基於霍爾傳感器和AT24C02的計程車智能計價器設計

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基於霍爾傳感器和AT24C02的計程車智能計價器設計

發表於 2018-09-02 22:11:41

計程車作為城市交通中獨特的交通工具，在城市交通運營中具有不可替代的重要作用。計程車司機最關心計價器的營運數據管理是否方便，而乘客往往最在意計程車計價計費是否合理。為了減少計程車司機和乘客間不必要的誤會，設計既能準確計價又能方便使用的計價器顯得非常重要。

    科技在不斷發展，社會在快速進步，計程車計價系統也需不斷地得到優化。文中以嵌入式單片機AT89C51為主控MCU，設計多功能計程車智能計價器。此計價器能夠按實際情況綜合計價，並將乘車用時、行駛裡程和乘車費用等重要信息顯示出來，具有功能更齊全、系統更穩定、使用更方便等優勢。

    1 計程車智能計價系統總體設計

    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埠及其控制的多功能特點，採用按鍵控制進行分屏顯示，實現基本乘車計價和信息顯示功能。系統總體設計框圖如圖1所示。

    圖1 系統總體設計框圖

    在系統硬體設計中，以AT89C51單片機為控制中心，外接A44E霍爾傳感器信號採集模塊、時鐘模塊、按鍵模塊、顯示模塊以及掉電保護存儲模塊。其中，選用A44E霍爾傳感器信號採集模塊可將磁感應轉換為脈衝信號，從而計測出行車裡程;時鐘模塊採用DS1302晶片，設置標準時鐘;掉電存儲模塊採用AT24C02晶片，以確保掉電時數據自動保存在存儲單元;當系統重新上電時，能自動讀取數據;按鍵模塊採用四個按鍵控制，可實現分屏顯示功能;顯示模塊採用8位LED數碼管進行顯示。

    2系統軟體設計

    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、計程車起步價和單價的設置以及中斷、計算等操作，還應設置啟動/清除標誌、裡程以及價格寄存器，並對其進行初始化。最後，為實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、清除、計程及計費等操作。

    當計程車起步運行時，計價器同時啟動開始計價，根據裡程寄存器中的存儲數據進行運算並判別行駛路程是否超過起步價的裡程。若已超過起步價裡程，則根據裡程值、單價數和起步價等來綜合計算當前的乘車費用;當處於等待時段時，若無脈衝輸入，不產生中斷，一旦等待時間超過預設時間則會把等待超標費用另加到乘車總費用中，並顯示相關信息。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服務程序：顯示子程序、裡程計數中斷、定時中斷、中途等待中斷和按鍵服務程序。各服務程序介紹如下：

    (1)顯示子程序。由於採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、分、秒的顯示，金額單價的顯示，路程單價的顯示以及標準時間的顯示。

    (2)裡程計數中斷。霍耳傳感器每輸出一個低電平信號便中斷一次，當裡程計數器計滿1000個裡程脈衝時，便將當前計數送至裡程計數中斷服務程序，並將當前行車裡程及相關數據傳至行車裡程與乘車費用寄存器中。

    (3)定時中斷。在定時中斷服務程序中，設置一次中斷時間為50ms，20次中斷時間為1s，計滿1s後將數據送到相應顯示單元實時顯示。

    (4)中途等待中斷。在計數狀態下霍耳開關無信號輸出時，片內定時器啟動。等待計時每達到5分鐘，就會在當前金額基礎上自動加上中途等待費用。等待結束後計價系統自動轉換到正常計價程序。

    (5)按鍵服務程序。按鍵服務採取查詢模式，設置在主程序中。當無按鍵按下時，單片機循環運行主程序;按鍵被按下，則轉向運行相應子程序，並進行其他操作處理。

    3系統仿真與功能實現

    3.1仿真軟體Proteus簡介

    Proteus仿真軟體是英國Labcenter Electronics公司設計開發的EDA工具，它不但擁有其它工具軟體的仿真功能，而且可仿真微處理器和相關外圍設備。Proteus軟體功能強大：擁有Proteus電子設計工具，就等同搭建了一個電子設計和分析平臺。利用功能強大的Proteus仿真軟體，我們可以實現對電路的仿真，以確定方案是否可行，並且可使設計過程流暢。

    3.2電路功能仿真

    首先通過Proteus平臺搭建電路，然後在KEIL中編寫相應代碼，並將生成的HEX文件在Proteus平臺單片機模型中加載，便可看到仿真效果。
    (1)單價仿真情況。根據實際情況，白天和夜晚的起步營運價格是不一樣。對白天、夜晚分別進行仿真實驗，得仿真效果如圖3所示。

    圖3 單價仿真效果圖

    (a)白天單價(b)晚上單價
    在圖3中，圖(a)為白天時間段，顯示白天的起步價為6元;圖(b)為夜晚時間段，顯示夜晚的起步價為7元。

    (2)其它相關重要參數仿真。另外，對計價系統其他主要方面也進行了仿真研究(為討論問題簡便，忽略了圖3所示電路部分，只顯示數據部分)，仿真效果如圖4所示。具體介紹如下：

    顯示3公裡內和3公裡外的單價、裡程和金額：圖4(a)顯示路程為2公裡(3公裡內，起步價內)，金額為6元;圖4(b)為顯示裡程為22公裡(3公裡外)，顯示單價為2元，金額為44元。

    圖4 其它相關重要參數仿真

    顯示標準時間及裡程用時：圖4(c)為當前標準顯示時間08：20：28;圖4(d)為乘車過程用時20分28秒。

    有無等待仿真對比效果：圖4(e)為路上沒有等待時間的價格;圖4(f)為路上有等待時間的價格。根據程序設置的每5分鐘加1元，可以看出圖4(f)中路上有等待時問，且等待時間為5分鐘。

    (a)三公裡內(b)三公裡外
    (c)標準時間(d)裡程用時
    (e)無等待時間(f)有等待時間
    通過觀察上述仿真效果，可分析得知：能在數碼管上顯示運行單價、乘車裡程、行車用時及總費用等相關信息，因此本系統設計達到了預期目標和要求。

    4系統實驗及結果分析

    按原理圖進行焊接，確保接線無誤後。對實物進行調試與實驗，最終實驗結果如圖5所示。

    圖5 功能驗證試驗

    由圖5實驗結果可知：
    (1)圖5(a)為顯示單價。按下鍵1，進入載客狀態，便會顯示單價。
    (2)圖5(b)為顯示單價、裡程和金額。此外當掉電時，數據被會送入存儲單元，重新上電後能顯示掉電前的相關數據，從而較好地實現掉電存儲保護功能。
    (3)圖5(c)為顯示標準時間。按下鍵2便能查看標準時間。
    (4)圖5(d)為行車用時。按下鍵3便能實時查看行車用時。
    實驗結果表明，利用AT89C51主控，霍爾傳感器進行採集，AT24C02進行掉電存儲保護，配以程序，就能較好地實現計程車智能計價功能。

    5結論

    文中設計的計程車智能計價系統能夠實時存儲相關數據，並通過8位LED數碼管分屏顯示存儲數據，實現基本的計價功能。本系統對乘車中可能出現的情況考慮較全面，能根據白天、夜晚、中途等待等不同情況來調節單價，從而達到計程車智能計價的目的。當然，要達到大規模的實際應用要求，還需不斷改進和完善系統綜合性能指標，以達到實際應用要求。

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