基于单片机的出租车计价器设计报告教学文案.doc
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1、Good is good, but better carries it.精益求精,善益求善。基于单片机的出租车计价器设计报告-河南理工大学单片机应用与仿真训练设计报告出租车计价器设计姓名学号:专业班级:指导老师:所在学院:2012年6月25日摘要本设计用直流电机转动模拟出租车车轮转动,实现出租车多功能的计价功能。设计采用AT89S52单片机为主控芯片,用光电对管检测电机转盘转速,采用24C02芯片为系统在掉电时路程、钱数等重要信息提供存储保护,采用两个四位8段共阴数码管显示里程、总价格和等待时间等信息。本设计可以实现单双程设置、系统暂停、空车指示、信息显示、掉电保护等功能。出租车计价是根据车所
2、行驶的路程以及乘客乘车的方式综合决定的。出租车行驶总路程可以通过车轮的周长乘车轮旋转圈数得到。即可计算得到车轮旋转几周出租车能行驶一公里的路程。使用光电对管能方便地计量车轮旋转的圈数,输出的脉冲信号被接入到AT89S52单片机系统中,通过计算接收到的脉冲个数,计算出当前所行驶的路程,并且可以计算实时的速度。与此同时,根据不同的收费标准计算收费。通过键盘能够实现往返设置,启动、暂停、停止计价器、设置单返程等。关键字:出租车计价器,AT89S52,24C02,光电对管AbstractThisdesignwithDCmotortorotatetheanalogtaxiwheelsturning,mu
3、lti-purposetaxipricingfunction.DesignusingAT89S52MCUformasterchipwithaphotoelectrictubetestmotorturntablespeed,AT24C02chiptomakethesystempower-downdistance,moneyandotherimportantinformationonthestorageprotection,theuseoftwofour-segmentcommoncathodedigitaldisplaytubemileage,thetotalpriceandwaitingtim
4、einformation.Thisdesignenablessingleanddouble-wayset,systemhalted,emptyinstructions,informationdisplay,power-downprotectionandotherfunctions.Thetaximeteraccordingtothedistancetraveledbythevehicleandpassengersridethedecision.Taxidrivingthetotaldistancebythecircumferenceofthewheeldrivewheelrotationlap
5、s.Canbecalculatedbythewheelrotationafewweeksataxitotravelonekilometeraway.Theuseofopto-thenumberofturnsofthetubecanbeeasilymeasuredwheelrotation,theoutputpulsesignalisconnectedtothemicrocontrollerAT89S52system,calculatedbycomputingthenumberofpulsesreceived,thecurrentdrivingdistance,andcancalculateth
6、ereal-timespeed.Atthesametime,thechargewillbecalculatedaccordingtothedifferentcharges.Abletoachievearoundtripviathekeyboardsettings,start,pause,stopthemeter,setthesinglereturn.Keywords:Meter,AT89S52,AT24C02,Photoelectrictube目录1概述12系统总体方案及硬件设计22.1系统总体方案22.2硬件电路设计单元22.2.1电源电路单元22.2.2系统控制单元32.2.3驱动电路单元
7、62.2.4信号检测单元72.2.5显示单元82.2.6数据存储单元93软件设计103.1软件设计流程图103.2计算模块113.3键盘扫描113.4显示程序113.5PWM波的生成113.6速度检测123.7程序源代码124Proteus软件仿真135课程设计体会146主要参考文献16致谢17附1程序源代码18附2系统原理图331概述出租车计价器是乘客与司机双方的交易准则,它是出租车行业发展的重要标志。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朋友还是乘客来说都是很必要的。因此,汽车计价器的研究也是十分有应用价值和现实意义的。出租车计价是根据车所行驶的路程以及乘客乘车
