出租车计价器设计

本设计是以单片机AT89S51为核心,霍尔传感器A44E和LED数码管为外设的出租车计价器的系统设计,该系统满足集计程、计费等主要功能为一体的出租车计价器的实用要求。其里程计算是将A44E霍尔传感器安装在车轮上并将检测到的信号传输给单片机,通过测量转速来计算汽车的行驶路程。设计中充分考虑了出租车行驶过程中的各种情况,利用按键设计来切换计费模式。给出了硬件电路图及主程序流程图,阐述了软硬件设计过程中关键技术的处理。

出租车计价器设计The Design of Mileage Fare Meter in Taxi

本设计是以单片机AT89S51为核心,霍尔传感器A44E和LED数码管为外设的出租车计价器的系统设计,该系统满足集计程、计费等主要功能为一体的出租车计价器的实用要求。其里程计算是将A44E霍尔传感器安装在车轮上并将检测到的信号传输给单片机,通过测量转速来计算汽车的行驶路程。设计中充分考虑了出租车行驶过程中的各种情况,利用按键设计来切换计费模式。给出了硬件电路图及主程序流程图,阐述了软硬件设计过程中关键技术的处理。

摘要

随着电子技术的发展,出租车计价器技术也在不断进步和提高,国内出 租车计价器已经经历了四个阶段的发展,从传统的全部由机械元器件 组成的机械式,到半电子式即用电子线路代替部分机械元器件的出租 车计价器,再从集成电路式到目前的单片机系统设计的出租车计价器。 本设计是以单片机AT89S51为核心，以74LS04芯片、霍尔传感器 A44E和LED数码管为外设的出租车计价器的微机系统设计，该系统 满足集计程、计费等主要功能为一体的出租车计价器的实用要求。其 里程计算是将A44E霍尔传感器安装在车轮上并将检测到的信号传输 给单片机，通过测量转速来计算汽车的行驶路程。设计中充分考虑了 出租车行驶过程中的各种情况，利用按键设计来切换计费模式。给出 了硬件电路图及主程序流程图,阐述了软硬件设计过程中关键技术的 处理。 关键词：计价器；单片机 ；霍尔传感器 ；

本设计是以单片机AT89S51为核心,霍尔传感器A44E和LED数码管为外设的出租车计价器的系统设计,该系统满足集计程、计费等主要功能为一体的出租车计价器的实用要求。其里程计算是将A44E霍尔传感器安装在车轮上并将检测到的信号传输给单片机,通过测量转速来计算汽车的行驶路程。设计中充分考虑了出租车行驶过程中的各种情况,利用按键设计来切换计费模式。给出了硬件电路图及主程序流程图,阐述了软硬件设计过程中关键技术的处理。

ABSTRACT

ABSTRACT Along with the electronic technology development, mileage fare meter technology is also progressing and the enhancement, the domestic rental car mileage fare meter has already experienced four stage development, from the tradition completely the mechanical type which is composed by the mechanical primary device, namely replaces the part mechanical primary device to half electronic formula with the electronic circuit the rental car mileage fare meter, again from integrated circuit type to present monolithic integrated circuit system design rental car mileage fare meter. This design is take monolithic integrated circuit AT89S51 as a core, take 74LS04, A44E, LED numerical code tube and so on the chips as the peripheral rental car mileage fare meter microcomputer system design, this system satisfies the collection idea regulation, the cost, and so on many kinds of measurement function is a body rental car mileage fare meter practical request. Its mileage calculation is sensor installs A44E the Hall on the wheel and, will examine the signal and give the monolithic integrated circuit, will calculate the automobile based on the wheel trundle number of times the travel distance. In the design had considered fully in rental car travel process each kind of situation, cuts the cost pattern using the keyboard design to solve. Has given the hardware circuit diagram and the master routine flow chart, elaborated in the software and hardware design process key technologies processing. Keywords: Mileage fare meter ;MCU;Hall sensor;

本设计是以单片机AT89S51为核心,霍尔传感器A44E和LED数码管为外设的出租车计价器的系统设计,该系统满足集计程、计费等主要功能为一体的出租车计价器的实用要求。其里程计算是将A44E霍尔传感器安装在车轮上并将检测到的信号传输给单片机,通过测量转速来计算汽车的行驶路程。设计中充分考虑了出租车行驶过程中的各种情况,利用按键设计来切换计费模式。给出了硬件电路图及主程序流程图,阐述了软硬件设计过程中关键技术的处理。

