基于单片机的出租车拼车计价器设计毕业设计(编辑修改稿)

基于单片机的出租车拼车计价器设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

够及时更新乘客行驶的里程数，乘车费用， 时间等信息。 车外 LED显示器 能够显示行驶路向，拼车状态（拼车人数是否已满）。 语音播放器则能播报一些人性化的内容，放松乘客的心态。 当乘客到站下车后，系统能通过票据打印器打印出乘车信息。 本科毕业设计（论文） 3 第二章 系统总设计方案 本系统以 AT89S52单片机为控制核心，以电源转换模块，输入模块，距离测量模块，车内液晶显示模块（采用 12864 液晶），车外 LED 模块，语音播报模块，票据打印模块为主要的模块单元。 系统框图如图 21所示。 图 21 系统框图 车载电瓶 12V 电压经过电源转换电路得到 5V 电压， 5V 电压供电给 MCU，以及各个模块。 当有第一位乘客 A乘车时，司机通过触摸屏输入该乘客的目的地，然后通过车外 LED 显示器显示出来。 同时通过键盘按下按键 start1，当车开动后，通过测距传感器传送的路程进行计费，同时把路程距离和费用实时在 12864 液晶屏上进行显示。 在行车过程中，语音模块播送相关信息。 乘客 A到站下车后，司机按下按键 stop1,则停止对乘客 A 的信息记录，然后通过票据打印机打印出相关的费用票据，司机再次按下按键 clear1，则会清空乘客 A 的乘车记录。 如果途中有乘客协商拼车，司机按下按键 start2则对第二名乘客 B进行乘车记录，乘客 B下车时只需按下 stop2,清空记录只需按下按键 clear2，操作及功能与乘客 A相同。 本系统最多允许本科毕业设计（论文） 4 3人拼车，第三人拼车时操作规程与乘客 A， B类似。 以上即为系统的设计方案。 本系统计费方式根据行车阶段划分车费。 具体计费方案举例来说明：甲从 A地上车，行驶了 a段路程，此时乙拼车，在甲行驶的 a段路程中单独乘车费用为 x, 然后甲乙两人又共同行驶了 b 段路程，此时甲下车，在共同行驶的 b 段路程中乘车费用为 y,则两人平摊费用 y,即平均每人花费 y/2,那么甲在此次乘车过程中总共花费x+ y/2。 当三人拼车时，道理亦然。 在这个方法中，我们根据三个人的下车顺序对车程进行了划分，然后将每一阶段的花费均摊到此阶段车上的人身上，每个人需要支付所有摊到的价钱。 当然本次设计在充分考虑到公平公正的同时，也给与了乘客一些优惠政策：当某乘客行车达一定里程数时，可以减少拼车费用，而且行驶的里程数与费用成正相关，即路程走的越多优惠额度越大，但最终的优惠额度会有一个上限值。 本科毕业设计（论文） 5 第三章 系统硬件设计 系统的硬件部分主要包括：电源转换 电路，单片机最小系统，掉电保护电路，路程测量模块，输入模块，车内液晶显示模块，车顶 LED显示模块，语音模块，票据打印模块。 电源转换电路是将车载电瓶 12V 电压转化为 5V 电压，给单片机和其他额定电压在 5V左右的模块供电。 出租车会有电压 12V的电瓶，选用 78L05稳压芯片，此芯片可以将 12V 电压转换为 5V 电压，输入端和输出端都需要设计滤波电容，其中C1 和 C2 这两个电解电容主要起滤波作用 [2]，提高电压稳定性，尽量缓解电压纹波的影响，而 C3和 C4两个普通电容则是抑制电路的自激振荡。 C14 . 7 u fV i n1GND3+ 5 V2U1 7 8 L 0 5C24 . 7 u fC30 . 1 u fC40 . 3 3 u f1 2 V 5 V 图 31 电源转换电路 电解电容容值大小的选择与负载大小有关，当负载较大时，应选择容值较大的电解电容。 本次设计中，负载包括单片机，液晶显示模块， LED模块，语音模块等，如果负载过大，可选用容值更大的电解电容。 当电流过大时， 78L05 稳压芯片可能发热较严重，因此在芯片外围可以安装散热装置，延长芯片的使用时间，同时也是提高系统的稳定性。 单片机最小系统 单片机最小系统应包括 AT89S52单片机 [3]， 5V电源电路，晶振电路，复位电路这几部分。 其中 AT89S52单片机起核心控制作用，复位电路就好像电脑重启部分，当单片机因为程序运行出现跑飞的情况时，按下复位键便可以使单片机重新启动运本科毕业设计（论文） 6 行。 晶振电路提供单片机运行的时钟频率，频率越高单片机运行速度越快，因此晶振电路起的作用非常重要。 