【導讀】為解決出租車(chē)的行業(yè)收費不合理問(wèn)題，需要優(yōu)化出租車(chē)計價(jià)器。本文針對這一弊端，設計了一款采用KEIL 51進(jìn)行系統軟件設計和PROTEUS進(jìn)行系統仿真操作。經(jīng)調試產(chǎn)品設計良好。
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、AEE4霍耳傳感測距系統、按鍵系統、AT24C02掉電存儲系統以及數碼顯示系統，達到智能計價(jià)的目的。
1 出租車(chē)智能計價(jià)系統總體設計
利用AT89C51作為單片機核心器件設計的智能計價(jià)系統，使用方便、靈敏性好，其強大的控制處理功能和可擴展功能為設計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)現基本乘車(chē)計價(jià)和信息顯示功能。系統總體設計框圖如圖1所示。
圖1 系統總體設計框圖
在系統硬件設計中，以AT89C51單片機為控制中心，外接A44E霍爾傳感器信號采集模塊、時(shí)鐘模塊、按鍵模塊、顯示模塊以及掉電保護存儲模塊。其中，選用A44E霍爾傳感器信號采集模塊可將磁感應轉換為脈沖信號，從而計測出行車(chē)里程；時(shí)鐘模塊采用DS1302芯片，設置標準時(shí)鐘；掉電存儲模塊采用AT24C02芯片，以確保掉電時(shí)數據自動(dòng)保存在存儲單元；當系統重新上電時(shí)，能自動(dòng)讀取數據；按鍵模塊采用四個(gè)按鍵控制，可實(shí)現分屏顯示功能；顯示模塊采用8位LED數碼管進(jìn)行顯示。2 系統軟件設計
2.1系統主程序
在主程序模塊中，不僅需要完成參量和接口的初始化設計、出租車(chē)起步價(jià)和單價(jià)的設置以及中斷、計算等操作，還應設置啟動(dòng)/清除標志、里程以及價(jià)格寄存器，并對其進(jìn)行初始化。最后，為實(shí)現寄存器中內容的完整性及精確性，主程序應能分別完成啟動(dòng)、清除、計程及計費等操作。
當出租車(chē)起步運行時(shí)，計價(jià)器同時(shí)啟動(dòng)開(kāi)始計價(jià)，根據里程寄存器中的存儲數據進(jìn)行運算并判別行駛路程是否超過(guò)起步價(jià)的里程。若已超過(guò)起步價(jià)里程，則根據里程值、單價(jià)數和起步價(jià)等來(lái)綜合計算當前的乘車(chē)費用；當處于等待時(shí)段時(shí)，若無(wú)脈沖輸入，不產(chǎn)生中斷，一旦等待時(shí)間超過(guò)預設時(shí)間則會(huì )把等待超標費用另加到乘車(chē)總費用中，并顯示相關(guān)信息。系統主程序流程圖如圖2所示。
圖2 系統主程序流程圖
2.2系統模塊程序系統模塊程序主要包括五個(gè)服務(wù)程序：顯示子程序、里程計數中斷、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據顯示方式，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)的顯示以及標準時(shí)間的顯示。
（2）里程計數中斷?；舳鷤鞲衅髅枯敵鲆粋€(gè)低電平信號便中斷一次，當里程計數器計滿(mǎn)1000個(gè)里程脈沖時(shí)，便將當前計數送至里程計數中斷服務(wù)程序，并將當前行車(chē)里程及相關(guān)數據傳至行車(chē)里程與乘車(chē)費用寄存器中。
（3）定時(shí)中斷。在定時(shí)中斷服務(wù)程序中，設置一次中斷時(shí)間為50ms，20次中斷時(shí)間為1s，計滿(mǎn)1s后將數據送到相應顯示單元實(shí)時(shí)顯示。
（4）中途等待中斷。在計數狀態(tài)下霍耳開(kāi)關(guān)無(wú)信號輸出時(shí)，片內定時(shí)器啟動(dòng)。等待計時(shí)每達到5分鐘，就會(huì )在當前金額基礎上自動(dòng)加上中途等待費用。等待結束后計價(jià)系統自動(dòng)轉換到正常計價(jià)程序。
