出租車(chē)多功能計費器的設計

摘要：介紹了出租車(chē)多功能計費器的設計方法，闡述了MAX813和DS1244Y的使用方法，同時(shí)提出了防止計費器死機和防止司機作弊的解決方法。關(guān)鍵詞：出租車(chē)計費器 防作弊 看門(mén)狗 MAX813 DS1244X 隨著(zhù)出租車(chē)行業(yè)的發(fā)展，對出租車(chē)計費器的要求也越來(lái)越高，用戶(hù)不僅要求計費器性能穩定，計費準確，有防作弊功能；同時(shí)還要求其具有車(chē)票資料打印、IC卡付費、語(yǔ)言報話(huà)和電腦串行通信及稅控功能。不同國家和地址的計費方式存在差異，如有些地區有夜間收費及郊區收費等，而有些地區則無(wú)夜間收費和郊區收費；目前國內有些大城市要計計費器有稅控功能，而有些城市無(wú)此要求；即使同一地區，不同車(chē)型的出租車(chē)其計費方式也有差別；而且出租車(chē)還面臨幾年一次的調價(jià)或調整計費方式等問(wèn)題。為此，我們設計了一款計費器。該計費器內設置了多達64個(gè)選項（1表示有某項功能，0表示沒(méi)有），幾乎涵蓋了大多數國家和地區的出租車(chē)計費方式，無(wú)需更改計數器的硬件，只需要改相應的選項資料，便可適用于不的國家和地區，且計費資料的傳送可由電腦通過(guò)RS-232或專(zhuān)用的手持式資料傳輸器來(lái)完成，非常方便。目前該計費器已在我國大陸的一些大中城市，香港、澳門(mén)和臺灣地區以及越南使用。 1 原理框圖 計費器組成方框圖如圖1所示。 1.1 主控模塊 主控模塊如圖2所示。 CPU選89C51RC2，它的主要特點(diǎn)是：ROM為32K FLASH，RAM為512byte；具有雙DPTR寄存器、一個(gè)硬件看門(mén)狗定時(shí)器、3個(gè)16位定時(shí)/計數器、7個(gè)中斷源，其它與MCS51基本相同。雙DPTR寄存器給軟件編程帶來(lái)了很大的方便。 復位、看門(mén)狗及電源監控由MAX813芯片來(lái)完成。計費器在營(yíng)運過(guò)程中，由于干擾等各種因素的影響。有可能出現死機現象導致出租車(chē)無(wú)法正常營(yíng)運。為了克服這一現象，除了充分利用CPU本身的看門(mén)狗定時(shí)器外，還需外加看門(mén)狗電路。MAX813的主要特點(diǎn)如下： （1）系統上電、掉電以及供電電壓降低時(shí)，第7腳產(chǎn)生復位輸出，復位脈沖寬度的典型值為200ms，高電平有效，復位門(mén)限為4.65V。 （2）如果在1.6s內沒(méi)有觸發(fā)該電路（即第6路無(wú)脈沖輸入），則第8腳輸出一個(gè)低電平信號，即看門(mén)狗電路輸出信號。（3）手動(dòng)復位輸入，低電平有效，即第1腳輸入一個(gè)低電平，則第7腳產(chǎn)生復位輸出。 （4）具有1.25V門(mén)限值檢測器，第4腳為輸入，第5腳為輸出。 實(shí)際應用時(shí)，將第1腳與第8腳相連，第7腳接CPU的復位腳（89C51RC2的第9腳），第6腳與CPU的P1.0相連。在營(yíng)運過(guò)程中，P1.0不斷輸出脈沖信號。如果因某種原因CPU進(jìn)入死循環(huán)，則P1.0無(wú)脈沖輸出。于是1.6秒后在MAX813的第8腳輸出低電平，該低電平加到第1腳，使MAX813產(chǎn)生復位輸出，使CPU有效復位，擺脫死循環(huán)的困境。另外，當電源電壓低于門(mén)限值4.65V時(shí)，MAX813也產(chǎn)生復位輸出，CPU處于復位狀態(tài)，不執行任何指令，直到電源電壓恢復正常，因此可有效防止因電源電壓較低時(shí)CPU產(chǎn)生錯誤的動(dòng)作。 