出租车系统设计.doc
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1、出租车计费系统设计 功能分析本设计主要介绍了出租车计费系统的设计思路和过程,并给出了所涉及的相关知识的详细介绍。EDA技术应用,单片机的功能及应用,传感器检测技术,VHDL编程语言及汇编语言程序,显示系统设计及按键控制,目前,普遍的出租车计费器仅仅具有时钟,起步价,里程计费,等待计费及显示几个功能。其发展前景是可观的,将来的产品除具有这些功能外,另外还可增加如下功能:防作弊功能,IC卡付费:顾客能在制定点购买一定额度的顾客IC卡,乘车后可用IC卡付帐,付帐是否成功有相应的提示。车主可定期将总营业额写入车主IC卡中,并据此IC卡向所属公司领取报酬。车票资料打印:顾客付费后可打印发票,打印内容包括
2、车主信息和车费信息等。可打印车主总营业额信息。语音播报:当乘客上车时,可自动问候乘客,当到达目的地,自动播报乘车费用并礼貌再见,表达希望下次乘坐的意思。增加的这些功能将会更好地为乘客服务。计费及显示 里程,即汽车行程里程,用四位数字显示,显示方式为XXX.X,单位为,精确到0.1。 单价,即里程单价,用三位数字显示,显示方式为X.XX,单价为元/,根据每天不同的时间段有两种情况:当时间段为06:0023:00时单价为1.4元/,其他时间段内单价为1.80元/。 等候时间,用四位数字显示分钟和秒,显示方式为XX:XX,等候的定义是:当汽车行驶速度小于或等于12/h时为等候。在等候时间大于1小时的
3、情况下,可以不显示等候时间,但必须对等候时间进行统计计算。 等候单价,等候单价有两种情况:在等候时间小于1小时的情况下,等候单价为1元每5分钟;在等候时间大于1小时的情况下,等候单价为20元每小时。 费用的计算,出租车的起价为5.00元,当里程小于2时,按起价计算费用;当里程大于2时按下式计算费用:费用=里程*里程单价+等候时间*等候单价。 费用的显示,用五位数字显示,显示方式为XXX.XX,单价为元。时钟及显示 当出租车在通常运行状态下,应能显示当前的时间,在汽车熄火的情况下,时钟必须正常运行,但是可以不显示时钟.计费开始提示 当出租车载上乘客并起步后,将空车指示牌扳倒时,空车指示牌里的指示
4、灯熄灭,并有语音或灯光提示信号。功能模块设计 根据系统的设计要求,将整个测控FPGA系统CZJFXT分为七个模块,它们分别是:分频器模块FPQ,等待判别模块DDPB,里程计算模块LCJS,里程计费模块LCJF,等待计时模块DDJS,等待计费模块DDJF,输出数据选择模块SCXZ。分频器模块FPQ:将外部时钟信号SCLK(设计时假设为1024HZ)经过适当分频后,产生1HZ的系统工作用基准时钟信号CLK1HZ,供给系统中的有关模块计时用。等待判别模块DDPB:根据速度传感器脉冲信号WCLK和分频器产生的基准时钟信号CLK1HZ,计算单位时间里WCLK的脉冲个数(每产生1000个脉冲信号,即每米产
5、生1个脉冲信号),亦即出租车行驶速度,从而判别出租车是否处于等待状态,发出等待标志信号DDBZ。当速度大于12/H,即速度大于200M/MIN时,出租车处于运行状态,这时等待标志DDBZ=0;当速度小于等于12/H,即速度小于等于200M/MIN时,出租车处于等待状态,这时等待标志DDBZ=1。该模块的VHDL程序设计可分为三个进程:60S周期性跳变信号产生进程,每分钟行驶距离计算进程,等待标志判别进程。等待标志判别进程就是比较每分钟WCLK脉冲个数与等待状态WCLK脉冲临界个数200的大小,从而确定DDBZ的赋值。里程计算模块LCJS:根据速度传感器脉冲信号WCLK和等待标志DDBZ,对出租
6、车行驶的里程数XSLC进行计算,同时发出里程标志信号LCBZ和里程计费标志信号JFBZ。如果LCBZ=1,说明行驶距离超过2,里程计费启动;如果LCBZ=0,说明没超过2,按起价计费,每行驶1应计费1次,并且计费的启动信号应是某一时刻,因此每行驶1,计费标志信号JFBZ应跳变1次。该模块的VHDL程序设计可分为两个进程:里程计算及标志产生进程,产生计费信号进程。产生计费信号进程就是每行驶10百米(即1)JFBZ由低电平0变为1,经过一个系统时钟周期后JFBZ又回复到低电平0,里程计费模块LCJF就是在JFBZ脉冲信号的上升沿到来时进行计费的加法操作。里程计费模块LCJF:在计费标志信号JFBZ
