出租车计价器的设计.doc
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1、太原工业学院毕业设计(论文)1 绪论1.1 课题背景出租车行业在我国是八十年代初兴起的一项新兴行业,随着我国国民经济的高速发展,出租汽车已成为城市公共交通的重要组成部分。多年来国内普遍使用的计价器只具备单一的计量功能。目前全世界的计价器中有90为台湾所生产。现今我国生产计价器的企业有上百家,主要是集中在北京,上海,沈阳和广州等地。出租汽车计价器是一种专用的计量仪器,它安装在出租汽车上,能连续累加,并指示出行程中任一时刻乘客应付费用的总数,其金额值是里程和计时时间的函数。 随着我国经济水平的提高以及汽车技术的发展,出租车也呈现出日益高档化的趋势。为了配合高档出租车的内饰风格,提升出租车的整体形象
2、。更重要的目的是提高行业管理水平,减少司机与乘客人员之间的纠纷。因而性能优良的出租车计价器对本行业来说尤为重要。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,但随着城市建设的加快,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,所以未来计价器的市场还是十分有潜力的。采用模拟电路和数字电路设计的计价器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
3、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。我们知道,只要乘坐的出租车启动,随着行驶里程的增加,就会看到司机旁边的计价器里程数字显示的读数从零逐渐增大,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。当中途需要等待,等待时间超过5分钟时按走一公里的里程来计价。当乘客到站时,按下停止按键,计费数字显示总里程和总金额,它可以很直观的反映乘客使用情况。1.2 设计目的与要求1.2.1 设计目的毕业设计是将理论与实践相结合的教学环节,通过综合运用教材及其他资料,使所学知识得到进一步加深和扩展,同时还培养设计能力和解决实际问题能力,进行基本技能的训练。本设计的目的:
4、(1)进一步熟练Proteus、KeilC等软件的操作。(2)以AT89S52单片机为中心、采用A44E霍尔传感器测距,实现对出租车里程统计,进行计价。(3)本电路设计的计价器不但能实现计价功能,而且还能实现中途等待处理功能。1.2.2 主要设计内容及基本要求(1)设计内容:本电路以AT89S52单片机为中心、采用A44E 霍尔传感器测距,设计简单的出租车计价器。在出租车计价器的设计过程中,我们设计了出租车计价器的硬件、软件以及在汽车内的安装设计。其中主要的外围功能电路有:按键控制电路,时钟电路,复位电路,LCD液晶显示电路,霍尔传感器等。(2)设计要求:通过对以上各功能的设计,制作出的出租车
5、计价器应具有以下功能:设计的计价器不但能实现计价功能,而且还能实现中途等待处理;上电时显示祝福词,通过按下启动按键来开始计价,LCD液晶开始显示消费金额和行驶里程;按下模拟开关按键(相当于霍尔传感器)来产生一个脉冲信号,模拟行驶的里程,LCD液晶数开始显示所走里程和应付的金额,并不断计算;按下停止按键,停止计费,LCD液晶显示所走里程和乘客所需付总金额结束此次服务。1.3 论文主要工作概述(1)了解题目的背景;(2)明确系统的方案选择,查阅相关资料明确设计要求;(3)依据设计要求选择合适的控制器;(4)学习相关芯片;(5)设计原理框图;(6)在Proteus制作对应的硬件系统;(7)测试每部分
6、硬件系统的正确性;(8)绘制程序流程图;(9)编译程序并在Keil C中调试;(10)在Proteus环境下进行仿真测试直到成功。2 系统硬件设计2.1 方案选择主控电路的选择方案一:采用数字电路控制。将传感器输出的脉冲信号,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,电路不够使用。方案二:采用单片机控制。利用单片机丰富的I/O端口,以及控制的灵活性,实现基本的里程计价功能和价格调节。这种设计价格便宜,可扩展的功能强大,人机界面丰富1。2.2 系统框图如图2.1为出租车计价器的整个设计框图,主要由五部分电路组成:主控部分、显示部分、传
7、感器部分、输入部分、其他部分。AT89S52单片机复位电路时钟电路显示总里程和总价格霍尔传感器(模拟开关)按键控制图2.1出租车计价器系统框图(1) 主控部分控制器不仅是处理数据的核心部位,而且还是控制各部分如何工作的部件。这一部分我们选用的是AT89S52单片机。(2) 显示部分显示器件是直接接触乘客的器件,这一部分的好坏给乘客的印象最深刻,因此这一部分是提升品质的部分。我们选用的是1602液晶。(3) 传感器部分传感器部分是公平的源头,如果传感器不稳定直接导致计价的不准。这样很容易引起司机与乘客之间的纠纷。因而传感器的设计选择尤为重要。(4) 输入部分输入部分较上面两个部分来说较为简单和次
8、要,输入部分主要是完成计价开始与结束的功能。(5) 其他部分其他部分主要是指器件的连接部分中间环节等。2.3 硬件电路设计本设计硬件组成主要包括:AT89S52单片机、显示电路、复位电路、时钟电路、按键电路、A44E霍尔传感器。2.3.1 AT89S52主要性能参数(1)与MCS-51单片机产品兼容(2)8K字节在系统可编程Flash闪速存储器(3)1000次擦写周期(4)全静态操作:0Hz24MHz(5)三级加密程序存储器(6)32个可编程I/O口线(7)三个16位定时器/计数器(8)八个中断源(9)全双工UART串行通道(10)低功耗空闲和掉电模式(11)掉电后中断可唤醒(12)看门狗定时