前言 随着我国经济的迅速发展，人民生活水平的显著提高，城市交通的日趋完善， 出租车计价器的应用也越来越广泛。虽然私家车的拥有量在大幅度地提高， 但是出租车在我国的交通运输中还是承担着重要的

角色，出租车计价器是出 租车上必不可少的重要仪器，它是负责出租车营运收费的专用智能化仪表。 用户不仅要求计价器性能稳定、计价准确而且对它的要求也越来越高。单一 功能的计价器已经不能满足人们的需要，因此，多功能计价器也就应运而生， 比如语音功能，查询功能，甚至好多城市交通IC卡也能在出租车上使用，这 就大大方便了人们的出行。 随着生活水平的提高，人们已不再满足于衣食住的享受，出行的舒适已受 到越来越多人的关注。于是，出租车行业以低价高质的服务给人们带来了出 行的享受。但是总存在着买卖纠纷困扰着行业的发展。而在出租车行业中解 决这一矛盾的最好方法就是改良计价器。用更加精良的计价器来为乘客提供 更加方便快捷的服务。凡坐过出租车的人都知道，只要汽车一开动，开始时 随着行驶里程的增加，就会看到汽车前面的计价器里程数字显示不变，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 出租车到达某地需要在那里等候时，

本设计是以单片机AT89S51为核心,霍尔传感器A44E和LED数码管为外设的出租车计价器的系统设计,该系统满足集计程、计费等主要功能为一体的出租车计价器的实用要求。其里程计算是将A44E霍尔传感器安装在车轮上并将检测到的信号传输给单片机,通过测量转速来计算汽车的行驶路程。设计中充分考虑了出租车行驶过程中的各种情况,利用按键设计来切换计费模式。给出了硬件电路图及主程序流程图,阐述了软硬件设计过程中关键技术的处理。

司机只要按一下“暂停”键，每等候一定时间，计费显示就增加一个 该收的等候费用。汽车继续行驶时，停止计算等候费，继续增加里程 计费。到达目的地，便可按显示的数字收费。 我国在70年代开始出现出租车，但那时的计费系统大都是国外进口， 不但不准确，价格还十分昂贵。随着改革开放日益深入，出租车行业 的发展势头已十分突出，国内各机械厂家纷纷推出国产计价器。出租 车计价器的功能从刚开始的只显示路程(需要司机自己定价，计算后 四舍五入),到能够自主计费，以及现在的能够打发票和语音提示、 按时间自主变动单价等功能。随着城市旅游业的发展，出租车行业已 成为城市的窗口，象征着一个城市的文明程度。 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，但随着城市建设日益加快， 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，所以未来汽车计价器的市场还是十分有潜力的。

本设计是以单片机AT89S51为核心,霍尔传感器A44E和LED数码管为外设的出租车计价器的系统设计,该系统满足集计程、计费等主要功能为一体的出租车计价器的实用要求。其里程计算是将A44E霍尔传感器安装在车轮上并将检测到的信号传输给单片机,通过测量转速来计算汽车的行驶路程。设计中充分考虑了出租车行驶过程中的各种情况,利用按键设计来切换计费模式。给出了硬件电路图及主程序流程图,阐述了软硬件设计过程中关键技术的处理。

国内出租车计价器已经经历了四个阶段的发展,从传统的全部由机械元器件组 成的机械式,到半电子式即用电子线路代替部分机械元器件的出租车计价器, 再从集成电路式到目前的单片机系统设计的出租车计价器。 早期的机械式计价器按车所跑的里程数来换算车费。但是机械齿轮体积较大， 计算不是很准确，而且容易磨损。后来采用模拟电路和数字电路设计的计价 器，其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。 本次设计采用AT89S51单片机作为主控芯片，以74LS04芯片、霍尔传感器 A44E和LED数码管为外设，满足计程、计时、计费等多种计量功能。由霍尔 传感器A44E检测车轮滚动产生脉冲信号，将信号传送给单片机来进行里程测 量。并且利用软件编程可设计出不同的计费模式，不同的情况采取不同的收 费方式，使司机在工作中能够应付各种突发状况，设计理念更加人性化，符 合当今社会的需要。其各种功能由按键控制，操作简单，且计价器造价低廉， 安装方便。

