出租車作為城市交通中獨(dú)特的交通工具，在城市交通運(yùn)營中具有不可替代的重要作用。出租車司機(jī)最關(guān)心計(jì)價(jià)器的營運(yùn)數(shù)據(jù)管理是否方便，而乘客往往最在意出租車計(jì)價(jià)計(jì)費(fèi)是否合理。為了減少出租車司機(jī)和乘客間不必要的誤會(huì)，設(shè)計(jì)既能準(zhǔn)確計(jì)價(jià)又能方便使用的計(jì)價(jià)器顯得非常重要。

科技在不斷發(fā)展，社會(huì)在快速進(jìn)步，出租車計(jì)價(jià)系統(tǒng)也需不斷地得到優(yōu)化。文中以嵌入式單片機(jī)AT89C51為主控MCU，設(shè)計(jì)多功能出租車智能計(jì)價(jià)器。此計(jì)價(jià)器能夠按實(shí)際情況綜合計(jì)價(jià)，并將乘車用時(shí)、行駛里程和乘車費(fèi)用等重要信息顯示出來，具有功能更齊全、系統(tǒng)更穩(wěn)定、使用更方便等優(yōu)勢。

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)測出行車?yán)锍?時(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。

3系統(tǒng)仿真與功能實(shí)現(xiàn)

3.1仿真軟件Proteus簡介

Proteus仿真軟件是英國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)锍獭⑿熊囉脮r(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。

5結(jié)論

文中設(shè)計(jì)的出租車智能計(jì)價(jià)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)存儲(chǔ)相關(guān)數(shù)據(jù)，并通過8位LED數(shù)碼管分屏顯示存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)基本的計(jì)價(jià)功能。本系統(tǒng)對(duì)乘車中可能出現(xiàn)的情況考慮較全面，能根據(jù)白天、夜晚、中途等待等不同情況來調(diào)節(jié)單價(jià)，從而達(dá)到出租車智能計(jì)價(jià)的目的。當(dāng)然，要達(dá)到大規(guī)模的實(shí)際應(yīng)用要求，還需不斷改進(jìn)和完善系統(tǒng)綜合性能指標(biāo)，以達(dá)到實(shí)際應(yīng)用要求。