2022年出租车计价器课程研究设计.docx
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1、河南理工高校单片机应用与仿真训练设计报告出租车计价器姓 名:学 号:电气工程与自动化学院专业班级:电气 09指导老师: 所在学院:2021 年 5 月 10 日摘要本设计是以 AT89S52 单片机为核心,以 A44E 霍尔传感器为信号采集传感器,采纳 AT24C02 作为储备芯片,加上各种外围电路构成的出租车计价器;本设计采纳霍尔传感器对轮胎转数进行计数,并将采集到的脉冲信号传输给单片机,单片机通过内部定时器对肯定时间内的转动圈数进行一次统计,经运算实现对出租车速度、里程、应对金额等状态信息的测量;本设计采纳了寄存器芯片 AT24C02,实现系统对单价、里程、等待时间等信息的储备,采纳时钟芯
2、片DS1302 在正常及掉电的时候来显示时间和在系统需要时进行计时;本设计设置5 个按键为输入掌握方式,分别掌握查询、功能、单双成切换、暂停(结账)以及清零,输出显示采纳了两个4 段数码管实现对时间、金额、里程的显示,设置了四个 LED 灯,分别为空车指示灯、等待查询指示灯、单双程指示灯;关键词单片机霍尔传感器出 租 车 计 价 器时钟AbstractThis design use AT89S52 SCM as the core, with U18 Hall sensors for signal acquisition sensor, tire rotation to count, SCM c
3、alculation for a taxi speed, processing realizes such status information measurement mileage. This design used a register AT24C02 chip, and realize the system in unit price, mileage, waiting time information storage, the clock DS1302 chip in normal and power lost time to display the time and in the
4、system needs to be carried out when the timer. The design for the input control buttons to way, output shows two of the four periods of digital nixie tube, lamp, andwaiting for inquires empty car lamp, one-way lamps way.KeywordsAT89S52 SCMHall sensors TaximeterClock目录摘要 0目录 11 概述 21.1 设计目的、意义 21.2 A
5、T89S52单片机功能简介 2 2 系统总体方案设计 32.1 设计要求 32.1.1 基本要求 32.1.2 发挥部分 32.2 设计的主要功能 42.3 方案的选取 42.3.1 硬件设计方案 42.3.2 软件设计方案 5 3 硬件设计 53.1 AT89S52单片机及最小系统 53.1.1 AT89S52单片机 53.1.2 单片机最小系统 73.2 测距单元 73.3 按键单元 93.4 时钟单元 103.5 显示单元 103.6 储存单元 13 4 软件设计 144.1 系统主程序 144.2 数据处理子程序 144.3 等待时间计时子程序 154.4 键盘扫描子程序 16 5Pr
6、oteus软件仿真 166 课程设计体会 17参考文献 18附 1:源程序代码 19附 2:系统原理图 01 概述1.1 设计目的、意义随着经济的不断进展,人们的收入得到很大提高;人们便越来越追求生活的舒服与便利,而出行方式便是关心到人们生活质量的一个重要方面;在物价上涨的今日,相对于自己购买私家车,更多的人倾向于乘坐出租车出行;虽然现在有部分小城市尚未普及出租车,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进展;汽车计价器作为乘客与司机双方的交易准就, 它是出租车行业进展的重要标志,是出租车中最重要的工具;它关系着交易双方的利益;具有良好性能的计价器无论是对广大出租车司机伴侣仍
7、是乘客来说都是很必要的;因此,汽车计价器的争论也是特别有一个应用价值的;本次设计的目的在于现在各大中城市出租车行业都已普及自动计价器,所以计价器技术的进展已成定局;采纳模拟电路和数字电路设计的计价器整体电路的规模较大,用到的器件多,造成故障率高,难调试;而采纳单片机进行的设计,相对来说功能强大,是深化单片机应用的良好途径,用较少的硬件和适当的软件相互协作可以很简洁地实现设计要求,且敏捷性强,可以通过软件编程来完成更多的附加功能;1.2 AT89S52 单片机功能简介运算机系统已明显地朝巨型化、单片化、网络化三个方向进展;巨型化进展的目的在于不断提高运算机的运算速度和处理才能,以解决复杂系统运算