如下便是单片机最小系统的电路原图 1MX T A LR1C13 0 p f3 0 p fC A PV C C1 0 u fC21 0 0R21 0 kR3R S TS W P BP 0 .3 / A D 336P 0 .4 / A D 435P 0 .5 / A D 533P 0 .6 / A D 632P 0 .7 / A D 731P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 / A 1 023P 2 .3 / A 1 124P 2 .4 / A 1 225P 2 .5 / A 1 326P 2 .6 / A 1 427P 2 .7 / A 1 528P 3 .4 / T 014P 3 .5 / T 115P 3 .2 / I N T 012P 3 .6 / W R16P 3 .0 / R X D10P 3 .7 / R D17P 3 .3 / I N T 113P 3 .1 / T X D11P 1 .7 / S C K8P 1 .5 / M O S I6P 1 .45P 1 .34P 1 .23P 1 .6 / M S O7P 1 .0 / T 21P 1 .1 / T 2 E X2X T A L 119X T A L 218R S T9P S E N29A L E / P R O G30EA31P 0 .0 / A D 039P 0 .1 / A D 138P 0 .2 / A D 237A T 8 9 S 5 2U1 图 32 单片机最小系统 掉电保护电路 掉电保护电路是当电源断开或者外围电路的电压下降到限定值时，完成数据保护。 本系统采用的是一种专门检测电源变化的芯片 TL7705，当 TL7705通过所连电路检测到外围电压 (这里指 5V 输入电压 )下降至某个值时，一般电压降至 以下时，就会向 AT89S52单 片机发出中断请求 [4]。 CPU立即进入掉电工作模式，通过软件部分的掉电保护程序对重要的数据，比如乘客乘车记录等信息进行保护。 下图为掉电保护电路的原理图。 本科毕业设计（论文） 7 I N T 012I N T 113V C C0G N D20R S T9A T 8 9 S 5 2U1( S I M P L E )V C CC10 . 1 u fC20 . 1 u fC30 . 1 u fD1D I O D ED2D I O D ER15k5VP1R21kR E S 1VDD8R E S I N2S E N S E7R E T1R E S E T5GND4R E S E T6CT3U3L T 7 7 0 5 图 33 掉电保护电路 TL7705的工作特性 TL77O5 是电源监视用的集成电路，其内部基准电压发生器具有较高的温度稳定性，从 1管脚可以输出稳定。 为吸收电源的纹波及脉冲干扰，通常在 1管脚接上。 被要求监视的电压接至芯片的 SENSE引脚，当电源电压小于基准电压时， RESET引脚输出高电平。 当电源电压高于基准电压时，RESET关断。 掉电保护电路工作原理 P1作为备用电池使用，当系统掉电时， P1可与 D1， R2 作为备用电路。 当系统工作在正常状态时，即外围电源电压正常输入时，二极管 D1 不会导通， VCC 直接给单片供电，并且可以给备用电池充电。 当然 备用电池电量有限，因此出于减小能量损耗考虑，备用电池只给单片供电，保护数据。 当外围电源掉电后，单片的供电由备用电池负责，而外围电路部分的供电则由电源电容来完成，不过供应电量的时间比较短暂。 路程测量模块 本系统在路段测量模块中使用 A44E霍尔传感器作为路程测量芯片 [5]。 A44E有本科毕业设计（论文） 8 三个管脚， 1 管脚接 VCC， 2 管脚接 GND， 3 管脚作为输出信号端。 当管脚都连接好后，此时的霍尔片处在磁场中时，霍尔传感器的输出端输出低电平。 当车轮转动一圈时小磁铁就能提供一个磁场，则霍尔传感器输出一次低电平即完成一次数据采集。 车轮每转一圈，霍尔开关就检测并输出信号，引起 AT89S52单片机的中断，对脉冲计数，通过累加的脉冲数就可以计算出行驶的路程。 A44E霍尔传感器的电路原理图如下： 112233CJA 4 4 EV C CP 3 . 3 图 34 A44E电路接线图 A44E的工作特性 A44E芯片属于开关型的霍尔器件，其工作电压范围为 ~18V区间段，电压范围比较宽。 而且 A44E 芯片输出的信号符合 TTL 电平标准，因此可以直接接到AT89S52单片机的 I/O 上，并且最高检测频率高达 1MHZ,所以这个特性完全可以满足出租车行驶速度的检测。 霍尔传感器 A44E 在测速系统中的主要功能是进行车轮转速采集。 车轮每转一周 ,磁铁就会经过 A44E 一次。 A44E 的第 3 脚就输出一个脉冲信号作为单片机 AT89S52 的外中断信号 ,从 口输入，从而进行中断程序的处理。 当然，由于 A44E良好的性能，即便是出于恶 劣的环境条件下， A44E依然可以稳定的运行，具有良好的抗干扰性能。 输入模块 输入模块 主要由独立键盘 组成， 当第一个乘客上车后 ， 汽车开动时， 司机需要按下按键 start1,开始对第一个乘客的记录。 