1、编号： J 乙 2103 出租车计价器 摘 要 本系统以 AT89S52 单片机为主控制器，通过外围电路扩展设计一款多功能出租车计价器，本设计方案包括行车里程数显示、消费金额显示、累计等待时间显示等显示模块，以及车速检测电路、信息存储、蜂鸣器电路、按键控制等功能单元。该系统可以实现行车里程和金额的实时显示、数据存储与查询、时速检测显示、实时时钟显示等基本功能和发挥部分功能。此外，该系统还扩展了票单打印、语音播报、超速 提醒等功能。程序软件设计采用功能模块化编程，各功能模块实现相对独立。 关键词： 出租车计价器、 AT89S52、车速检测、超速提醒、语音播报。 1 ABSTRACT A mult
2、i-functional taxi meter is designed based on AT89S52 microcontrolle and he external circuit. The design includes driving mileage display, consumption rates showing ,tota waiting time display module, and the speed detection circuit, information storage, the buzzer circuit, key control function unit.
3、The system can realize mileage and time display, data storage and query ， speed test function. In addition, the system extends the single-ticket print, voice broadcast, speeding alerts. Software design features a modular programming, relatively independent of each functional module. Keywords: Taxime
4、ter, AT89S52, Speed Detection, Voice broadcast. 1 系统总体设计方案 1.1 系统总体结构图 根据 题目要求，本系统主要有电源电路、键盘控制电路、信息存储电路、时钟电路、车速检测电路、超速提醒电路、语音播报电路、打印输出电路、显示电路等构成。系统的结构框图如图 1-1 所示： 2 图 1-1 系统总体结构图 1.2 方案论证 1.2.1 电源模块选择 方案一：采用 LM7805 芯片。 方案二：采用 LM2576 芯片。 LM7805 三端稳压芯片， 电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路， 输出电流 1.5A。 LM2576 开关型降压稳压器
5、，它内部含有频率补偿器和一个固定频率振荡器，它能驱动 3A 的负载。本电路中打印机驱动电流为 1.5A，整板电路工作电流 1A 以上。从电流驱动能力上分析我们选用方案二。 1.2.2 控制器选择 选用市场最常见的 AT89S52 单片机。 AT89S52 单片机 是 低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 8K bytes 的可系统编程的 Flash 只读程序存储器，兼容标准 8051 指令系统及引脚。可在线编程（ ISP）也可用传统方法进行编程及通用 8位微处理器于单片芯片中，功能强大，低价 AT89S52 单片机可灵活应用于各种控制领域。 1.2.3 电机模块选择 采用直流减速电机
6、。直流减速电 机转动力矩大，速度大，体积小，重量轻适合进行车速检测。 1.2.4 电机驱动模块选择 方案一：采用分立元件组成 H桥驱动电路； 方案二：采用电机专用芯片 L298N。 H桥有四个三极管组成，可方便实现直流电机的四象限运行，分别对应正转、正转制动、反转、反转制动。但分立元件占用空间大。专用驱动芯片 L298N，响应频率高，一片可以控制两个直流电机，操作方便，稳定性好，性能优良。 综合比较分析我们选用方案二。 1.2.5 键盘输入 不使用任何专用芯片，只用 4 个 I/O 口检测 16个按键，不停地对按键进行扫描来检测键盘的按 下、开启中断，利用二极管的特性来对按键分组设置。 1.2
