由各种条件控制加法进程来完毕里程计费，里程计费条件是在DDBZ=0，并且在JFBZ上升沿依照SDBZ分别进行加法计费操作。当SDBZ=1时，表达在06：00～23：00时段，其单价SD1为1.4元/㎞；当SDBZ=0时，表达其她时段，其单价SD2为1.8元/㎞。如果LCBZ=1，阐明行驶距离超过2㎞，里程计费启动；如果LCBZ=0，阐明没超过2㎞，按起价计费。
　　等待计时模块DDJS：在等待标志信号DDBZ和基准时钟信号CLK1HZ控制下，进行等待时间DDSJ计算，其中DDSJ低8位表达等待时间秒数，DDSJ高8位表达等待时间分钟数，同步依照等待时间长短发出一种熄灯标志信号XDBZ。当等待时间不大于等于1小时，XDBZ=0，等待时间显示灯亮；当等待时间不不大于1小时，XDBZ=1，等待时间显示不亮。该模块VHDL程序是通过一种多层嵌套加法进程来完毕等待计时。
　　等待计费模块DDJF：在等待标志信号DDBZ和熄灯标志信号XDBZ控制下，进行等待费用DDFY计费操作。该模块VHDL程序涉及两个进程：60S周期性跳变信号产生进程，等待费用计算进程。等待费用计算条件是在DDBZ=1并且在60S周期性跳变信号T60S上升沿，依照XDBZ分别进行加法计费操作。当DDBZ=1且XDBZ=0时，按1元/5分钟，即20分/分钟计费；当DDBZ=0且XDBZ=1时，按20元/小时，即33分/分钟计费。
　　输出数据选取模块SCXZ：依照单片机发出数据传播选取控制信号SEL，选取关于计算解决成果传播给单片机。

硬件电路设计

1.1 系统构成
以CPLD/FPGA为主体，设计并制作一台出租车计费系统，系统方框图如图14.1所示。

图1.1 出租车计费系统方框图
1.1.1计费及显示
(1) 里程，即汽车行驶里程，用四位数字显示，显示方式为“XXX.X”，单位为km，精准到0.1 km。

(2) 单价，即里程单价，用三位数字显示，显示方式为“X.XX”，单价为元/km，依照每天不同步间段有两种状况：当时间段为06:00～23:00时单价为1.40元/km，其她时间段内单价为1.80元/km。

(3) 等待时间，用四位数字显示分钟和秒，显示方式为“XX:XX”，等待定义是：当汽车行驶速度不大于或等于12 km/h时为“等待”。

(4) 等待单价，等待单价有两种状况：在等待时间不大于1小时状况下，等待单价为1元每5分钟；在等待时间不不大于1小时状况下，等待单价为20元每小时。

(5) 费用计算，出租车起价为5.00元，当里程不大于2 km时，按起价计算费用；当里程不不大于2 km时按下式计算费用： 费用=里程╳里程单价+等待时间╳等待单价