8、和 高速数据处理,比如系统仿真和模拟、实时运算和处理;单片化是把运算机系 统尽可能集成在一块半导体芯片上,其目的在于运算机微型化和提高系统的可 靠性,这种单片运算简称单片机;单片机的内部硬件结构和指令系统主要是针 对自动掌握应用而设计的 , 所以单片机又称微掌握器 MCU (Micro Controller Unit );用它可以很简洁地将运算机嵌入到各种仪器和现场掌握设备中,因此单片机又叫做嵌入式微掌握器( Embedded MCU);单片机自 20 世纪 70 岁月问世以来,以其鲜明的特点得到迅猛进展,已广泛应用于家用电器、智能玩具、智能仪器外表、工业掌握、航空航天等领域,经过30 多年的
9、进展,性能不断提高,品种不断丰富,已经形成自动掌握的一支中坚力气;据统计,我国的单片机年容量已达 13 亿片,且每年以大约 16的速度增长,但相对于国际市场我国的占有率仍不到 1;这说明单片机应用在我国有着宽阔的前景;对于从事自动掌握的技术人员来讲,把握单片机原理及其应用已经成为必不行少 的学习任务;单片机的应用特别广泛,在工业掌握领域、家电产品、智能化仪器外表、运算机外部设备,特殊是机电一体化产品中,都有重要的用途;其主要的用途可以分为以下方面;显示:通过单片机掌握发光二极管或是液晶,显示特定的图形和字符;机电掌握:用单片机掌握机电产品做定时或定向的动作;检测:通过单片机和传感器的联合使用,
10、用来检测产品或者工况的意外发生;通信:通过 RS-232 串行通信或者是 USB 通信,传输数据和信号;科学运算:用来实现简洁的算法;那么单片机是不是解决上述应用的唯独挑选呢?淡然不是!目前,在自动掌握中,一般有三种挑选,分别是嵌入式微机、DSP 和单片机;单片机最明显的优点是价格廉价,从几元人民币到几十元人民币;这是因为这类芯片的生产量很大,技术也很成熟;其次,单片机的体积也远小于其他两种方案;单片机本身一般用40 引脚封装,当然功能多一些的单片机也有引脚比较多的,如68 引脚,功能少的只有10 多个或 20 多个引脚,有的甚至只有 8 只引脚;当然,单片机无论在速度仍是容量方面都小于其他两
11、种方案,但是在实际工作中并不是任何需要运算机的场合都要求运算机有很高的性能;例如,掌握电冰箱的掌握器就不需要使用嵌入式系统,用一片 51 就可以轻松实现;所以应用的关键是看能否够用,是否有很好的性能价格比; 51 系列的单片机已经面世十多年,依旧没有被剔除,仍在不断进展中,这就说明是他有宽阔的应用前景;2 系统总体方案设计2.1 设计要求2.1.1 基本要求(1) )能显示里程,单位为公里,最终一位为小数位;(2) )能显示金额数,单位为元,最终一位为小数位;(3) )可设定单程价格和来回价格,单程价格为2元/公里,来回价格为 1.5元/公里;(4) )车速 5公里/ 小时的时间累积为总等待时
12、间,每 5分钟等待时间相当于里程数增加 1公里;(5) )起步公里数为 3公里,价格为 5元,如实际距离大于 3公里,按规章 3 运算价格;(6) )按暂停键,计价器可暂停计价,按查询键,可显示总等待时间;2.1.2 发挥部分(1) 增加了空车指示功能,当无客人时,按下功能切换按键,空车指示灯亮;(2) 增加实时时间显示,无论计价器工作或者空车,都能显示实时时间, 便于时间提示;(3) 增加信息储存功能;可以储存等待时间,里程和金额;2.2 设计的主要功能本设计所设计的出租车数字计价器的主要功能有:金额输出、路程输出、数据复位、计时计价、空车显示等;输出采纳 2个4位8段共阳数码管,车辆行走时
13、前4位显示路程,后 4位显示金额;车辆候车时,前 4位显示等待时间,后 4位显示等待金额;空车时显示实时时间;储存等待时间,里程和金额;2.3 方案的选取本设计是由软件设计和硬件设计两部分组成的;软件设计要进行程序的编写和软件仿真;硬件设计要设计电路、硬件仿真和制作电路板;2.3.1 硬件设计方案本系统的硬件设计主要包括单片机 AT89S52、数据显示部件、 U18霍尔传感器电路、里程运算及计价单元的设计;在硬件设计过程中,充分利用各部件的功能,实现多功能的出租车计价器设计;计价器的单片机系统框图如图 1所示;它由以下几个部件组成:霍尔传感器单元、 AT89C52单片机、金额显示、里程显示、电
14、源;利用单片机丰富的IO端口,及其掌握的敏捷性,实现基本的里程和价格的运算及显示功能;霍尔传感器数据显示按键单片机状态显示信息储备时钟显示图1 计价器系统框图2.3.2 软件设计方案本设计程序的实行 C语言进行编写,使用 Keil uVision4 编译和Proteus7.4a仿真软件进行仿真调试;其中的里程运算和费用运算方案如下;1、里程运算(1) 霍尔传感器对车轮进行信号检测,产生并输出脉冲信号到单片机;(2) 单片机对传感器输出的脉冲信号进行计数,并进行 km运算:每一个信号代表轮胎旋转一周,设轮胎的周长为 1.57m ;每km产生的信号数为 N ,里程显示为N 1.57m = 1.57