当车停下来时，司机按下 stop1,则暂停对第一位乘客的计费， 待第一位乘客下车后， 先将其乘车费用结算清楚，然后 司机可以按下按键 clear1，那么系统就会 清除 第一位乘客的乘车记录。 第二位，第三位乘客的拼车也同样操作。 键盘一般可以分为线性键盘和矩阵键盘。 线性键盘是指一个按键对应一个 IO本科毕业设计（论文） 9 口，这种键盘的排布方式占用大量 的 IO 口，浪费单片机资源。 而矩阵键盘则相对节约 IO 口资源，比如 a*b的矩阵键盘，只需要 a+b个 IO 口。 但这种传统的矩阵键盘也存在几点不足之处，最主要的在于传统矩阵键盘是采用定期扫描方式来确定是否有按键被按下，因此编写程序时，扫描按键的周期时间不能太长，否则会导致结果不准确。 鉴于这种情况，本系统可采用外部中断方式来确定按键是否被按下。 由于本系统使用模块较多， IO 口使用较为密集，因此独立键盘这部分借助 IO口的扩展来进行设计。 对于 IO 口扩展设计，本系统采用了 74HC164移位寄存器。 74HC164移位寄存器 74HC164是一款串行输入，并行输出的移位寄存器。 其引脚包括两个数据输入端 Dsa,Dsb,并行输出端 Q0~Q7，以及时钟脉冲 CP， VCC,GND,清零引脚 CR。 接入电路使用时，数据输入端 Dsa,Dsb 中的任何一个不能悬空，即使不用的输入端也可接入高电平。 当然， Dsa,Dsb可以连在一起同时接入一个 IO 口。 对于一般系统的使用而言，只需接上 VCC,GND,CP，数据输入端，输出端便可正常使用。 外部中断扩展设计 由于 AT89S52 只有两个外部中断 INT0， INT1，因此还需要进行外部中断扩展的设计 [6]。 具体电路图如下所示： P 0. 3/ A D 336P 0. 4/ A D 435P 0. 5/ A D 533P 0. 6/ A D 632P 0. 7/ A D 731P 2. 0/ A 821P 2. 1/ A 922P 2. 2/ A 1023P 2. 3/ A 1124P 2. 4/ A 1225P 2. 5/ A 1326P 2. 6/ A 1427P 2. 7/ A 1528P 3. 4/ T 014P 3. 5/ T 115P 3. 2/ I N T 012P 3. 6/ W R16P 3. 0/ R X D10P 3. 7/ R D17P 3. 3/ I N T 113P 3. 1/ T X D11P 1. 7/ S C K8P 1. 5/ M O S I6P 1. 45P 1. 34P 1. 23P 1. 6/ M S O7P 1. 0/ T 21P 1. 1/ T 2E X2X T A L 119X T A L 218R S T9P S E N29A L E / P R O G30EA31P 0. 0/ A D 039P 0. 1/ A D 138P 0. 2/ A D 237A T 89S 52U11外部设备 I R 0+ 5v1外部设备 I R 11外部设备 I R 2OC 门OC 门OC 门 图 35 外部中断扩展 本科毕业设计（论文） 10 输入模块的电路原理图 本系统的输入模块主要是单片机 [7]， 74HC164， 独立键盘之间的连接，设计中每个乘客都有一组按键，分别包括 start1,stop1,clear1,即每个乘客对应 3 个按键，因此 3 个乘客便有 9 个按键。 车顶 LED 屏需要显示拼车的状态 [8]（满载还是空载），本系统同样采用外部中断查询键盘的方式来进行 LED的显示。 具体的电路原理图如下所示： Q00Q11Q22Q33Q55Q66Q77Q44CPAB7 4 H C 1 6 4 L E F TQ08Q19Q2AQ3BQ5DQ6EQ7FQ4CCPAB7 4 H C 1 6 4 R I G H T0123456789AP 1 .2P 1 .3外部中断 图 36 输入模块原理图 显示模块 显示模块包括车内液晶显示，车外 LED[9]屏显示。 其中车内液晶选用的 12864液晶。 液晶主要用来显示乘客的信息，包括时间，行驶的里程数，车费等状况。 车外 LED 显示屏则用来显示 拼车的状态（满载或是空载）。 12864液晶显示 12864液晶是 128*64的点阵。 在字符显示方面， 12864液晶可显示 4行 8列总共 32个 16*16点阵的汉字，如果全部用来显示 ASCII码字符则可以显示 64个。 使用 12864 时应该注意以下几点：如果显示一个中文字符时，应 该先设定显示地址，再写入中文字符编码；当字符编码有 2 个字节时，应该先写入高位字节，再写入低位字节。 本系统 12864的具体电路原理图如下： 本科毕业设计（论文） 11 VSS1V03。