基于霍爾傳感器的出租車(chē)計價(jià)器方案設計

生活水平不斷提高，出行的舒適已受到越來(lái)越多人的關(guān)注。于是，出租車(chē)行業(yè)發(fā)現了掘金的良機。但是總存在買(mǎi)賣(mài)糾紛困擾著(zhù)行業(yè)的發(fā)展。歸根究底就是要改良出租車(chē)的計價(jià)器。

今天介紹的基于單片機系統設計的出租車(chē)計價(jià)器是以單片機作為核心的控制元件，采用靈敏的霍爾開(kāi)關(guān)型器件，具有功能強，性能可靠，電路簡(jiǎn)單，成本低的特點(diǎn)，加上經(jīng)過(guò)優(yōu)化的程序，使其具有很高的智能化水平。

1 系統硬件設計

出租車(chē)計價(jià)器系統以AT89S51單片機為核心，由按鍵電路、AT24C02掉電存儲電路、里程計算電路、數碼管顯示電路組成。利用單片機靈活的編程設計和豐富的I/O端口，及其控制的準確性，不僅能實(shí)現基本的里程計價(jià)價(jià)格調節、時(shí)鐘顯示，而且能很大程度上實(shí)現擴展功能，同時(shí)可方便日后對系統進(jìn)行升級。圖1給出計價(jià)器系統框圖。

1.1 里程計算、計價(jià)電路的設計

通過(guò)安裝在車(chē)輪上的霍爾傳感器A44E檢測到的信號，送到單片機，經(jīng)處理計算，送給顯示單元，這樣便完成了里程計算。檢測原理如圖2所示，P3.2口作為信號的輸入端，內部采用外部中斷0，車(chē)輪每轉一圈(設車(chē)輪的周長(cháng)是1 m)，霍爾開(kāi)關(guān)就檢測并輸出信號，引起單片機的中斷，對脈沖計數，當計數達到1 000次時(shí)，也就是1 km，單片機就控制將金額自動(dòng)增加，其計算公式為：

當前單價(jià)×公里數=金額

1.2 數據顯示電路的設計

由于設計要求有單價(jià)(2位)、路程(2位)、總金額(3位)顯示輸出，加上另外擴展的時(shí)鐘顯示(包含時(shí)分秒的顯示)，采用LCD液晶段碼顯示，在距離屏幕 1 m之外就無(wú)法看清數據，不能滿(mǎn)足要求，而且在白天其對比度也不能夠滿(mǎn)足要求，因此采用6位LED數碼管的分屏顯示。

設計使用一個(gè)定時(shí)/計數器每0.1 s向主機發(fā)1次中斷請求信號，并利用并行接口電路完成對時(shí)鐘的實(shí)時(shí)顯示功能。同時(shí)，利用動(dòng)態(tài)掃描電路完成對出租車(chē)的起價(jià)和當前累計價(jià)的顯示。在出租車(chē)不走的時(shí)候，按下S1，可以實(shí)現數據的分屏顯示;車(chē)在行走的時(shí)候只有總金額和單價(jià)顯示屏在顯示，當到達目的地的時(shí)候，客戶(hù)要求查看總里程時(shí)，就可以按下S1切換到里程和單價(jià)顯示屏，供客戶(hù)查詢(xún)。

1.3 AT24C02掉電存儲電路的設計

該設計優(yōu)點(diǎn)在其簡(jiǎn)單性和處理的高效性上。存儲電路的作用是在電源斷開(kāi)的時(shí)候，存儲當前設定的單價(jià)信息。存儲電路如圖3所示，采用Atmel公司推出的容量為2 KB的串行電可擦除、可編程存儲芯片AT24C02設計，傳輸方式為I2C總線(xiàn)。

一般地址輸入端 A0，A1，A2，寫(xiě)保護WP接Vcc或GND;SCL，SDA接上拉電阻(上拉電阻的阻值可參考有關(guān)數據手冊選擇，通?？蛇x用5～10kΩ的電阻，設計中選用的電阻阻值為5.1kΩ)后再接單片機的普通I/O口，這便可實(shí)現單片機對AT24C02的操作。上拉電阻的作用是減少AT24C02的靜態(tài)功耗。

1.4 啟動(dòng)及清除電路

在系統電路中，設計一個(gè)啟動(dòng)/清除按鈕，用來(lái)作為啟動(dòng)里程計數或清除里程數計數的開(kāi)關(guān)。將該按鈕開(kāi)關(guān)接到微機系統的某個(gè)中斷請求線(xiàn)上，當開(kāi)關(guān)被按下1次時(shí)就作為計程啟動(dòng)中斷請求;再按下1次時(shí)，就作為系統的計程清零中斷處理。