本设计是以单片机AT89S51为核心,霍尔传感器A44E和LED数码管为外设的出租车计价器的系统设计,该系统满足集计程、计费等主要功能为一体的出租车计价器的实用要求。其里程计算是将A44E霍尔传感器安装在车轮上并将检测到的信号传输给单片机,通过测量转速来计算汽车的行驶路程。设计中充分考虑了出租车行驶过程中的各种情况,利用按键设计来切换计费模式。给出了硬件电路图及主程序流程图,阐述了软硬件设计过程中关键技术的处理。

1. 系统总体方案选定

1.1 出租车计价器系统构成及工作原理 出租车计价器根据乘客乘坐汽车行驶距离和等候时间的多 少进行计价,并在行程中同步显示车费值。从起步价开始, 当汽车程行驶未满(比如3)公里时,均按起步价计算。过 (比如3)公里后,实现每1公里单价收费,中间遇暂停时, 计程数不再增加,开始计时收费,测距收费和测时收费的和 便构成了一位乘客的车费。完整的出租车计价器还应包括 存储、查看、统计、语音播报、打印票据等功能项目。 该计价器设计采用单片机控制。主要是利用单片机丰富的 I/O端口以及其控制的灵活性，实现基本的里程计价功能 和价格调整。其原理框图如图1所示。

本设计是以单片机AT89S51为核心,霍尔传感器A44E和LED数码管为外设的出租车计价器的系统设计,该系统满足集计程、计费等主要功能为一体的出租车计价器的实用要求。其里程计算是将A44E霍尔传感器安装在车轮上并将检测到的信号传输给单片机,通过测量转速来计算汽车的行驶路程。设计中充分考虑了出租车行驶过程中的各种情况,利用按键设计来切换计费模式。给出了硬件电路图及主程序流程图,阐述了软硬件设计过程中关键技术的处理。

本设计是以单片机AT89S51为核心,霍尔传感器A44E和LED数码管为外设的出租车计价器的系统设计,该系统满足集计程、计费等主要功能为一体的出租车计价器的实用要求。其里程计算是将A44E霍尔传感器安装在车轮上并将检测到的信号传输给单片机,通过测量转速来计算汽车的行驶路程。设计中充分考虑了出租车行驶过程中的各种情况,利用按键设计来切换计费模式。给出了硬件电路图及主程序流程图,阐述了软硬件设计过程中关键技术的处理。

1.2 计价器各组成部分的功能 本次设计的计价器由里程检测单元、键盘控制、单片机核心部分、 LED显示部分组成。 1.2.1 里程检测单元 里程检测是通过安装在车轮上的霍尔传感器A44E与磁片配合，产生 高低电平变化，将检测到的信号送入单片机，经处理计算,送给显示 单元。 1.2.2 键盘控制及LED显示部分 按键控制采用一般的独立式按键，完成键盘输入功能。主要由四个按 键组成：开始计费键(白天键，晚上键),复位(清零)键、计时键 (模拟暂时停车信号)。还有对应的四个指示灯。当按键按下时有相 应的指示灯会点亮，这些都是用软件实现的。 显示部分采用六位LED数码管，其中计程屏前三位LED一开始显示单 价，然后显示该乘客应所付的总金额，后三位同步显示公里数。

本设计是以单片机AT89S51为核心,霍尔传感器A44E和LED数码管为外设的出租车计价器的系统设计,该系统满足集计程、计费等主要功能为一体的出租车计价器的实用要求。其里程计算是将A44E霍尔传感器安装在车轮上并将检测到的信号传输给单片机,通过测量转速来计算汽车的行驶路程。设计中充分考虑了出租车行驶过程中的各种情况,利用按键设计来切换计费模式。给出了硬件电路图及主程序流程图,阐述了软硬件设计过程中关键技术的处理。

1.2.3 单片机部分 单片机以其强大的功能，低廉的价格，简单的操作渗透到 我们生活的方方面面，几乎很难找到哪个领域没有单片机 的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算 机

