1、编号： J乙 2102 基于 AT89S52的 出租车计价器 参赛学生：孟凡杰 李齐卿 马洪涵 参赛学校： 莱芜职业技术学院 指导教师：梁邦永 程丽丽 1 摘 要 本系统 是我们 基于 单片机 AT89S52 为核心设计 的一 款多功能出租车计价器 的设计 ,本文系统的阐述 了 软硬件设计过程中 关键技术的处理。演示结果表明该计价器能够很好的 实现里程计价与显示、数据存储 与查询、时钟显示、超速提醒、语音播报和票据打印等功能。它比市场上的一些计价器使用更方便 ,功能更全 ,还具有有效防止司机作弊和 保持系统稳定性 的优点。其中的超速提醒功能可以提醒司机和乘客 ,以告诫司机不要超速行驶 ,以避免
2、 安全隐患 的发生。 关键词 ： 出租车计价器 ； AT89S52 单片机 ； 多功能 ； 软硬 件设计 Abstract The system of the power supply voltage is +5V and the design of new type of taximeter based on single chip microcomputer AT89S52 is presented. How to solve the key problems on software and hardware designing is also discussed. The results
3、 demonstrate that this taximeter can realize mileage valuation with the display, data storage and inquiry, the clock display, speeding reminding, speech and printing, etc. Cpmpared with other taximeters, the taximeter is more convenient and the function is more effective to prevent cheating and is m
4、ore stable. Speeding alerts can remind drivers and passengers in order to avoid potential safety problems. Keywords: taximeter;multi-function;AT89S52;software/hardware design 2 1、 系统 方案 设计 与论证 1.1 方案论证 1.1.1 系统设计框图 图 1-1 整体方案设计方框图 此方案设计包含电源电路、车速检测电路、电机驱动电路等基本部分，创新的设计了语音播报、超速提醒、打印票据等发挥部分。 1.1.2 控制器的方
5、案选择 方案一：我们选用市场最常见的 AT89S52 单片机为此设计的核心 部分 ， 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，器件采用高密度，非易失性存储技术生产，兼容标准 8051 指令系统及引脚。它集 Flash 程序存储器，既可在线编程（ 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。 方案二：采用凌阳的 SPCE061A 单片机作为控制器。 SPCE061A 凌阳单片机具有强大的十六位微处理器， 32 个 I/O
6、口； 32K flash 存储空间，具有掉电不丢失的优点；口输出 PWM 控制信号。它具有体积小、集成度高、可靠性高且易于扩展的特点，但是，凌阳的 SPCE061A 单片机性价比较 低 ，由于其占用的 CPU 较多而使得凌阳单片机同时处理其他任务的速度和能力降低。 综合考虑方案一为本次设计最佳方案，所以我们选择方案一。 1.1.3 电源选择 方案一：采用 LM7805 芯片进行稳压。 方案二：采用 LM2576 芯片 双路 进行稳压。 方案选择： LM7805 三端稳压芯片，输出 直流电流， 输出电流小 、驱动能力低 。 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，
7、它能驱动 3A 的负载， 本设计中打印机驱动电流需要 1.5A 左右，整板供电电流大于 1A，从电流驱动方面考虑我们选取方案 。 综合比较分析我们选方案二。 CPU 空载车灯 键盘控制 /无线遥控 车速检测电路 电机驱动 时钟电路 语音播报 超速提醒 LED 显示 信息存储 电源电路 打印票据 3 1.1.4 显示 驱动 选择 方案一： 利用三极管驱动 LED 显示。 方案 二 ：采用 74HC595 驱动 LED 数码管显示。虽然只能显示非常有限的符号和数字，但数码管颜色鲜艳，易于观察，可实时动态显示， 最多可驱动 32 位， 完全满足本设计数字显示的要求，且编程简单、成本低。 分析以上 二
8、 种方案的优缺点，第 二 种方案 显示更为清楚 、 占用单片机 I/O 口少 。所以本方案采用方案 二 。 1.1.5 键盘输入方案 : 方案一：不使用任何专用芯片，用一块 74LS138 译码输出 8 路扫描信号， 3 路扫描返回信号线接 I/O 口输入（我们设计的是 3*8 的键盘）。这种设计方案电路设计非常的简单，但是软件的编写要考虑软件去抖等，会比较复杂而且占用大量的 CPU 资源。 方案二：不使用任何专用芯片，只用 4个 I/O口控制 16 个按键，不停地对按键进行扫描来确定键盘的按下或开启中断，利用二极管的特性来对按键分组设置。此方案 结构简单，价格低廉，容易操控 ,因此我们选择了
9、方案 二 。 1.1.6 电机驱动方案 方案一 :采用 继电器对电机的开关进行控制，能完成电机的各种功能 。 但是继电器 响应时间不准确，使测速有延时不准确 ， 而且机械结构容易磨损，可靠性不高。 加之控制比较复杂，经综合考虑比较，我们放弃此方案。 方案二：采用 集成电路 电机 驱动芯片 L298N。 此芯片 可靠性、 安全性高，具有较大的电流驱动能力，使用方便、简单。因此我们选择了此方案。 1.1.7 速度 测量部分 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 产生脉冲 通 过 74HC14 非门电路发送给单片机 。 方案分析： 霍尔元件是一种磁传感器，只能跟磁性物质