(6) 费用显示，用五位数字显示，显示方式为“XXX.XX”，单价为元。

1.1.2 时钟及显示
当出租车在常运状态下，应能显示当前时间。在汽车熄火状况下，时钟必要正常运营，但是可以不显示时钟。

1.1.3 计费开始提示
当出租车载上乘客并起步后，将空车批示牌扳倒时，空车批示牌里批示灯熄灭，并有语音或灯光提示信号。

1.2 系统设计方案
1.2.1 系统总体设计方案
本系统拟采用单片机和FPGA结合进行系统主体设计，系统原理框图如图1.2所示。

图1.2 出租车计费系统总体原理框图
1.2.2 测控FPGAVHDL程序设计
依照系统设计规定，咱们可将整个测控FPGA系统CZJFXT分为七个模块，它们分别是：分频器模块FPQ，等待鉴别模块DDPB，里程计算模块LCJS，里程计费模块LCJF，等待计时模块DDJS，等待计费模块DDJF，输出数据选取模块SCXZ。其内部构成原理图如图1.3所示。
分频器模块FPQ：将外部时钟信号SCLK(设计时假设为200 Hz)通过恰当分频后，产生1 Hz系统工作用基准时钟信号CLK1HZ，供系统中关于模块计时用。
等待鉴别模块DDPB：依照速度传感器脉冲信号WCLK和分频器产生基准时钟信号CLK1HZ，计算单位时间里WCLK脉冲个数(每km产生1000个脉冲信号，即每米产生1个脉冲信号)，亦即出租车行驶速度，从而鉴别出租车与否处在等待状态，发出等待标志信号DDBZ。
里程计算模块LCJS：依照速度传感器脉冲信号WCLK和等待标志DDBZ，对出租车行驶里程数XSLC进行计算，同步发出里程标志信号LCBZ和里程计费标志信号JFBZ。
里程计费模块LCJF：在计费标志信号JFBZ、等待标志信号DDBZ、里程标志信号LCBZ和时段标志信号XDBZ等信号控制下，计算行驶里程超过2 km以上里程费用LCFY。 等待计时模块DDJS：在等待标志信号DDBZ和基准时钟信号CLK1HZ控制下，进行等待时间DDSJ计算，其中DDSJ低8位表达等待时间秒数，DDSJ高8位表达等待时间分钟数，同步依照等待时间长短发出一种熄灯标志信号XDBZ。
等待计费模块DDJF：在等待标志信号DDBZ和熄灯标志信号XDBZ控制下，进行等待费用DDFY计费操作。
输出数据选取模块SCXZ ：依照单片机发出数据传播选取控制信号SEL，选取关于计算解决成果传播给单片机。SEL与被传送数据详细关系如表1.1所示。
表1.1 SEL与被传送数据关系列表

1.2.3 单片机控制程序设计
单片机模块涉及单片机AT89C51及其控制显示和键盘系统，控制口如图1.3（略 ）所示。
AT89C51对FPGA数据进行运算，计算出用车总费用并送显示系统显示，同步它接受键盘信息并解决显示切换。系统采用6+1显示，6个数码管作常规显示，一种数码管作状态显示。按键共有5个，分别是功能切换键、拟定键、修改键、启动模仿键和空车牌压下模仿键。
涉及重要流程图如图1.4~1.8所示。

图1.4 主程序流程图

图1.5 键解决流程图

图1.6 典型显示子程序流程图

图1.7 里程显示子程序流程图

图1.8 乘车费用显示子程序流程图
程序清单

1.3 主 要 源 程 序
14.3.1 重要VHDL源程序
1．分频器模块FPQVHDL源程序
--FPQ.VHD
LIBRARY IEEE；
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL；
USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL；
USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL；
ENTITY FPQ IS
PORT(SCLK：IN STD_LOGIC；
--SCLK=200 Hz
CLK1HZ：OUT STD_LOGIC);
--CLK1HZ=1 Hz END ENTITY FPQ；
ARCHITECTURE ART OF FPQ IS SIGNAL
CNT100：INTEGER RANGE 0 TO 99；SIGNAL CLK1：STD_LOGIC；
BEGIN PROCESS(SCLK)
BEGIN
IF SCLK'EVENT AND SCLK='1' THEN
IF CNT100=99 THEN
CNT100<=0；
CLK1<=NOT CLK1；
ELSE
CNT100<=CNT100+1；
END IF；
ELSE
CLK1<=CLK1；
END IF；
CLK1HZ<=CLK1；
END PROCESS;
END ARCHITECTURE ART;
2．等待鉴别模块DDPBVHDL源程序
--DDPB.VHD
LIBRARY IEEE；
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL；
USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL；
USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL；
ENTITY DDPB IS
PORT(START,WCLK:IN STD_LOGIC；
CLK1HZ:IN STD_LOGIC；
DDBZ:OUT STD_LOGIC)；
END ENTITY DDPB；
ARCHITECTURE ART OF DDPB IS
SIGNAL T60S:STD_LOGIC；
SIGNAL WCLKCOU:STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0)；
BEGIN
--产生60 s周期性跳变信号进程
PROCESS(START，CLK1HZ) IS
VARIABLE CNT60：STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0)；
BEGIN
IF START='1' THEN
CNT60:="00000000"；T60S<='0'；
ELSIF CLK1HZ'EVENT AND CLK1HZ='1' THEN
IF CNT60="00111100" THEN --CNT60=60
T60S<='1'；CNT60:="00000000"；
ELSE
CNT60：=CNT60+'1'；T60S<='0'；
END IF；
END IF；
END PROCESS ；
--每分钟行驶距离计算进程
PROCESS(START，WCLK，T60S) IS
BEGIN
IF START='1' THEN
WCLKCOU<="00000000"；
ELSIF WCLK'EVENT AND WCLK='1' THEN
IF T60S='1' THEN
WCLKCOU<="00000000"；
ELSE
WCLKCOU<=WCLKCOU+'1'； --距离计算，单位为m
END IF；
END IF；
END PROCESS ；