的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和 数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安 全保障系统，录相机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以 及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不 用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了，特 别是中小型电子产品的制作，它的作用更是显得尤为重要。 本设计也是采用单片机作为其核心部件。

本设计是以单片机AT89S51为核心,霍尔传感器A44E和LED数码管为外设的出租车计价器的系统设计,该系统满足集计程、计费等主要功能为一体的出租车计价器的实用要求。其里程计算是将A44E霍尔传感器安装在车轮上并将检测到的信号传输给单片机,通过测量转速来计算汽车的行驶路程。设计中充分考虑了出租车行驶过程中的各种情况,利用按键设计来切换计费模式。给出了硬件电路图及主程序流程图,阐述了软硬件设计过程中关键技术的处理。

2. 系统硬件设计

2.1 里程检测单元电路设计 在出租车计价器中，我们需要通过里程来计算价 格。价格的计算部分可通过软件的方法实现，问 题主要就是如何准确检测到出租车所走的里程， 检测到里程最直接的方法是检测车轮的转速。检 测车轮转速的方法也是有很多种的，比如光电方 法、编码盘检测等，考虑到出租车上的实际应用 条件和我们实验室的条件，本次设计我选择用霍 尔传感器做检测，因为它具有价格便宜，不受环 境限制，测量精确，无机械损耗等优点。我所用 的是霍尔A44E。它在车轮上按如下图2安装：

本设计是以单片机AT89S51为核心,霍尔传感器A44E和LED数码管为外设的出租车计价器的系统设计,该系统满足集计程、计费等主要功能为一体的出租车计价器的实用要求。其里程计算是将A44E霍尔传感器安装在车轮上并将检测到的信号传输给单片机,通过测量转速来计算汽车的行驶路程。设计中充分考虑了出租车行驶过程中的各种情况,利用按键设计来切换计费模式。给出了硬件电路图及主程序流程图,阐述了软硬件设计过程中关键技术的处理。

本设计是以单片机AT89S51为核心,霍尔传感器A44E和LED数码管为外设的出租车计价器的系统设计,该系统满足集计程、计费等主要功能为一体的出租车计价器的实用要求。其里程计算是将A44E霍尔传感器安装在车轮上并将检测到的信号传输给单片机,通过测量转速来计算汽车的行驶路程。设计中充分考虑了出租车行驶过程中的各种情况,利用按键设计来切换计费模式。给出了硬件电路图及主程序流程图,阐述了软硬件设计过程中关键技术的处理。

霍尔元件是本设计中转速测量的重要元件， 所以有必要对它进行更深层次的了解。 A44E属于开关型的霍尔器件，其工作电压 范围比较宽(4.5~18V),其输出的信号 符合TTL电平标准，可以直接接到单片机的 I/O端口上，所以使用起来很方便。下面图 3是集成开关型霍尔传感器原理图：

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本设计是以单片机AT89S51为核心,霍尔传感器A44E和LED数码管为外设的出租车计价器的系统设计,该系统满足集计程、计费等主要功能为一体的出租车计价器的实用要求。其里程计算是将A44E霍尔传感器安装在车轮上并将检测到的信号传输给单片机,通过测量转速来计算汽车的行驶路程。设计中充分考虑了出租车行驶过程中的各种情况,利用按键设计来切换计费模式。给出了硬件电路图及主程序流程图,阐述了软硬件设计过程中关键技术的处理。

A44E集成霍尔开关由稳压器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五个基本部分组成。在输 入端输入电压V CC,经稳压器稳压后加在霍尔电势发生器的两端， 根据霍尔效应原理，当霍尔片处在磁场中时，在垂直于磁场的方向通 以电流，则与这二者相垂直的方向上将会产生霍尔电势差H V输出， 该H V信号经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， 通常称这种状态为“开”。当施加的磁场达到“释放点”时，触发器 输出低电压，三极管截止，使OC门输出高电压，这种状态为“关”。 这样两次电压变换，使霍尔开关完成了一次开关动作。 出租车中需要一个能准确获得车轮转速即路程计量信号的装置，以得 到标准的脉冲信号送入单片机T1即P3.5引脚，由单片机完成计数及 车费的换算及显示。我们在汽车联轴器按圆周间隔嵌入磁钢，用霍尔 传感器集成芯片A44E检测并输出脉冲。霍尔传感器集成芯片A44E有 信号转换、电压放大、整形输出等功能。为增加其抗干扰，再通过光 偶