8、的方式综合决定的。出租车行驶总路程可以通过车轮的周长乘车轮旋转圈数得到。即可计算得到车轮旋转几周出租车能行驶一公里的路程。使用霍尔传感器方便地计量车轮旋转的圈数。输出的脉冲信号被接入到AT89S52单片机系统中,通过计算接收到的脉冲个数,计算出当前所行驶的路程,并且可以计算实时的速度,在速度低于5公里每小时是进入等待计费。于此同时,根据不同的收费标准,通过选择相应的起步价、单价等收费标准进行计算。通过键盘能够实现往返设置,启动、暂停、停止计价器以及切换显示当前的行驶里程和需支付的车费。本设计硬件电路分为六个单元:电源电路单元,系统控制单元,驱动电路单元,信号检测单元,显示单元和数据存储单元。软
9、件系统分为五个大的模块为:总初始化模块,按键扫描模块,中断与定时模块,数据计算模块,数码管显示模块。其中,键盘扫描和数码管显示采用查询方式,转速信号接收与等待记时采用中断方式。这些软硬件系统构成了最终的设计。2系统总体方案及硬件设计2.1系统总体方案本设计以AT89S52单片机为中央控制芯片,通过按键控制实现计价器的启动、停止、暂停、等待时间显示、单返程等功能;因为单片机的I/O无法直接驱动直流电机转动,所以通过L298N为驱动芯片驱动电路来驱动直流电机转动;通过光电对管检测直流电机的转速,并利用电压比较器将整理后的信号送给给单片机;通过数码管来显示里程、总价格、等待时间等信息;通过AT24C
10、02来存储信息,防止系统掉电信息丢失。系统设计总框图,如图2.1所示。图2.1系统设计总框图2.2硬件电路设计单元本设计硬件电路分为六个单元:电源电路单元,系统控制单元,驱动电路单元,信号检测单元,显示单元和数据存储单元。2.2.1电源电路单元电源是由7805芯片,变压器和整流桥组成的一个5V稳压电源。变压器将220V交流电转变为12V交流电,经过整流桥和滤波电容后变为直流,经过7805芯片后输出5V稳压电源。电源电路原理图,如图2.2所示。图2.2电源电路原理图2.2.2系统控制单元系统控制单元主要有单片机最小系统和独立按键组成。2.2.2.1单片机最小系统单片机采用了Atmel公司生产的A
11、T89S52单片机,它含有256字节数据存储器,内置8K的电可擦除FLASHROM,可重复编程,大小满足主控机软件系统设计。AT89S52芯片的主要引脚功能分别为:VCC电源电压。GND接地。RST复位输入。当RST变为高电平并保持2个机器周期时,将使单片机复位。WDT溢出将使该引脚输出高电平,设置SFRAUXR的DISRTO位(地址8EH)可打开或关闭该功能。DISKRTO位缺省为RESET输出高电平打开状态。ALE/PROG:当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率
12、为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是:每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时,ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。另外,该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效。XTAL1反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2来自反向振荡放大器的输出。P0口:一组8位漏极开路型双向I/O口。也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时,每位能驱动8个TTL逻辑门电路,对端口写“1”可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时,这组口线分
13、时转换地址(低8位)和数据总线复用,在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash编程时,P0口接收指令字节,而在程序校验时,输出指令字节,校验时,要求外接上拉电阻。P1口:一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口,P1的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口。作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。Flash编程和程序校验期间,P1接收低8位地址。P2口:一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。P1的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”,通过内部的上
14、拉电阻把端口拉到高电平,此时可作输入口。作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器时,P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器时,P2口线上的内容在整个访问期间不改变。Flash编程和程序校验期间,P2亦接收低8位地址。P3口:一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对P3口写“1”时,它们被内部的上拉电阻把拉到高电并可作输入端口。作输入端口使用时,被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流。P3口除了作为一般的I/O口线外,还作特殊功能口