1.5 按鍵電路的設計

電路共采用4個(gè)按鍵，即S1，S2，S3，S4，其功能是：S1為分屏顯示切換按鍵;S2為功能設定按鍵;S3為‘+’/白天晚上切換按鍵;S4為‘-’/中途等待開(kāi)關(guān)。

2 系統軟件設計

2.1 主程序模塊

主程序流程圖如圖4所示，在主程序模塊中，需要完成對各接口芯片的初始化、出租車(chē)起價(jià)和單價(jià)的初始化、中斷向量的設計以及開(kāi)中斷、循環(huán)等待等工作。另外，在主程序模塊中還需要設置啟動(dòng)/清除標志寄存器、里程寄存器和價(jià)格寄存器，并對它們進(jìn)行初始化。然后，主程序將根據各標志寄存器的內容，分別完成啟動(dòng)、清除、計程和計價(jià)等不同的操作。

當按下S1時(shí)，就啟動(dòng)計價(jià)，將根據里程寄存器中的內容計算和判斷出行駛里程是否已超過(guò)起價(jià)公里數。若已超過(guò)，則根據里程值、每公里的單價(jià)數和起價(jià)數來(lái)計算出當前的累計價(jià)格，并將結果存于價(jià)格寄存器中，然后將時(shí)間和當前累計價(jià)格送顯示電路顯示出來(lái)。

當到達目的地的時(shí)候，由于霍爾開(kāi)關(guān)沒(méi)有送來(lái)脈沖信號，就停止計價(jià)，顯示當前所應該付的金額和對應的單價(jià)。到下次啟動(dòng)計價(jià)器時(shí)，系統自動(dòng)對顯示清零，并重新進(jìn)行初始化過(guò)程。

2.2 定時(shí)中斷服務(wù)程序

在定時(shí)中斷服務(wù)程序中，每100 ms產(chǎn)生一次中斷，當產(chǎn)生10次中斷的時(shí)候，也就到了1 s，送數據到相應的顯示緩沖單元，并調用顯示子程序實(shí)時(shí)顯示。

2.3 里程計數中斷服務(wù)程序

每當霍爾傳感器輸出一個(gè)低電平信號就使單片機中斷一次，當里程計數器對里程脈沖計滿(mǎn)1 000次時(shí)，就有程序將當前總額累加，使微機進(jìn)入里程計數中斷服務(wù)程序中。在該程序中，需要完成當前行駛里程數和總額的累加操作，并將結果存入里程和總額寄存器中。

2.4 中途等待中斷服務(wù)程序

當在計數狀態(tài)下霍爾開(kāi)關(guān)沒(méi)有輸出信號，片內的T1定時(shí)器便被啟動(dòng)，每當計時(shí)到達10 min，就對當前金額加上中途等待的單價(jià)，以后每10 min都自動(dòng)加上中途等待的單價(jià)。當中途等待結束時(shí)，就自動(dòng)切換到正常的計價(jià)。

2.5 啟動(dòng)/清除計程中斷服務(wù)程序

當系統有啟動(dòng)/清除中斷請求產(chǎn)生時(shí)，可以設定第一次中斷為啟動(dòng)中斷，第二次中斷為清除中斷，并在中斷服務(wù)程序中將標志寄存器的內容相應置“1”或清“0”。其中，標志為“1”時(shí)表示本次中斷是啟動(dòng)中斷;為“0”時(shí)表示是清除中斷。

2.6 顯示子程序服務(wù)程序

由于是分屏顯示數據，所以就要用到4個(gè)顯示子程序，分別是：時(shí)分秒顯示子程序(HMS_DIS)，金額單價(jià)顯示子程序(CP_DIS)，路程單價(jià)顯示子程序(DP_DIS)和單價(jià)調節子程序(PA_DIS)。

2.7 鍵盤(pán)服務(wù)程序

鍵盤(pán)采用查詢(xún)的方式，放在主程序中，當沒(méi)有按鍵按下的時(shí)候，單片機循環(huán)主程序，一旦右鍵按下，便轉向相應的子程序處理，處理結束再返回。

3 結語(yǔ)

本系統具有功能強，性能可靠，電路簡(jiǎn)單，成本低的特點(diǎn)，完全歸功于本出租車(chē)計價(jià)器采用單片機作為核心控制元件，采用靈敏的霍爾傳感器器件作為檢測，再加上經(jīng)過(guò)優(yōu)化的程序，智能化水平更上一層，解決了以往價(jià)器計價(jià)不準確，使用壽命短等缺點(diǎn)。是一款十分實(shí)用的方案。