時(shí)鐘及存儲器由芯片DS1244Y來(lái)完成，該芯片是一具有幽靈式（Phantom）時(shí)鐘的32K%26;#215;8NVSRAM，第1腳為復位腳，其余和一般SRAM兼容。它提供嵌入式RTC和全靜態(tài)非揮發(fā)性RAM，含有內芷式鋰電池和控制電路。此控制電路不斷監視Vcc，當Vcc>4.5V時(shí)，DS1244Y提供全部功能；當Vcc<4.0V時(shí)，寫(xiě)保護有效，所有的輸入變成“Don"t Care”，所有的輸出處于高阻態(tài)；當Vcc≤3.0V時(shí)，電源自動(dòng)切到內部的鋰電池。NVSRAM的操作和原來(lái)的SRAM一模一樣，但時(shí)鐘操作有區別。一次完整的時(shí)鐘操作由D0腳串行輸入預定的8個(gè)字節（即64個(gè)bit）給DS1244Y，DS1244Y收到8個(gè)字節后，再通過(guò)D0腳串行寫(xiě)入或讀出8個(gè)字節（即時(shí)鐘數據）。編程時(shí)間將NVSRAM的最后一個(gè)字節地址（7FFFH）定義為時(shí)鐘地址。因此，NVSRAM的最后一個(gè)字節空間不能作RAM用。實(shí)際設計電路時(shí)，將DS1244Y的第1腳（RST）與CPU的P1.1相連。CPU復位后，由軟件通過(guò)P1.1給出一個(gè)低電平使DS1244Y復位。須特別注意的是DS1244Y的第1腳不要與Vcc相連。假如與Vcc相連，當CPU產(chǎn)生復位時(shí)（此復位可由看門(mén)狗或手動(dòng)產(chǎn)生），如果此時(shí)CPU正在對時(shí)鐘進(jìn)行讀寫(xiě)，則CPU復位后，會(huì )對RAM或時(shí)鐘進(jìn)行讀寫(xiě)操作，導致意料不到的錯誤。有關(guān)DS1244Y的具體用法請見(jiàn)參考文獻[1]。 打印功能，可通過(guò)選項設定，也可選擇稅控打印。各種打印命令及資料均由電腦通過(guò)RS-232或手持式資料傳輸器傳給計費器，存儲在DS1244Y中。以何種格式打印何種數據完全由用戶(hù)自動(dòng)選擇，因此可適用不同地區、不同客戶(hù)之需要。 計費器可使用司機卡、采集卡、收費卡及稅控卡等四種IC卡，究竟使用哪種卡可由選項控制。司機卡表示每次開(kāi)機均要插入對應卡（一臺出租車(chē)對應兩張司機卡），計費器才能正常工作；采集卡可采集計費器中存儲的各種營(yíng)運資料；收費卡表示乘客可使用該卡支持車(chē)資；稅控卡由稅務(wù)部門(mén)發(fā)行，只有稅控計費器才需要此卡。計費器通過(guò)一條I/O線(xiàn)控制語(yǔ)言接口電路。乘客上車(chē)時(shí)，CPU給出50ms的低脈沖使語(yǔ)音接口電路說(shuō)一段話(huà)。乘客下車(chē)時(shí)，CPU給出20ms的低脈沖使語(yǔ)音接口電路說(shuō)另一段話(huà)。 計費器可通過(guò)RS-232與電腦進(jìn)行串行通信，通過(guò)電腦設置計費器的各種參數及采集計費器里存儲的各種數據。 1.2 稅控模塊 該模塊由稅部門(mén)專(zhuān)門(mén)提供，稅控計費器需要此模塊，非稅控計費器則不需要此模塊。主控模塊與稅控模塊實(shí)行串行通信。計費器正常工作時(shí)，主控模塊按要求將各種數據串行傳送到稅控模塊，稅控模塊將收到的數據存儲或顯示。 1.3 電源模塊 該模塊為一開(kāi)關(guān)電源，將輸入的12V直流電源變?yōu)榉€定的5V電源。由于12V電源由出租車(chē)上的電瓶提供，其電壓有一定的離散性，當電瓶質(zhì)量不好時(shí)12V電源較低。