采用μPD78F0034單片機的出租車計費器方案設(shè)計與實現(xiàn)

１．２ 通信模塊

圖３所示為通信模塊組成圖，它主要由單片機的兩個Ｉ／Ｏ口、ＭＡＸ２３２和一些電阻電容等組成。圖中電阻均為１０ｋΩ，電容均為１０μＦ；單片機的Ｐ３０為串行數(shù)據(jù)接收腳、Ｐ３１為串行數(shù)據(jù)發(fā)送腳，通信的波特率設(shè)為９６００。圖中，ＭＡＸ２３２芯片的作用是將單片機輸出的ＴＴＬ電平轉(zhuǎn)換成ＰＣ機能接收的２３２電平或?qū)ⅲ校脵C輸出的２３２電平轉(zhuǎn)換成單片機能接收的ＴＴＬ電平。計費器通過通信模塊與ＰＣ機或手持式資料傳數(shù)器進行串行通信，以便設(shè)置計費器的各種參數(shù)及采集計費器里存儲的各種數(shù)據(jù)。

１．３ 按鍵及顯示模塊

按鍵及顯示模塊如圖４所示，該模塊由４片４５１１、１片４０２８、１片２００３、２０個數(shù)碼管及一些發(fā)光二極管（作為計程、計時收費指示燈）組成。計費器有６個功能鍵，而實際上對外只有四個按鍵，分別設(shè)為Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ鍵?？哲嚑顟B(tài)按下Ｃ鍵，計費器進入載客模塊；空車狀態(tài)按下Ｂ鍵，計費器進入通信模塊；空車狀態(tài)按下Ａ鍵，計費器進入查詢模塊，然后按Ａ鍵往上查詢、按Ｄ鍵往下查詢。另兩個功能按鍵放在計費器內(nèi)，用跳線Ｊ１、Ｊ２表示。在空車狀態(tài)，Ｊ１短路時，計費器清除存儲的所有數(shù)據(jù)；當(dāng)計費器復(fù)位時，如Ｊ２短路，計費器直接進入資料傳輸模塊（此功能主要為了防止計費器內(nèi)資料紊亂或新計費器沒有資料時進入死循環(huán)）。

１．４ 防作弊及脈沖輸入模塊

防作弊及脈沖輸入模塊如圖５所示。為了提高計費器的抗干擾能力，脈沖輸入信號采用了光耦方式。出租車的脈沖傳感器通常有兩種，即單信號脈沖傳感器和雙信號脈沖傳感器；所謂單信號脈沖傳感器指的是出租車開動時，只有一條信號線輸出脈沖信號；而雙信號脈沖傳感器指的是出租車開動時，有兩條信號線同時輸出幅度相同、相位相反的脈沖信號。與此對應(yīng)，防作弊方式有單信號防作弊和雙信號防作弊兩種。究竟選哪種，可由計費器內(nèi)的選項及硬件跳線來決定。

ａ 單信號防作弊的工作原理

如圖５所示，當(dāng)計費器通過選項選定單信號防作弊方式后，跳線開關(guān)Ｂ與Ａ相連、Ｂ與Ｃ斷開，單片機通過Ｐ３５使開關(guān)與Ｋ點相連。當(dāng)有脈沖輸入時，ＩＮＴ０產(chǎn)生一中斷，單片機執(zhí)行中斷子程序；然后通過Ｐ３５使開關(guān)與Ｋ點斷開，即斷開脈沖傳感器的電源，此時檢測Ｐ３６的電平，如為低，則為正常，為高則為作弊脈沖。當(dāng)作弊脈沖累積到一定數(shù)量（此數(shù)值由計費器的參數(shù)設(shè)定）后，計費器便認(rèn)定有作弊發(fā)生，于是報警，同時產(chǎn)生一系列動作如車資、計程公里和計程時間全部清零或者鎖死計費器等，究竟產(chǎn)生何種動作，可由選項來決定。

ｂ 雙信號防作弊的工作原理

當(dāng)計費器選定雙信號防作弊后，跳線開關(guān)Ｂ與Ｃ接通、Ｂ與Ａ斷開。當(dāng)有脈沖輸入時，ＩＮＴ０產(chǎn)生一中斷，單片機執(zhí)行中斷子程序，此時單片機須判別Ｐ３６腳輸入的信號是否為低電平，為低則正常，否則為作弊脈沖。其余與單信號防作弊時一樣。

１．５ 電源模塊

該模塊為一開關(guān)電源，用于將輸入的１２Ｖ直流電源變?yōu)榉€(wěn)定的５Ｖ電源。由于１２Ｖ電源由出租車上的電瓶提供，有一定的分散性，尤其當(dāng)電瓶質(zhì)量不好時，１２Ｖ電源較低。而開關(guān)電源的適用范圍較廣，且驅(qū)動能力較強，因此，使用開關(guān)電源可有效防止因輸入電壓過低而產(chǎn)生的各種故障。

２　軟件設(shè)計

該計費器的軟件設(shè)計主要由兩部分組成，一是單片機的軟件設(shè)計，二是ＰＣ機的軟件設(shè)計。由于二者均采用模塊化設(shè)計方法，因此，該程序結(jié)構(gòu)清晰，便于今后修改及升級。鑒于篇幅的限制，下面只介紹這兩部分的設(shè)計流程。