15、。P3口的第二功能引脚分配如下:P3.0:RXD,串行通信输入。P3.1:TXD,串行通信输出。P3.2:INT0,外部中断0输入。P3.3:INT1,外部中断1输入。P3.4:T0,计时计数器0输入。P3.5:T1,计时计数器1输入。P3.6:WR:外部数据存储器的写入信号。P3.7:RD,外部数据存储器的读取信号。单片机最小系统原理图,如图2.3所示。图2.3单片机最小系统原理图2.2.2.2独立按键本设计按照功能要求设置了六个按键。按键接线图,如图2.4所示。按键功能分别为:key0:系统启动,用来启动计价器,使计价器开始工作;key1:系统停止/复位,用来关闭计价器,是计价器停止工作并
16、复位;key2:单程双程,用来设置是单程计费还是往返计费;key3:系统暂停,用来将整个计费系统暂停;key4:等待时间显示,当按下不放时图2.4按键接线图数码管为显示等待的时间。Key5:调速按钮,用来调整电机的转速,使测试时可控制电机转速。2.2.3驱动电路单元LM298N是SGS公司的产品,内部包含4通道逻辑驱动电路。是一种二相和四相电机的专用驱动器,即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器,接收标准TTL逻辑电平信号,可驱动46V、2A一下的电机。LM298N的管脚图,如图2.5所示。通过单片机的I/O输入改变芯片控制端的电平,即可以对电机进行正反转,停止的操作,LM298N的逻辑功
17、能表,如图2.6所示。图2.5LM298N的管脚图图2.6LM298N的逻辑功能表LM298N有两路电源分别为逻辑电源和动力电源,图中6V为逻辑电源,12V为动力电源。J4接入逻辑电源,J6接入动力电源,J1与J2分别为单片机控制两个电机的输入端,J3与J5分别与两个电极的正负极相连。ENA与ENB直接接入AVR单片机的PWM输出口;控制电机的正反转通过J1与J2两个接口,控制电机的转速的通过ENA和ENB的口输入的PWM波的占空比。由于我们使用的电机是线圈式的,在从运行状态突然转换到停止状态和从顺时针状态突然转换到逆时针状态时会形成很大的反向电流,在电路中加入二极管的作用就是在产生反向电流的
18、时候进行泄流,保护芯片的安全。LM298N电机驱动原理图,如图2.7所示。图2.7LM298N电机驱动原理图2.2.4信号检测单元电机转速的检测模块是由对射式光电传感器及其配套电路组成的,对射式光电传感器原理图,如图2.8所示。对射式光电传感器由红外发光二极管与光敏三极管组成,主要检测发射管与接收管之间有无物体存在。如上图所示,当发射管与接收管之间没有物体存在时,光敏三极管接收到红外光后导通,out输出低电平;当发射管与接收管之间有物体存在时,光敏三极管无法接收到足够的强的红外光所以截止,out输出高电平。但是上述电路存在缺陷,当直流电机高速旋转时,out输出的信号就容易失真,很难被单片机检测
19、识别。为了能够让单片机准确识别光电传感器输出地信号,需在传感器的输出端连接一个比较器。电压比较器可以看作是放大倍数接近“无穷大”的运算放大器。电压比较器的功能:比较两个电压的大小用输出电压的高或低电平,表示两个输入电压的大小关系:当”输入端电压高于”输入端时,电压比较器输出为高电平;当”输入端电压低于”输入端时,电压比较器输出为低电平。LM393是双电压比较器集成电路图2.8对射式光电传感器原理图图2.9LM393引脚图速度检测电路原理图,如图2.10所示。由原理图可知,当发射管与接收管之间没有物体存在时,光敏三极管接收到红外光后导通,out输出高电平;当发射管与接收管之间有物体存在时,光敏三
20、极管无法接收到足够的强的红外光所以截止,out输出低电平。经过整理后的电路能输出比较标准的高低电平信号,很容易被单片机识别。图2.10速度检测电路原理图2.2.5显示单元2.2.5.1数码管显示显示单元采用两个四位8段数码管显示信息,一组显示金额,另一组显示路程配合按键来切换显示。用锁存器来驱动数码管显示,数据位连接单片机P0口,片选端和段选端分别用单片机的P2.6和P2.7端口。如图2.11所示为数码管显示接线图。图2.11数码管显示接线图2.2.5.1LED指示灯本设计按照功能要求设置了五个LED灯。接线图如图2.12所示。各个LED灯的功能分别为:DS0:等待指示灯,车速小于5Km/h时
21、指示灯亮;DS1:暂停指示灯,当暂停键按下,计价器暂停计价时亮;DS2:空车指示,当计价器停止工作也就是空车时,此指示灯亮;DS3:启动指示灯,当按下启动键,计价器开始计价时亮;DS4:单双程指示灯,默认为单程,当选图2.12LED指示灯接线图择双程时亮。2.2.6数据存储单元本设计使用了24C02作为外部存储芯片。24C02是串行2K的EEPROM,是基于I2C-BUS的存储器件,遵循二线制协议,具有接口方便,体积小,数据掉电不丢失等特点。计价器能将里程和总价格实时的存储到24C02中,当计价器因掉电停止工作,24C02会存储掉电前一刻的数据,使系统从新上电时能够恢复里程和总价格。当计价器是
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