15、N(km)2、费用运算(1) 出租车的起步费为 5元,并且 3km内不需额外计价;(2) 出租车行驶 3km后,单程 2元/km,双程 1.5元/km;(3) 等待收费的标准为 5分钟算一公里;(4) 暂停时计价器暂停计价,不收费用;3 硬件设计本设计的硬件设计包括单片机 AT89S52单元、测距单元、显示单元(数码管显示金额、等待时间和里程,指示灯对单双程切换指示、空车指示、等待计 时指示)、按键单元、时钟单元和储存单元;3.1 AT89S52 单片机及最小系统3.1.1 AT89S52 单片机AT89S52具有如下特点: 40个引脚, 4k Bytes Flash片内程序储备器, 128
16、bytes的随机存取数据储备器( RAM ), 32个外部双向输入 /输出( I/O)口, 5个中断优先级 2层中断嵌套, 2个16位可编程定时计数器 ,2个全双工串行通信口, 看门狗( WDT )电路,片内时钟振荡器;P0口有二个功能:1、外部扩展储备器时,当做数据/地址总线;2、不扩展时,可做一般的 I/O使用,但内部无上拉电阻,作为输入或输出时应在外部接上拉电阻;P1口只做 I/O口使用:其内部有上拉电阻;P2口有两个功能:1、扩展外部储备器时,当作地址总线使用;2、做一般 I/O口使用,其内部有上拉电阻;P3口有两个功能:除了作为I/O使用外(其内部有上拉电阻),仍有一些特殊功能,由特
17、殊寄存器来设置;图2 AT89S52引脚图图3 AT89S52 封装图设计中用到的单片机各管脚 图2功能以及与其他模块连接介绍如下: VCC:接+5V 电源; VSS:接地;时钟引脚: XTAL1 和XTAL2 两端接晶振和 30PF的电容,构成时钟电路;它可以使单片机稳固牢靠的运行;RST:复位信号输入端,高电平有效;当在此引脚加两个机器周期的高电平常,就可以完成复位操作;P1.0:接功能按键; P1.1:接切换键,表示单双程切换;P1.2:接查询(上次金额)键;P1.3:接清零键; P1.4:接空车指示灯; P1.5:接查询指示灯; P1.6:接开头计时指示灯; P1.7:接双程指示灯;
18、P3.0:接查询 /确认键;P0口接数码管段选端, P2口接数码管位选段;P3.2:接霍尔传感器的输出口; P3.3:接储备器的 SCL口;P3.4:接储存器的 SDA口;P3.5:接时钟电路 DS1302的RST口;P3.6:接DS1302的SCLK 口;P3.7:接DS1302的I/O口;3.1.2 单片机最小系统复位电路和晶振电路是 AT89S52工作所需的最简外围电路;单片机最小系统电路图如图 4所示;图4 单片机最小系统AT89S52 的复位端是一个史密特触发输入,高电平有效;RST端如由低电平上升到高电平并连续 2个周期,系统将实现一次复位操作;在复位电路中,按一下复位开关就使在
19、RST端显现一段时间的高电平,外接 11.0592M 晶振和两个30pF 电容组成系统的内部时钟电路;3.2 测距单元本次设计我们选取了霍尔传感器来进行里程测量;霍尔器件是一种磁传感器;用它们可以检测磁场及其变化,可在各种与磁场有关的场合中使用;霍尔器件以霍尔效应为其工作基础;霍尔器件具有很多优点,它们的结构坚固,体积小,重量轻,寿命长,安装便利,功耗小,频率高,耐震惊,不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀;霍尔器件分为:霍尔元件和霍尔集成电路两大类,前者是一个简洁的霍尔片,使用经经常需要将获得的霍尔电压进行放大;后者将霍尔片和它的信号处理电路集成在同一个芯片上;本次设计选取了霍尔集成电路
20、来测量里程;里程测量是通过将霍尔传感器的集成电路安装在车轮上方的铁板上,将磁铁安装在车轮上,旋转的车轮将磁铁对准集成电路时,霍尔传感器会输出一个脉冲信号,送到单片机,经过单片机的运算处理,将行驶的里程送到显示单元并显示出来;其原理示意图如下:霍尔传感器小磁铁单片机出租车车轮图5 传感器测距示意图A44E是一种利用霍尔效应做成的半导体集成电路器件,它被设计在交变磁场中运行,特殊是能在低电源电压和长时间运行温度范畴可达到 125;这种霍尔IC可用作各种类型的传感器(速度传感器、位移传感器、转速传感器等等),接触开关以及相类似的应用场合;其工作电压比较宽( 2.5 20V),可运行在较大的温度范畴内
21、( -20 125) , 其输出的信号符合 TTL 电平标准, 可以直接接到单片机的 IO 端口上,而且其最高检测频率可达到 1MHZ ;霍尔传感器的特性如图 6所示,其中 BOP为工作点“开”的磁感应强度, BRP为释放点“关”的磁感应强度;当外加的磁感应强度超过动作点BOP时, 传感器输出低电平,当磁感应强度降到动作点BOP以下时,传感器输出电平不变,始终要降到释放点 BRP时,传感器才由低电平跃变为高电平; BOP与BRP 之间的滞后使开关动作更为牢靠;U18集成霍耳开关由稳压器 A、霍耳电势发生器 即硅霍耳片 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
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