7、,等待标志信号DDBZ,里程标志信号LCBZ和时段标志信号SDBZ等信号的控制下,计算行驶里程超过2以上里程的费用LCFY。该模块的VHDL程序是通过由多个条件控制的加法进程来完成里程计费的,里程计费的条件是在DDBZ=0,并且在JFBZ的上升沿根据SDBZ分别进行加法计费操作。当SDBZ=1时,表示在06:0023:00时段,其单价SD1为1.4元/;当SDBZ=0时,表示其他时段,其单价SD2为1.8元/。如果LCBZ=1,说明行驶距离超过2,里程计费启动;如果LCBZ=0,说明没超过2,按起价计费。等待计时模块DDJS:在等待标志信号DDBZ和基准时钟信号CLK1HZ的控制下,进行等待时
8、间DDSJ的计算,其中DDSJ的低8位表示等待时间的秒数,DDSJ的高8位表示等待时间的分钟数,同时根据等待时间的长短发出一个熄灯标志信号XDBZ。当等待时间小于等于1小时,XDBZ=0,等待时间显示灯亮;当等待时间大于1小时,XDBZ=1,等待时间显示不亮。该模块的VHDL程序是通过一个多层嵌套的加法进程来完成等待计时的。等待计费模块DDJF:在等待标志信号DDBZ和熄灯标志信号XDBZ控制下,进行等待费用DDFY的计费操作。该模块的VHDL程序包括两个进程:60S周期性跳变信号产生进程,等待费用计算进程。等待费用计算的条件是在DDBZ=1并且在60S周期性跳变信号T60S的上升沿,根据XD
9、BZ分别进行加法计费操作。当DDBZ=1且XDBZ=0时,按1元/5分钟,即20分/分钟计费;当DDBZ=0且XDBZ=1时,按20元/小时,即33分/分钟计费。输出数据选择模块SCXZ:根据单片机发出的数据传输选择控制信号SEL,选择有关计算处理结果传输给单片机。硬件电路设计1.1 系统组成以CPLD/FPGA为主体,设计并制作一台出租车计费系统,系统的方框图如图14.1所示。 图1.1 出租车计费系统方框图1.1.1计费及显示 (1) 里程,即汽车行驶里程,用四位数字显示,显示方式为“XXX.X”,单位为km,精确到0.1 km。 (2) 单价,即里程单价,用三位数字显示,显示方式为“X.
10、XX”,单价为元/km,根据每天不同的时间段有两种情况:当时间段为06:0023:00时单价为1.40元/km,其他时间段内单价为1.80元/km。 (3) 等候时间,用四位数字显示分钟和秒,显示方式为“XX:XX”,等候的定义是:当汽车行驶速度小于或等于12 km/h时为“等候”。 (4) 等候单价,等候单价有两种情况:在等候时间小于1小时的情况下,等候单价为1元每5分钟;在等候时间大于1小时的情况下,等候单价为20元每小时。 (5) 费用的计算,出租车的起价为5.00元,当里程小于2 km时,按起价计算费用;当里程大于2 km时按下式计算费用: 费用=里程里程单价+等候时间等候单价 (6)
11、 费用的显示,用五位数字显示,显示方式为“XXX.XX”,单价为元。1.1.2 时钟及显示 当出租车在常运状态下,应能显示当前的时间。在汽车熄火的情况下,时钟必须正常运行,但是可以不显示时钟。 1.1.3 计费开始提示 当出租车载上乘客并起步后,将空车指示牌扳倒时,空车指示牌里的指示灯熄灭,并有语音或灯光提示信号。 1.2 系统设计方案 1.2.1 系统总体设计方案 本系统拟采用单片机和FPGA的结合进行系统的主体设计,系统原理框图如图1.2所示。 图1.2 出租车计费系统总体原理框图1.2.2 测控FPGA的VHDL程序设计 根据系统的设计要求,我们可将整个测控FPGA系统CZJFXT分为七
12、个模块,它们分别是:分频器模块FPQ,等待判别模块DDPB,里程计算模块LCJS,里程计费模块LCJF,等待计时模块DDJS,等待计费模块DDJF,输出数据选择模块SCXZ。其内部组成原理图如图1.3所示。 分频器模块FPQ:将外部时钟信号SCLK(设计时假设为200 Hz)经过适当分频后,产生1 Hz的系统工作用基准时钟信号CLK1HZ,供系统中的有关模块计时用。等待判别模块DDPB:根据速度传感器脉冲信号WCLK和分频器产生的基准时钟信号CLK1HZ,计算单位时间里WCLK的脉冲个数(每km产生1000个脉冲信号,即每米产生1个脉冲信号),亦即出租车行驶速度,从而判别出租车是否处于等待状态
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