7、.6 数码管显示驱动选择 方案一：采用三极管驱动数码管。 方案二：采用移位寄存器 74HC164 驱动。 本设计中我们应用的是共阳数码管，用三极管驱动数码管简单但是占用空间。用贴片形式的 74HC164 专用芯片驱动，驱动能力强，占用空间小，显示稳定。经过综合比较分析我们3 选用方案二。 1.2.7 语音芯片选择 采用集成度较高 SYN6288 芯片 ,其最大特点是通过异步串口（ UART）通信方式从单片机自动读出显示的数据，其接口简单，低功耗，音色清亮圆润，极高的性价比 。 1.2.8 车速检测元件选择 方案一：采用霍尔传感器集成芯片 A44E 方案二：采用光电传感器 霍尔元件是一种磁传感器
8、，只能跟磁性物质组成曲线，成本高。反射式光电传感器采用一体化结构，利用黑线白线反射光的的强弱寻迹，灵敏度高，体积小，且结构紧凑安装方便。经过综合比较分析我们选用方案二。 经过仔细的分析和论证，确定了系统的最终方案如下： （ 1）电源模块：选用 LM2576 三端稳压芯片 （ 2）控制器： AT89S52 单片机。 （ 3）电机模块：直流减速电机。 （ 4）电机驱动模块： L298 芯片驱动。 （ 5）数 码管驱动： 74HC595 驱动芯片。 （ 6）车速检测元件：光电传感器。 （ 7）语音芯片： SYN6288 芯片。 （ 8）信息存储芯片： 24C02 芯片。 （ 9）时钟模块： DS13
9、02 芯片。 （ 10）无线发射接收模块：运用 PT2272、 PT2262。 （ 11）打印机：讯普 SP-E1610SK-12微型打印机。 （ 12）按键模块：用 4个 I/O口检测 16个按键 2 系统硬软件设计与实现 2.1 硬件电路设计 2.1.1 电源部分 本设计模块采用 LM2576 开关型降压稳压器，它内部含有频率补偿器和一个固定频率振荡器，它能 驱动 3A 的负载。本电路中打印机驱动电流为 1.5A，整板电路工作电流 1A以上，电路图如图 2-1 所示。 图 2-1 电源部分 2.1.2 控制器部分 本模块中采用 AT89s52 单片机。 AT89S52是 低功耗，高性能 C
10、MOS 8 位单片机，片内含 8K 字节 的可系统编程的 Flash 只读程序存储器，兼容标准 8051 指令系统及引脚 ，如图 2-2所示。 4 图 2-2 AT89S52 单片机最小系统 2.1.3 数据显示部分 图 2-3 数据显示电路 本 模块由 3路 74HC164 驱动八位共阳数码管级联而成，移位寄存器 74HC164 驱动能力强，占用空间小，显示稳定。该模块需要 24个数码管显示数据，需要驱动能力强的芯片驱动。 2.1.4 电机驱动部分 本设计采用电机专用芯片 L298N。专用驱动芯片 L298N，响应频率高，一片可以控制两个直流电机，操作方便，稳定性好，性能优良，如图 2-4。
11、 图 2-4 电机驱动模块 2.1.5 时钟部分 本设计中运用具有 充电功能的时钟芯片 DS1302， DS1302 一种高性能、低功耗的实时时钟芯片 ,采用 SPI 三线接口与 CPU 进行同 步通信 ;时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，5 具有闰年补偿功能，如图 2-5。 图 2-5 时钟模块 2.1.6 语音播报模块 图 2-6 语音播报模块 SYN6288 通过异步串口接收待合成的文本，实现文本到声音（ TTS ）的转换。 SYN6288 语音合成芯片继承了 OSYNO6188 的优秀特点：最小 SSOP28L 贴片封装，硬件接口简单，极高的性价比；除此之外， SYN6288 文
12、本识别更智能，语音合成更自然，语音合成效果和智能识别效果大幅度提高，是一款面向中高端应用领域的语音合成芯片 ，电路图如 图 2-6 所示。 2.1.7 信息存储部分 图 2-7 24C02 信息存储部分 本设计中运用 24C02 芯片作为信息存储器，芯片 AT24C02 具有 2 kB的电可擦除存储芯片 ,采用 2 线串行的总线和单片机通讯 ,电压最低可以到 2.5 V,额定电流为 1mA,静态电流10Ua(5.5 V),芯片内的资料可以在断电的情况下保存 40 年以上而且采用 8脚的 DIP 封装 ,使用方便。 AT24C02 支持 IC，总线数据传送协议 IC，总线协议规定任何数据传送到总