２．１ 單片機的軟件設(shè)計

單片機的軟件設(shè)計流程如圖６所示。其中初始化模塊由硬件初始化和軟件初始化兩部分組成，硬件初始化主要是對單片機及其它相關(guān)芯片進行初始化；而軟件初始化主要是對各種軟件標(biāo)志進行初始化，同時將斷電前保存的各種狀態(tài)數(shù)據(jù)讀入單片機的ＲＡＭ中；然后根據(jù)選項決定是否要識別司機卡、以及是直接回到空車狀態(tài)還是回到斷電前計費器所處的載客狀態(tài)（如復(fù)位選項為０，則計費器復(fù)位后直接回到空車狀態(tài)；而在為１時，如斷電前計費器處于載客狀態(tài)，則復(fù)位后回到載客狀態(tài)，如斷電前計費器處于非載客狀態(tài)，則復(fù)位后直接回到空車狀態(tài)）。圖中的每個模塊均由許多子模塊組成，如載客模塊應(yīng)包含計程計費、計時計費、打印車票、暫停、客次數(shù)據(jù)寫入ＲＡＭ中等子模塊；而查詢則包括查詢當(dāng)天累計數(shù)據(jù)、總累積數(shù)據(jù)及客次記錄等子模塊。每個模塊均可通過按鍵回到空車模塊（圖中未畫出）。

２．２ ＰＣ機的軟件設(shè)計

由于ＶＢ６．０有串行通訊ＭＳＣｏｍｍ（電話盒）控件來為應(yīng)用程序提供串行通信，且具有良好的用戶界面及簡單方便的串行通信功能，因此，無須借用其它語言就可以開發(fā)出優(yōu)秀的通信軟件。ＰＣ機軟件主要由以下幾個模塊組成：計費資料修改及傳輸、打印命令數(shù)據(jù)修改及傳輸、選項數(shù)據(jù)修改及傳輸、采集當(dāng)天累積、采集總累積和采集客次記錄等（由于篇幅的限制，這里沒有給出程序流程圖）。由于軟件中設(shè)置了下拉式菜單及各種控制按鈕，因此，直接用鼠標(biāo)點擊控制按鈕或下拉式菜單即可完成相應(yīng)的操作（當(dāng)然，也可通過按下快捷鍵來實現(xiàn)）。計費資料、打印命令數(shù)據(jù)及選項數(shù)據(jù)均各自存于一文本文件中；此外，該軟件還設(shè)置了各種口令，可防止無關(guān)人員非法修改數(shù)據(jù)。

３ 設(shè)計時應(yīng)注意的問題

該計費器的選項多達６４個，功能齊全，能適應(yīng)不同地區(qū)的需要，但軟件編程及調(diào)試也比較復(fù)雜，需要特別小心。為了使計費器能夠穩(wěn)定、可靠地工作，進行軟、硬件設(shè)計時要注意以下幾點：

（１）為了防止計費器死機，軟件編程時應(yīng)采用指令冗余技術(shù)、軟件陷阱技術(shù)以及軟件看門狗技術(shù)。有興趣者可查閱參考文獻。

（２）由于司機卡、采集卡、收費卡共用一個ＩＣ卡接口，因此，主控模塊要注意區(qū)分卡的類型，應(yīng)按照ＩＣ卡的有關(guān)控制命令正確編程。

（３）盡量不用ＩＣ插座。由于ＩＣ插座有較大的分布電容，因此，應(yīng)把ＩＣ直接焊在印刷電路板上。每個ＩＣ應(yīng)加一個去耦電容，去耦電容在印刷電路板上的引腳要盡量短。另外，石英晶體的外殼也要接地。

（４）由于計費器采用開關(guān)電源，因此，設(shè)計時第一要在開關(guān)管的Ｃ、Ｅ極間加ＲＣ吸收電路。并在二次整流回路的整流二極管兩端加ＲＣ吸收電路以抑制浪涌電壓。第二要加厚開關(guān)管與散熱片之間絕緣墊片的厚度，以減少開關(guān)管與散熱片之間的耦合電容。第三要使用電源濾波器。因為在電源的輸入端加入濾波器可以抑制輸入端的瞬態(tài)干擾；直流電源的輸出端也要接入電容濾波器，以將輸出電壓的紋波限制在一定范圍內(nèi)，同時抑制數(shù)字信號產(chǎn)生的脈沖干擾。第四還應(yīng)采用屏蔽措施來進一步減少開關(guān)電源的干擾。

４　結(jié)束語

本計費器的設(shè)計由于采用了功能很強的單片機μＰＤ７８Ｆ００３４、電源監(jiān)控和看門狗芯片ＭＡＸ７０５及單、雙信號防作弊技術(shù)，因而基本上杜絕了出租車在營運過程中計費器的死機現(xiàn)象及作弊現(xiàn)象。從使用情況看，該計費器穩(wěn)定性好、可靠性高、返修率很低。另外，由于采用了模塊式結(jié)構(gòu)和在系統(tǒng)可編程方法，因此，其軟件的修改和升級也非常方便。