（5）按鍵服務(wù)程序。按鍵服務(wù)采取查詢(xún)模式，設置在主程序中。當無(wú)按鍵按下時(shí)，單片機循環(huán)運行主程序；按鍵被按下，則轉向運行相應子程序，并進(jìn)行其他操作處理。
[page]
3 系統仿真與功能實(shí)現
3.1仿真軟件Proteus簡(jiǎn)介
Proteus仿真軟件是英國Labcenter Electronics公司設計開(kāi)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)外圍設備。Proteus軟件功能強大：擁有Proteus電子設計工具，就等同搭建了一個(gè)電子設計和分析平臺。利用功能強大的Proteus仿真軟件，我們可以實(shí)現對電路的仿真，以確定方案是否可行，并且可使設計過(guò)程流暢。
3.2電路功能仿真
首先通過(guò)Proteus平臺搭建電路，然后在KEIL中編寫(xiě)相應代碼，并將生成的HEX文件在Proteus平臺單片機模型中加載，便可看到仿真效果。
（1）單價(jià)仿真情況。根據實(shí)際情況，白天和夜晚的起步營(yíng)運價(jià)格是不一樣。對白天、夜晚分別進(jìn)行仿真實(shí)驗，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)重要參數仿真。另外，對計價(jià)系統其他主要方面也進(jìn)行了仿真研究（為討論問(wèn)題簡(jiǎn)便，忽略了圖3所示電路部分，只顯示數據部分），仿真效果如圖4所示。具體介紹如下：
顯示3公里內和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，起步價(jià)內），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)重要參數仿真
顯示標準時(shí)間及里程用時(shí)：圖4（c）為當前標準顯示時(shí)間08：20：28；圖4（d）為乘車(chē)過(guò)程用時(shí)20分28秒。有無(wú)等待仿真對比效果：圖4（e）為路上沒(méi)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。根據程序設置的每5分鐘加1元，可以看出圖4（f）中路上有等待時(shí)問(wèn)，且等待時(shí)間為5分鐘。
（a）三公里內（b）三公里外
（c）標準時(shí)間（d）里程用時(shí)
（e）無(wú)等待時(shí)間（f）有等待時(shí)間
通過(guò)觀(guān)察上述仿真效果，可分析得知：能在數碼管上顯示運行單價(jià)、乘車(chē)里程、行車(chē)用時(shí)及總費用等相關(guān)信息，因此本系統設計達到了預期目標和要求。
4 系統實(shí)驗及結果分析
按原理圖進(jìn)行焊接，確保接線(xiàn)無(wú)誤后。對實(shí)物進(jìn)行調試與實(shí)驗，最終實(shí)驗結果如圖5所示。
圖5 功能驗證試驗
由圖5實(shí)驗結果可知：（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。此外當掉電時(shí)，數據被會(huì )送入存儲單元，重新上電后能顯示掉電前的相關(guān)數據，從而較好地實(shí)現掉電存儲保護功能。
（3）圖5（c）為顯示標準時(shí)間。按下鍵2便能查看標準時(shí)間。
（4）圖5（d）為行車(chē)用時(shí)。按下鍵3便能實(shí)時(shí)查看行車(chē)用時(shí)。
實(shí)驗結果表明，利用AT89C51主控，霍爾傳感器進(jìn)行采集，AT24C02進(jìn)行掉電存儲保護，配以程序，就能較好地實(shí)現出租車(chē)智能計價(jià)功能。
相關(guān)閱讀：
放大電路普及：射頻干擾整流誤差電路設計
電路設計普及：晶振振蕩電路設計
基于虛擬儀器的電機監控系統的電路設計
