0 引言

隨著社會經(jīng)濟和現(xiàn)代交通的高速發(fā)展，出租車己成為城市公共交通中一道靚麗的風景，是人們日常生活中不可缺少的重要交通工具。在我國，城市出租車自二十世紀八十年代興起，多年來廣泛應用的計價器只具備簡單計價功能，目前國內出租車計價器依然只是根據(jù)行車里程來計價。隨著社會的進步，人們對出租車計價器的科學性和合理性提出了越來越高的要求，為此需對出租車計價系統(tǒng)進行優(yōu)化設計。文中設計的出租車計價器能夠實現(xiàn)按時問和里程來綜合計算車價的功能，并能顯示時間、里程、單價、總車價等相關信息，功能更齊全、使用更方便、而且系統(tǒng)穩(wěn)定性更好。

1 出租車智能計價系統(tǒng)總體設計

出租車智能計價系統(tǒng)設計目標是：實現(xiàn)基本的時鐘顯示、價格調節(jié)、里程計價和相關擴展等功能。系統(tǒng)設計思路：以MCS51單片機為核心，進行硬件模塊設計，并配以相關軟件設計，利用I/O端口及其控制的準確性來實現(xiàn)系統(tǒng)功能。系統(tǒng)總體設計框圖如圖1所示。

在圖1中，霍耳傳感器電路系統(tǒng)將磁感應信號轉換為脈沖信號，并且以此來計算出租車行駛里程;四按鍵鍵盤控制電路分別執(zhí)行起始暫停、分屏切換、晝夜交替和功能設定等操作;DS1302時鐘芯片用來進行時間計算及時間單價轉換;采用AT24C02芯片可實現(xiàn)斷電存儲信息、來電讀取信息功能;LED1602用來顯示單價、時鐘和金額等信息。

2 出租車智能計價器主要硬件模塊設計

2.1 計時與時間顯示模塊設計

采用24小時制，分別用三個8位的LED數(shù)碼管動態(tài)掃描法來顯示秒、分和時鐘，三個按鍵開關SP1、SP2、SP3分別接單片機的P0.0、P0.1、P0.2端口，用來調節(jié)時鐘信號的秒、分和時鐘。采用單刀雙擲開關控制秒、分和時鐘的加減調整;當發(fā)光二極管亮時，按一下按鍵開關實施加1調整;當發(fā)光二極管滅時，按下按鍵開關即進行減1調整。

2.2 計價與顯示模塊設計

計價與顯示采用四個74LS164驅動來擴展32個并行端口，并利用4位LED數(shù)碼管完成顯示功能。假設出租車起步價為6元，單價為每公里1元，行駛車程小于2.5公里按照起步價來收費;當行車路程大于2.5公里時，每增加1公里車費將增加1元。

2.3 里程傳感模塊設計

出租車行駛里程是利用安裝在出租車車輪上的霍爾傳感器A44E檢測到的脈沖信號來進行計算的。當里程信息傳輸?shù)絇3.5口后，經(jīng)過處理傳送到4位數(shù)碼管顯示。系統(tǒng)里程傳感模塊原理圖如圖2所示。

3 系統(tǒng)軟件設計

3.1 主程序模塊設計

在此模塊設計中，需要完成出租車起價和單價的初始化、各接口芯片的初始化、中斷向量的設計以及中斷、循環(huán)等待等工作，還需設置啟動/清除標志寄存器、里程和價格寄存器，并對其進行初始化設計。根據(jù)標志寄存器要求，分別完成啟動、清除、計程以及計價等操作。系統(tǒng)主程序流程圖如圖3所示。

當按下計價器開關時計價器便啟動計價功能，并根據(jù)里程寄存器中的內容進行計算，并將計算結果儲存在寄存器中，然后顯示出總運行時間和當前累計金額。當?shù)竭_目的地后，霍爾開關便不再發(fā)送脈沖信號，停止計價功能，并顯示當前應付金額。當下次啟動計價器時，系統(tǒng)會自動清零，初始化過程重新進行設置。

3.2 系統(tǒng)子程序模塊設計

系統(tǒng)模塊包括六個主要子程序：顯示子程序、里程計數(shù)中斷、定時中斷、中途等待中斷、啟動/清除計程中斷服務程序和按鍵服務程序。各服務子程序功能特征如下：

(1)顯示子程序。顯示子程序主要包括時分/秒/鐘顯示、路程單價顯示、單價調節(jié)顯示和金額單價顯示等四個子程序，可進行分屏顯示數(shù)據(jù)。

(2)里程計數(shù)中斷。單片機每中斷一次需要霍爾傳感器輸出一個低電平信號，當里程計數(shù)器累計里程脈沖滿1000次時，程序將當前總額累加，使單片機進入里程計數(shù)中斷服務程序，完成當前行駛里程數(shù)和總額的累加操作，并將最終結果轉存至里程和價格寄存器中。

(3)定時中斷。在定時中斷服務程序中，每100 ms將產(chǎn)生一次中斷，當累計產(chǎn)生10次中斷時達到1 s，將數(shù)據(jù)輸送到相應的顯示緩沖單元，并調用顯示子程序實現(xiàn)實時顯示功能。

(4)中途等待中斷。計數(shù)狀態(tài)下霍爾開關并無信號輸出，此時片內的定時器將啟動。當計時到達5min時，將用當前金額加上中途等待的價格進行累加操作。并且每進行一次5min的等待，都將自動加一次中途等待單價;當中途等待結束時，計價器將立即自動切換，進行正常計價。

(5)啟動/清除計程中斷服務程序。啟動/清除中斷請求產(chǎn)生時，自動設定第一次中斷為啟動中斷，第二次中斷為清除中斷，并將標志寄存器儲存的內容分別相應地置“1”或清“0”。

(6)按鍵服務程序。在主程序中，若無按鍵操作時，單片機循環(huán)運行主程序;若有按鍵按下，便轉向按鍵服務程序處理，結束后立即返回。

4 系統(tǒng)仿真測試

在KEIL中將設計的程序編譯成對應機器語言，進入Proteus的ISIS 6軟件環(huán)境，并將生成的HEX文件導入到MCS51中，在Proteus中畫出電路原理圖，進并行仿真測試。在此過程中可對問題程序進行修改和完善，調試直至仿真結果符合要求。

4.1 主要參數(shù)仿真

系統(tǒng)主要參數(shù)包括里程、耗時、單價和金額等。系統(tǒng)主要參數(shù)仿真效果如圖4所示。

在圖4中，出租車花費時間為12min27s，起步價里程為2.5km，收費等待時間為1次(每超時1次收費3元)，營運里程6km，總金額為：6+(6-2.5)×1+3=12.5元，與顯示總金額吻合。