9、器(13)双数据指针(14)掉电标识符2.3.2 AT89S52 功能特性概述AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造,与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于党规编程器。在单芯片上,拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash,使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。(1) AT89S52具有以下标准功能: 8k字节Flash,256字节RAM,32 位 I/O 口线。如图2.2AT89S52引脚图,看门狗定时器,
10、2 个数据指针,三个 16 位定时器/计图2.2 AT89S52引脚图数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口,片内晶振及时钟电路。另外,AT89S52 可降至 0Hz 静态逻辑操作,支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下,CPU停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。(2) AT89S52的内部组成AT89S52内部有8个部件组成,即CPU、时钟电路、数据存储器、串行口、并行口(P0P3)、定时计数器和中断系统,它们均由单一总线连接并被集成在一块半导体芯片上,即组成了单片微型计
11、算机,AT89S52就是MCS-51系列单片机中的一种。如图2.3。串行接口中断系统并行接口定时/计数器RAM时钟电路路ROMCPU部分T0T1T2P0 P1P2P3T R 图2.3 单片机组成框图 CPU中央处理器中央处理器是AT89S52的核心,它的功能是产生控制信号,把数据从存储器或输入口送到CPU,或将CPU数据写入存储器或送到输出端口。还可以对数据进行逻辑和算术的运算。 时钟电路AT89S52内部有一个频率最大为33MHz的时钟电路,它为单片机产生时钟序列,但需要外接石英晶体做振荡器和微调电容调整频率。 内存内部存储器可分做程序存储器和数据存储器,AT89S52内部集成了8K的ROM
12、和256RAM 。 定时/计数器AT89S52有两个16位的定时计数器,每个定时器和计数器都可以设置成定时的方式和计数的方式,但只能用其中的一个功能,以定时或计数结果对计算机进行控制。 并行I/O口MCS-51有四个8位的并行I/O口,P0,P1,P2,P3,以实现数据的并行输入输出。 串行口它有一个全双工的串行口,它可以实现计算机间或单片机同其它外设之间的通信,该串行口功能较强,可以作为全双工异步通讯的收发器,也可以作为同步移位器用。 中断控制系统AT89S52有六个中断源,既外部中断两个,定时计数器中断三个,另外还有一个串行中断,全部的中断分为高和低的两个输出级。(3) AT89S52管脚
13、介绍AT89S52的制作工艺为HMOS,采用40管脚双列直插式DIP封装参见图2.2引脚说明如下:VCC:电源。GND:接地。P0 口:P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口,每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时,引脚用作高阻抗输入。 当访问外部程序和数据存储器时,P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下,P0具有内部上拉电阻。 在 flash编程时,P0口也用来接收指令字节;在程序校验时,输出指令字节。程序校验时,需要外部上拉电阻。 P1 口:P1 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口,P1 输出缓冲器能驱动 4 个TTL 逻辑电平。对 P1
14、端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流。此外,P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入(P1.0/T2)和时器/计数器2的触发输入(P1.1/T2EX),具体如下表2.1所示。 在flash编程和校验时,P1口接收低8位地址字节。 表2.1引脚号第二功能P1.0T2(定时器/计数器T2的外部计数输入),时钟输出P1.1T2EX(定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制)P1.5MOSI(在系统编程用)P1.6MISO(在系统编程用)P1.7SCK (在系统编程用)P2 口:P2 口是一
15、个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口,P2 输出缓冲器能驱动 4 个TTL 逻辑电平。对 P2 端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。 在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器(例如执行MOVX DPTR)时,P2 口送出高八位地址。在这种应用中,P2 口使用很强的内部上拉发送 1。在使用8位地址(如MOVX RI)访问外部数据存储器时,P2口输出P2锁存器的内容。 在flash编程和校验时,P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。P3 口:P3 口是一个具有内部上拉电阻的
