基于霍爾傳感器的出租車(chē)計(jì)價(jià)器方案設(shè)計(jì)

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(xiàn)了掘金的良機(jī)。但是總存在買(mǎi)賣(mài)糾紛困擾著行業(yè)的發(fā)展。歸根究底就是要改良出租車(chē)的計(jì)價(jià)器。

今天介紹的基于單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的出租車(chē)計(jì)價(jià)器是以單片機(jī)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(qiáng)，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(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

出租車(chē)計(jì)價(jià)器系統(tǒng)以AT89S51單片機(jī)為核心，由按鍵電路、AT24C02掉電存儲(chǔ)電路、里程計(jì)算電路、數(shù)碼管顯示電路組成。利用單片機(jī)靈活的編程設(shè)計(jì)和豐富的I/O端口，及其控制的準(zhǔn)確性，不僅能實(shí)現(xiàn)基本的里程計(jì)價(jià)價(jià)格調(diào)節(jié)、時(shí)鐘顯示，而且能很大程度上實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展功能，同時(shí)可方便日后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)。圖1給出計(jì)價(jià)器系統(tǒng)框圖。

1.1 里程計(jì)算、計(jì)價(jià)電路的設(shè)計(jì)

通過(guò)安裝在車(chē)輪上的霍爾傳感器A44E檢測(cè)到的信號(hào)，送到單片機(jī)，經(jīng)處理計(jì)算，送給顯示單元，這樣便完成了里程計(jì)算。檢測(cè)原理如圖2所示，P3.2口作為信號(hào)的輸入端，內(nèi)部采用外部中斷0，車(chē)輪每轉(zhuǎn)一圈(設(shè)車(chē)輪的周長(zhǎng)是1 m)，霍爾開(kāi)關(guān)就檢測(cè)并輸出信號(hào)，引起單片機(jī)的中斷，對(duì)脈沖計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)到1 000次時(shí)，也就是1 km，單片機(jī)就控制將金額自動(dòng)增加，其計(jì)算公式為：

當(dāng)前單價(jià)×公里數(shù)=金額

1.2 數(shù)據(jù)顯示電路的設(shè)計(jì)

由于設(shè)計(jì)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(kuò)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(shù)據(jù)，不能滿(mǎn)足要求，而且在白天其對(duì)比度也不能夠滿(mǎn)足要求，因此采用6位LED數(shù)碼管的分屏顯示。

設(shè)計(jì)使用一個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器每0.1 s向主機(jī)發(fā)1次中斷請(qǐng)求信號(hào)，并利用并行接口電路完成對(duì)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(duì)出租車(chē)的起價(jià)和當(dāng)前累計(jì)價(jià)的顯示。在出租車(chē)不走的時(shí)候，按下S1，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)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(dāng)?shù)竭_(dá)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(chǔ)電路的設(shè)計(jì)

該設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)在其簡(jiǎn)單性和處理的高效性上。存儲(chǔ)電路的作用是在電源斷開(kāi)的時(shí)候，存儲(chǔ)當(dāng)前設(shè)定的單價(jià)信息。存儲(chǔ)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(chǔ)芯片AT24C02設(shè)計(jì)，傳輸方式為I2C總線。

一般地址輸入端 A0，A1，A2，寫(xiě)保護(hù)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(shù)據(jù)手冊(cè)選擇，通?？蛇x用5～10kΩ的電阻，設(shè)計(jì)中選用的電阻阻值為5.1kΩ)后再接單片機(jī)的普通I/O口，這便可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)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(tǒng)電路中，設(shè)計(jì)一個(gè)啟動(dòng)/清除按鈕，用來(lái)作為啟動(dòng)里程計(jì)數(shù)或清除里程數(shù)計(jì)數(shù)的開(kāi)關(guān)。將該按鈕開(kāi)關(guān)接到微機(jī)系統(tǒng)的某個(gè)中斷請(qǐng)求線上，當(dāng)開(kāi)關(guān)被按下1次時(shí)就作為計(jì)程啟動(dòng)中斷請(qǐng)求;再按下1次時(shí)，就作為系統(tǒng)的計(jì)程清零中斷處理。

1.5 按鍵電路的設(shè)計(jì)

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(shè)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(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

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(duì)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(shè)計(jì)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(shè)置啟動(dòng)/清除標(biāo)志寄存器、里程寄存器和價(jià)格寄存器，并對(duì)它們進(jìn)行初始化。然后，主程序?qū)⒏鶕?jù)各標(biāo)志寄存器的內(nèi)容，分別完成啟動(dòng)、清除、計(jì)程和計(jì)價(jià)等不同的操作。

當(dāng)按下S1時(shí)，就啟動(dòng)計(jì)價(jià)，將根據(jù)里程寄存器中的內(nèi)容計(jì)算和判斷出行駛里程是否已超過(guò)起價(jià)公里數(shù)。若已超過(guò)，則根據(jù)里程值、每公里的單價(jià)數(shù)和起價(jià)數(shù)來(lái)計(jì)算出當(dāng)前的累計(jì)價(jià)格，并將結(jié)果存于價(jià)格寄存器中，然后將時(shí)間和當(dāng)前累計(jì)價(jià)格送顯示電路顯示出來(lái)。

當(dāng)?shù)竭_(dá)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(hào)，就停止計(jì)價(jià)，顯示當(dāng)前所應(yīng)該付的金額和對(duì)應(yīng)的單價(jià)。到下次啟動(dòng)計(jì)價(jià)器時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)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(dāng)產(chǎn)生10次中斷的時(shí)候，也就到了1 s，送數(shù)據(jù)到相應(yīng)的顯示緩沖單元，并調(diào)用顯示子程序?qū)崟r(shí)顯示。

2.3 里程計(jì)數(shù)中斷服務(wù)程序

每當(dāng)霍爾傳感器輸出一個(gè)低電平信號(hào)就使單片機(jī)中斷一次，當(dāng)里程計(jì)數(shù)器對(duì)里程脈沖計(jì)滿(mǎn)1 000次時(shí)，就有程序?qū)?dāng)前總額累加，使微機(jī)進(jìn)入里程計(jì)數(shù)中斷服務(wù)程序中。在該程序中，需要完成當(dāng)前行駛里程數(shù)和總額的累加操作，并將結(jié)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(dāng)在計(jì)數(shù)狀態(tài)下霍爾開(kāi)關(guān)沒(méi)有輸出信號(hào)，片內(nèi)的T1定時(shí)器便被啟動(dòng)，每當(dāng)計(jì)時(shí)到達(dá)10 min，就對(duì)當(dāng)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(dāng)中途等待結(jié)束時(shí)，就自動(dòng)切換到正常的計(jì)價(jià)。

2.5 啟動(dòng)/清除計(jì)程中斷服務(wù)程序

當(dāng)系統(tǒng)有啟動(dòng)/清除中斷請(qǐng)求產(chǎn)生時(shí)，可以設(shè)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(biāo)志寄存器的內(nèi)容相應(yīng)置“1”或清“0”。其中，標(biāo)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(shù)據(jù)，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(diào)節(jié)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(dāng)沒(méi)有按鍵按下的時(shí)候，單片機(jī)循環(huán)主程序，一旦右鍵按下，便轉(zhuǎn)向相應(yīng)的子程序處理，處理結(jié)束再返回。

3 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)具有功能強(qiáng)，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(jì)價(jià)器采用單片機(jī)作為核心控制元件，采用靈敏的霍爾傳感器器件作為檢測(cè)，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(jì)價(jià)不準(zhǔn)確，使用壽命短等缺點(diǎn)。是一款十分實(shí)用的方案。