送入P3.5引脚，原理图如图4所示。

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本设计是以单片机AT89S51为核心,霍尔传感器A44E和LED数码管为外设的出租车计价器的系统设计,该系统满足集计程、计费等主要功能为一体的出租车计价器的实用要求。其里程计算是将A44E霍尔传感器安装在车轮上并将检测到的信号传输给单片机,通过测量转速来计算汽车的行驶路程。设计中充分考虑了出租车行驶过程中的各种情况,利用按键设计来切换计费模式。给出了硬件电路图及主程序流程图,阐述了软硬件设计过程中关键技术的处理。

霍尔元件一开始3和2脚之间是高电平，经 过74LS04之后变为低电平，于是光耦就导 通了，光耦中的三极管就导通了，因此在 P3.5口我们检测到的是低电平。当车轮上 的小磁钢经过霍尔元件时，它的3和2脚之 间的电平变成低电平，于是光耦就截止了， 因此我们在P3.5口检测到的是高电平。上 图中的接单片机的电阻是上拉电阻，起的 作用就是保证光耦没有导通的时候单片机 接收到的始终是高电平。

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2.2 按键控制及LED显示电路设计

2.2.1按键控制部分 按键控制采用一般的独立式按钮开关，平时按键 的两个触点处于断开状态，按键按下时，两个触 点闭合，即完成按键输入功能。 本设计中主要有四个按键：白天键，晚上键，清 零键，计时键(模拟暂时停车)等。电路如下图5 所示，图5中接单片机的电阻是上拉电阻，所起作 用就是保证按键没有按下时单片机接收到的始终 是高电平。

本设计是以单片机AT89S51为核心,霍尔传感器A44E和LED数码管为外设的出租车计价器的系统设计,该系统满足集计程、计费等主要功能为一体的出租车计价器的实用要求。其里程计算是将A44E霍尔传感器安装在车轮上并将检测到的信号传输给单片机,通过测量转速来计算汽车的行驶路程。设计中充分考虑了出租车行驶过程中的各种情况,利用按键设计来切换计费模式。给出了硬件电路图及主程序流程图,阐述了软硬件设计过程中关键技术的处理。

本设计是以单片机AT89S51为核心,霍尔传感器A44E和LED数码管为外设的出租车计价器的系统设计,该系统满足集计程、计费等主要功能为一体的出租车计价器的实用要求。其里程计算是将A44E霍尔传感器安装在车轮上并将检测到的信号传输给单片机,通过测量转速来计算汽车的行驶路程。设计中充分考虑了出租车行驶过程中的各种情况,利用按键设计来切换计费模式。给出了硬件电路图及主程序流程图,阐述了软硬件设计过程中关键技术的处理。

2.2.2六位LED动态显示电路 LED显示是本设计的重要单元，因为单价和里程都要在上 面显示出来，下面重点介绍一下LED数码管。 数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个 段码，从而显示出我们要的数字。根据数码管驱动方式的 不同，可以分为静态式和动态式两类。 ① 静态显示驱动：静态驱动也称直流驱动。静态驱动是 指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进 行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱 动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占 用I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要5×8= 40根I/O端口来驱动，实际应用时必须增加译码驱动器进 行驱动，增加了硬件电路的复杂性。

本设计是以单片机AT89S51为核心,霍尔传感器A44E和LED数码管为外设的出租车计价器的系统设计,该系统满足集计程、计费等主要功能为一体的出租车计价器的实用要求。其里程计算是将A44E霍尔传感器安装在车轮上并将检测到的信号传输给单片机,通过测量转速来计算汽车的行驶路程。设计中充分考虑了出租车行驶过程中的各种情况,利用按键设计来切换计费模式。给出了硬件电路图及主程序流程图,阐述了软硬件设计过程中关键技术的处理。

② 动态显示驱动：数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的 一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划 "a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极 COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片 机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个 数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制， 所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字 形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的 COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流 显示过程中，每位数码管的点亮时间为1~2ms,由于人的视觉暂留 现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮， 但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一

组稳定的显示数据，不 会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的 I/O端口，而且功耗更低。