10、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 的强弱 进行判断 ，灵敏度高，体积小 。经过综合比较分析我们选用方案二。 1.1.8 语音 芯片选择 方案一： 考虑到计价器的微型化、智能化 ,选用了 集成度较高 的 SYN6288 语音 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。 方案二： 采 用 ISD1420 芯片 ，此芯片 具有 优质单片语音录放 电路， 但是此芯片没有自动读取显示播放的功能，不适合我们设计的作品。 综上考虑我们 选择方案一。 1.2 最终方案 经过 反
11、复论证，我们最终确定 出租车计价器的最终方案： （ 1） 选用最常用性价比高的 AT89S52 作为本次设计的 CPU。 （ 2） 选用 LM2576 稳压器 双向输出 给整个系统供电。 （ 3） 采用 74HC595 驱动 LED 数码管显示 作为显示部分 。 （ 4） 用 4 个 IO口设计控制 16个独立按键 作为按键控制部分 。 （ 5） 采用集成电路电机驱动芯片 L298N 作为电机驱动部分 。 （ 6） 采用光电传感器产生脉冲信号 累加计算出速度 。 （ 7） 采用集成度较高 SYN6288 语音芯片作为 计价器的语音部分 。 （ 8） 选用 DS1302 芯片最为计价器的时钟部分
12、。 （ 9） 选用 24C02 芯片最为计价器的信息存储部分。 （ 10） 选用 撞击点阵式 微型打印机 。 4 2、 系统设计和原理分析 2.1 CPU主控制器电路 图 2-1单片机最小系统 本设计运用了 AT89S52 为计价器系统的控制器。 AT89S52 是整个系统的核心控制模块，它控制着整个计价器 各个电路的信息采集、信号处理、数据处理及系统模块调整。 2.2 电源控制 电路 图 2-2 电源电路 在电路中电源 的稳定是整个系统的关键所在。 如图 2-2 所示 我们考虑到计 价器系统的打印机需要足够的电流才能工作及其不影响其它外围模块，选用的 LM2576 稳压器 设计双路电源 ，经
13、过我们的测试实验此电路能稳定的输出恒定电流并且使计价器稳定工作。 2.3 LED数码管显示 图 2-3 数码管显示 5 显示部分 如图 2-3 所示， 我们 考虑亮度、信息的显示位数及其各种因素用了 3 组上图模块。共有 8个 LED 数码管显示时间， 4个显示里程， 4个显示金额， 4个显示时速还有 4个显示等待时间。我们选用 的 74LS595 驱动 每个数码管 。 显示效果 非常稳定，亮度也达到预期水平。 2.4 键盘 /无线遥控 按键部分 设计 我们利用 了 单片机的 4 个 I/O 口来控制 16 个按键 ， 用无线模块的 4 各按键控制其它按键的功能，使用方便， 充分的节省了单片机
14、 I/O 口的资源，用软件节省硬件的局限性，并能稳定的达到设计要求。 图 2-4-1 独立按键 图 2-4-2 发射模块 图 2-4-3接收模块 6 2.5 电机驱动电路原理 如图 2.5 所示， 我们用 L298 专用驱动 电机芯片 ，它的特性是输出电流增大，功率增强，适用于大功率 直流电机，步进电机、电磁阀等，特别是输入端可直接与单片机相连，从而方便的接受单片机的控制。 图 2-5测速传感器电路原理 2.6 测速部分原理 图 2-6-1光电传感器 图 2-6-2测速码盘 我们运用光电传感器来感应车轮黑白网格脉冲，并把信号传送给单片机，单片机在对每段时间内的脉冲进行计算：车轮半径 r=32m
15、m V= r(m/s)从而显示出速度。 2.7 时钟设计 用高 精度 DS1302 时钟芯片加上 3V 备用电源，简单的与单片机 3 线连接，就可以在数码管上显示出准确的时间。 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，具有闰年补偿功能。 2.8 数据存储 设计 数据存储部分的作用是在电源断开时 ,存储当前设定的单价信息。 AT24C02 是 ATMEL 公司7 的 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 直接与单片机链接 ,电压最低可以到 2.5 V,额定电流为 1 m
16、A,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。 3、 特别发挥部分 3.1 超速提醒 设计 有些出租车司机为了获取更多的时间来多送一个乘客 ,他们在送客过程中以高速行驶来榨取时间 ,而引起一些交通事故 ,为了制止这些事故发生 ,在系统程序中通过软件检测行驶速度 ,当速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。 此设计是在软件编程中设计的。 3.2 打印机及语音控制电路 图 3-2 打印机与语音控制电路 本设计中运用两个继电器进行控制语音和打 印机，语音和打印机分别用串口的接受和发送段
17、控制。 3.2.1 语音芯片工作过程： 图 3-2-1 SYN6288 工作流程 图 8 选用 SYN6288 中文语音合成芯片。用继电器来控制单片机通过串口通信来控制 SYN6288芯片，它能自动读出单片机发送的语音代码，非常智能化，操作也非常简单。 3.2.2 打印机 选用面板式撞击点阵式微型打印机，整机具有外形美观、体积小、重量轻、低功耗、打印速度快、操作 简单等特点。同样我们也用继电器控制打印机输出打印。 4、 数据测试和 软件调试 4.1 调试 内容 a、数码管显示 时间、 里程 、 金 额 和等待时间 。 b、 光电传感 速度的测量误差部分。 c、 语音和打印机的正常工作。 4.2
18、 测试仪器 表 4-2： 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 4.3 测试结果与分析 4.3.1 显示测试 数码管的亮度和清晰度达到预期的要求，能够准确的显示出各个数据信 息。 4.3.2 速度测试 ： 详细测量数据请参考 附录 2 4.3.3 语音和打印机性能测试 SYN6288 语音芯片的测试数据如表 所示： 自然度 清晰度 正确率 可懂度 3.5 98% 96% 99% 打印机工作正常能准确的打印出输出信息， 各项系数指标 完全能够满足日常打印需求，打印结果非常清晰 。 4.4 程序流程图 9