而開(kāi)關(guān)電源的適用范圍較廣，且驅動(dòng)能力較強，使用開(kāi)關(guān)電源可有效防止因輸入電壓過(guò)低而產(chǎn)生的各種故障現象。設計電源模塊應注意電源的抗干擾能力。 1.4 按鍵顯示模塊 按鍵顯示模塊如圖3所示，共需4片4511、1片4028、1片2003、20個(gè)數碼管及一些發(fā)光二極管（作為指示燈，如計程、計時(shí)收費指示燈）。計費器提供6個(gè)按鍵功能，但稅控計費器不需要6個(gè)按鍵，只需要3個(gè)按鍵，因而無(wú)需4028譯碼器，利用CPU的三條I/O線(xiàn)即可實(shí)現三個(gè)按鍵的功能。 1.5 防作弊及脈沖輸入模塊 防作弊及脈沖輸入模塊如圖4所示。為了提高計費器的防作弊功能，采用了兩片PIC508，傳感器中裝一片PIC508，計費器中裝一片PIC508。其工作原理如下：每次計費器復位后，計費器中的PIC508送一隨機數（1個(gè)字節）作為密碼給傳感器中的PIC508，車(chē)輛每產(chǎn)生一個(gè)脈沖，傳感器中的PIC508均要將此密碼送回到計費器的PIC508。只有密碼正確，計費器中的PCI508才發(fā)正確信息給CPU，表示輸入了一脈沖，否則發(fā)錯誤信息給CPU。當CPU收到三次錯誤信息（次數可任意設置）時(shí)，CPU報警表示有作弊現象。由于不同時(shí)刻，即使同一個(gè)計費器的密碼也不相同且是隨機，因此采用該方法能效地防止司機作弊。 2 軟件設計應注意的問(wèn)題 由于計數器的選項多達64個(gè)，功能齊全，能適應不同地區的需要，軟件編程及調試比較復雜，需要特別小心。為了使計費器穩定、可靠地工作，軟件設計主要考慮了以下幾個(gè)方面： （1）為了防止計費器死機，軟件編程時(shí)采用了指令冗余技術(shù)、軟件陷阱技術(shù)以及軟件看門(mén)狗技術(shù)。請參見(jiàn)參考文獻[2]。（2）為了防止程序“亂飛”而非法修改計費器所設置好的各種參數，從軟件的角度對計費器的各種參數進(jìn)行了多重保護。必須通過(guò)“合法”的途徑才能修改參數，而程序“亂飛”也不能修改計費器所設置好的參數。 （3）司機卡、采集卡、收費卡、稅控卡共用一個(gè)IC卡接口，稅控模塊優(yōu)先訪(fǎng)問(wèn)插入的IC卡并進(jìn)行判斷，直接與稅控初始化卡稅務(wù)信息卡和稅務(wù)稽查卡交換信息。如果不是稅控卡，則將控制權交給主控模塊，主控模塊要注意區分卡的類(lèi)型，按照IC卡的有關(guān)控制命令正確編程。 （4）對DS1244Y時(shí)鐘操作時(shí)，串行輸入數據的第5字節的第5位（RST）須置0，以便DS1244Y能接收復位信號。每次上電后，由軟件對其復位。 （5）任何時(shí)候均要注意保存好計費器所處的狀態(tài)及各種數據，復位后計費器能夠回到原來(lái)的狀態(tài)。如計費器處于載客狀態(tài)，復位后計費器仍然回到載客狀態(tài)，且車(chē)資、收費里程、收費時(shí)間及單價(jià)同復位前一樣。 （6）計費器與PC機串行通信時(shí)，PC機最好選用VB6.0語(yǔ)言。VB6.0提供了串行通訊MSComm控件來(lái)為應用程序提供串行通信，其良好的用戶(hù)界面、簡(jiǎn)單方便的串行通信和實(shí)用性強的優(yōu)點(diǎn)，無(wú)須借用其它語(yǔ)言就可以開(kāi)發(fā)出優(yōu)秀的通信軟件。 目前，該計費器在使用過(guò)程中用戶(hù)反應良好，返修率很低。另外，個(gè)別地方要求計費器能存儲2000條客次記錄，而每條客次記錄約點(diǎn)50byte，這樣選用DS-1244Y顯示不夠。此時(shí)，可改用DS1248，該芯片的容量為128Kbyte，其它與DS1244Y完全一樣。