16、 8 位双向 I/O 口,p2 输出缓冲器能驱动 4 个TTL 逻辑电平。对 P3 端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。 P3口亦作为AT89S52特殊功能(第二功能)使用,如下表2.2所示。在flash编程和校验时,P3口也接收一些控制信号。RET:复位输入。晶振工作时,RST脚持续2 个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后,RST 脚输出 96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器 AUXR(地址 8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下,复位高电平有效。 :
17、地址锁存控制信号(ALE)是访问外部程序存储器时,锁存低 8 位地址的输出脉冲。在flash编程时,此引脚()也用作编程输入脉冲。在一般情况下,ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲,可用来作为外部定时器或时钟使用。然而,特别强调,在每次访问外部数据存储器时,ALE脉冲将会跳过。 如果需要,通过将地址为8EH的SFR的第0位置 “1”,ALE操作将无效。这一位置 “1”,ALE仅在执行 MOVX 或MOVC指令时有效。否则,ALE将被微弱拉高。这个 ALE使能标志位(地址为8EH的SFR的第0位)的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。表2.2引脚号第二功能P3.0RXD(串行输入)P3.1
18、TXD(串行输出)P3.2(外部中断0)P3.3(外部中断1)P3.4T0(定时器0外部输入)P3.5T1(定时器1外部输入)P3.6(外部数据存储器写选通)P3.7(外部数据存储器写选通) :外部程序存储器选通信号()是外部程序存储器选通信号。 当 AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时,在每个机器周期被激活两次,而在访问外部数据存储器时,将不被激活。 /VPP:访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H 到FFFFH的外部程序存储器读取指令,必须接GND。 为了执行内部程序指令,应该接VCC。 在flash编程期间,也接收12伏VPP电压。 XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟
19、发生电路的输入端。 XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。芯片擦除:整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合,并保持管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中,代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前,该操作必须被执行。此外,AT89S52设有稳态逻辑,可以在低到零频率的条件下静态逻辑,支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下,CPU停止工作。但RAM,定时器,计数器,串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下,保存RAM的内容并且冻结振荡器,禁止所用其他芯片功能,直到下一个硬件复位为止。经过计算和考虑,51系列的AT89S52即可满足我们所设计的产品。AT8
20、9S52不用像8031一样外接存储器,节约了空间,提高了稳写性能,而且其内部资源正好可以满足存储要求,再高级的单片机一般多是用在比较精密麻烦的电器设计上,我们这里所设计的计价器是一个较为简单的控制系统,使用AT89S52就完全可以达到我们设计的要求,如果使用更高性能的单片机就会造成资源的浪费,所以我们选AT89S52作为我们的主机电路核心器件。2.3.3 霍尔传感器 里程计算是通过安装在车轮上的霍尔传感器检测到的脉冲信号,送到单片机产生中断,单片机再根据程序设定,计算出里程。其原理如图2.4所示。 图2.4 霍尔传感器计数原理框图霍尔传感器的工作原理霍尔传感器选用A44E集成传感器如图2.5所
21、示。A44E集成霍尔开关由稳压管A、霍尔电势发生器(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这五个基本部分组成。在输入端施加输入电压Vcc,经稳压管施加后加在霍尔电势发生器的两端,根据霍尔效应原理,当霍尔处在磁场中时,在垂直于磁场的方向通以电流,则在于这两者相垂直的方向上将会产生霍尔电势差HV输出,该HV信号经放大器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。当施加的磁场图2.5 霍尔传感器A44E结构达到工作点时,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
22、,三极管截止,使OC门输出高电压,这种状态为“关”2。这样通过两次电压变换,使霍尔开关完成一次开关动作见图2.6。集成霍尔开关A44E的外形及接线如图2.7,图2.8所示。系统中选择P3.2口作为信号的输入端,采用外部中断0,车轮每转一圈(设车轮的周长是1米),霍尔开关就检测并输出信号,引起单片机的中断,对脉冲计数,当计数达到1000次时,也就是1公里,单片机就控制将金额增加。图2.6 霍尔传感器A44E结构 图2.7 外形OUT +4.512V2KA44E 图2.8 接线2.3.4 显示电路的设计(1) 1602简介1602上的液晶板上排着若干 57 点阵的字符显示位,每个显示位可显示1个字
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