13、线的器件作为发送器，任何从总线接收的器件为接收器。数据传送是由产生 串行时钟和所有起始停止信号的主器件控制的，总器件从器件都可以作为发送器和接收器，但由主器件控制传送器件的模6 式，通过器件地址输入端可以实现将 AT24C02 器件连接到总线上。 2.1.8 按键 /无线遥控 图 2-8 键盘模块 2-9发射模块 2-10 接收模块 按键部分我们设计了利用单片机的 4个 I/O口来检测 16个按键，通过无线来对电路控制，通过发射模块的四个按键，发送数据，接收模块接收数据后控制独立按键，即通过无线遥控来控制独立按键。 2.1.9 超速提醒与按键设置 7 在系统程序中通过软 件检测行驶速度 ,当速
14、度高于设置的最高速度时即超速时以语音提醒司机 , 以避免交通事故发生。 按键部分有营运数据查询键和数据设置键 ,营运数据查询按键置于计价器的外面 ,司机通过该查询键可以查看 1个月的总营运额与总营运里程 ,和单次的营运额与营运里程。短按查看总营运数据 ,再次短按则循环依次往上翻阅过去单次的营运数据 ,长按 3 s 则跳出数据查询。数据设置键则秘码安放于计价器内部 ,且必须对计价器多处进行铅封 ,以防止司机通过该按键对营运的重要数据进行设置而作弊 , ,由功能设置 /确认键、 UP、 DOWN键组成 ,其中功能设置 /确认 键对系统时间、起步价、单程 /往返单价、等待时间等数据调整进行设置 ,然
15、后通过 UP 与DOWN 来对数据值进行加与减。然后再通过功能设置 /确认键来对所设数据的确认，最后结束键输出本次乘车的时间、金额并打印出发票。 2.1.10 打印机及语音控制 图 2-11 打印语音控制模块电路 当出租车到达某地点，司机翻起空车牌，便产生一个信息通知单片机 AT89S51，单片机启动便打印，将行车的中途等待时间，里程单价，金额，日期，等有关信息打印成发票，该电路采用接口插扳方式与单片机接口相连，这样使计价器的票价打印在功能表 上与主机统一，微打与单片机通过并行接口相连，但所需要打印的数据出现在打印机上时， STB 只要从高电平转到低电平，在从低电平转到高电平就可以把数据打印
16、。 2.1.11 路程测量部分 出租车中需要一个能准确获得车轮转动即路程计量信号的装置，已得到标准的脉冲信号，送入单片机的定时器、计数器中，利用单片机的 T1 口的计数功能来测出车轮每没转一周完成1 次的计 数后产生中断来完成路程的测量。 系统中小车车轮的直径为 6mm，运行的路程为： C=2*3.14*3mm； 设小车运行一周的时间为 t,则速度为： v=C/t=2*3.14*3mm/t。 2.2 软件电路设计 软件设计的流程图如下： 8 9 3 系统测试和调整 3.1 测试内容 （ 1） 24 位数码管显示时钟、里程、金额、时速和等待时间。 （ 2） 实时检测并显示车速、累计等待时间。 （
17、 3）通过按键模拟单程 /往返。 （ 4）按暂停键，计价器暂停计价。 （ 5）反复按查询按键 数码管以此显示总等待时间、里程数、金额数。 （ 6） 检测等待时间计价功能。 （ 7）键盘预置、增加起步价、起步价里程、每公里价格预置及密码保护功能。 3.2 测试仪器 表 3-2： 仪器名称 型号 用途 数 量 数字万用表 UIN-T 测量各驱动电路参数是否满足要求 1 计算机 方正 PC机 调试程序 1 激光测速仪 DM6236P 测量速度 1 3.3 测试结果与分析 见附录 1。 4 总结 通过四天三夜的艰苦奋战，在同组三人的紧密团结、共同努力下，小组顺利完成了设计任务，并有所发挥，这是与大学的
18、理论学习、平时的电子设计训练及老师的教导分不开的。通过这段时间的训练和比赛，不仅增强了动手能力、加深了对理论知识的理解，还学到了许多课堂学不到的知识。虽然过程是艰苦的，但最终成功的喜悦同样令人快乐。通过这次比 赛，在硬件电路设计、软件编程方面得到了极大的提高。也让我们再一次体会到“科学技术是第一生产力”的深刻的内涵。这种体验为走好今后的人生路增添了极大的信心。我们有信心继续走下去。期待明天会更好！ 参考文献 1 何立民 .单片机应用技术选编 M.北京 :北京航空航天大学出版社 ,1999. 2 求实科技 .单片机典型模块设计实例导航 M.北京 :人民邮电出版社 ,2004. 3 陈小忠 .单片机接口技术实用子程序 M.北京 :人民邮电出版社 ,2005. 4 赵晶主 .电路设计与制版 Protel99 高级应用 M.北京 :人民邮电出版社 ,2000. 5 全国大学生电子设计竞赛组委会 .全国大学生电子设计竞赛获奖作品精选 M.北京 :北京理工大学出版社 ,2000.