--等待标志鉴别进程
PROCESS(WCLKCOU,T60S) IS
BEGIN
IF T60S'EVENT AND T60S='1' THEN
IF WCLKCOU<="11001000" THEN --WCLKCOU<=200
DDBZ<='1'；--等待
ELSE
DDBZ<='0'；--行驶
END IF；
END IF；
END PROCESS ;
END ARCHITECTURE ART;
3．里程计算模块LCJSVHDL源程序
--LCJS.VHD LIBRARY IEEE；
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL；
USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL；USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL；ENTITY LCJS IS PORT(START，DDBZ，WCLK：IN STD_LOGIC； XSLC：OUT STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0)；LCBZ,JFBZ:OUT STD_LOGIC)；END ENTITY LCJS；ARCHITECTURE ART OF LCJS IS SIGNAL BMS:STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0)；SIGNAL BMS1：INTEGER RANGE 0 TO 99999；SIGNAL JFBZ1：STD_LOGIC；BEGIN --里程计算及标志产生进程
PROCESS(START,WCLK)

运营成果阐明

系统联合调试成功后，可将单片机程序通过编程器固化到单片机中，并插入到EDA实验开发系统中单片机插座上，将VHDL设计通过综适当配后网表对CPLD/FPGA进行编程下载，输入有关信号，并进行关于性能指标测试，直到满足系统设计规定为止。
本系统显示系统共设立了7各数码管，其中6个作为常规显示，另一种是状态显示，显示情形如下：
当状态显示为A时，是当前时间显示，显示方式为“XX.XX.XX”;
当状态显示为D时，是里程单价显示，显示方式为“X.XX”,单位为元、km;
当状态显示为L时，是全程里程显示，显示方式为“XXX.X”,单位为km;
当状态显示为F时，是用车费用显示，显示方式为“XXX.XX”,单位为元；
当状态显示为H时，是等待时间显示，显示方式为“XX.XX”,即分和秒；
总 结
 通过这半个学期努力，在教师和同窗协助下做完了毕业设计工作，由于自己知识缺少及能力有限，仍没有可以实现像开题报告中那样带有语音辨认等功能补充与完善。但是通过这次毕业设计，我能运用已学知识解决我在设计中遇到问题，使自己动手能力和思考问题能力得到了很大提高。在做设计过程中我查阅了诸多资料，并认真阅读这些与我设计有关资料，从而我专业涵养得到了提高，知识储备量也有所增长。在做设计时，我复习了诸多专业课知识，这使得我专业知识在离校之前得到了巩固。整个设计通过了软件和硬件上调试、仿真。我想这对于自己后来学习和工作都会有很大协助。在这次设计中遇到了诸多实际性问题，在实际设计中才发现，课本上理论性东西与在实际运用中还是有一定出入，因此有些问题不但要进一步地理解，并且要不断地改正此前错误思维。
但是，通过这次设计我也发现自己诸多局限性之处。在设计过程中我发现自己考虑问题很不全面，自己专业知识掌握很不牢固，所掌握计算机应用软件还不够多，我但愿自己这些局限性之处能在此后工作和学习中得到改进。并且，通过这次设计，我懂得了学习重要性，学会了坚持和努力，这将为后来学习做出了最佳榜样！同步，该设计也有局限性之处，缺少了些许等功能。我将会在后来学习中继续学习。

致 谢

在整个毕业设计中，一方面感谢我指引教师王宁教师，在王宁教师和同窗协助下我完毕了这次毕业设计，同步我也学到了诸多知识，让我实践知识得到了很大提高，这次设计是枯燥而又富有挑战，正式由于她们协助我猜又信心完毕，同步在与同窗交流中受益颇多。正是由于她们勉励支持和协助，我才干完毕这次设计。
时间仓促及自身专业水平局限性，整篇论文必定存在尚未发现缺陷和错误。恳请阅读此篇论文教师、同窗，多予指正，不胜感激！