基于霍爾傳感器的出租車計價器方案設(shè)計

生活水平不斷提高，出行的舒適已受到越來越多人的關(guān)注。于是，出租車行業(yè)發(fā)現(xiàn)了掘金的良機。但是總存在買賣糾紛困擾著行業(yè)的發(fā)展。歸根究底就是要改良出租車的計價器。

今天介紹的基于單片機系統(tǒng)設(shè)計的出租車計價器是以單片機作為核心的控制元件，采用靈敏的霍爾開關(guān)型器件，具有功能強，性能可靠，電路簡單，成本低的特點，加上經(jīng)過優(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

出租車計價器系統(tǒng)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(shù)碼管顯示電路組成。利用單片機靈活的編程設(shè)計和豐富的I/O端口，及其控制的準確性，不僅能實現(xiàn)基本的里程計價價格調(diào)節(jié)、時鐘顯示，而且能很大程度上實現(xiàn)擴展功能，同時可方便日后對系統(tǒng)進行升級。圖1給出計價器系統(tǒng)框圖。

1.1 里程計算、計價電路的設(shè)計

通過安裝在車輪上的霍爾傳感器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(nèi)部采用外部中斷0，車輪每轉(zhuǎn)一圈(設(shè)車輪的周長是1 m)，霍爾開關(guān)就檢測并輸出信號，引起單片機的中斷，對脈沖計數(shù)，當(dāng)計數(shù)達到1 000次時，也就是1 km，單片機就控制將金額自動增加，其計算公式為：

當(dāng)前單價×公里數(shù)=金額

1.2 數(shù)據(jù)顯示電路的設(shè)計

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

設(shè)計使用一個定時/計數(shù)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鐘的實時顯示功能。同時，利用動態(tài)掃描電路完成對出租車的起價和當(dāng)前累計價的顯示。在出租車不走的時候，按下S1，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分屏顯示;車在行走的時候只有總金額和單價顯示屏在顯示，當(dāng)?shù)竭_目的地的時候，客戶要求查看總里程時，就可以按下S1切換到里程和單價顯示屏，供客戶查詢。

1.3 AT24C02掉電存儲電路的設(shè)計

該設(shè)計優(yōu)點在其簡單性和處理的高效性上。存儲電路的作用是在電源斷開的時候，存儲當(dāng)前設(shè)定的單價信息。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(shè)計，傳輸方式為I2C總線。

一般地址輸入端 A0，A1，A2，寫保護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(shù)據(jù)手冊選擇，通?？蛇x用5～10kΩ的電阻，設(shè)計中選用的電阻阻值為5.1kΩ)后再接單片機的普通I/O口，這便可實現(xiàn)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 啟動及清除電路

在系統(tǒng)電路中，設(shè)計一個啟動/清除按鈕，用來作為啟動里程計數(shù)或清除里程數(shù)計數(shù)的開關(guān)。將該按鈕開關(guān)接到微機系統(tǒng)的某個中斷請求線上，當(dāng)開關(guān)被按下1次時就作為計程啟動中斷請求;再按下1次時，就作為系統(tǒng)的計程清零中斷處理。

1.5 按鍵電路的設(shè)計

電路共采用4個按鍵，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‘-’/中途等待開關(guān)。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)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、出租車起價和單價的初始化、中斷向量的設(shè)計以及開中斷、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/清除標志寄存器、里程寄存器和價格寄存器，并對它們進行初始化。然后，主程序?qū)⒏鶕?jù)各標志寄存器的內(nèi)容，分別完成啟動、清除、計程和計價等不同的操作。

當(dāng)按下S1時，就啟動計價，將根據(jù)里程寄存器中的內(nèi)容計算和判斷出行駛里程是否已超過起價公里數(shù)。若已超過，則根據(jù)里程值、每公里的單價數(shù)和起價數(shù)來計算出當(dāng)前的累計價格，并將結(jié)果存于價格寄存器中，然后將時間和當(dāng)前累計價格送顯示電路顯示出來。

當(dāng)?shù)竭_目的地的時候，由于霍爾開關(guān)沒有送來脈沖信號，就停止計價，顯示當(dāng)前所應(yīng)該付的金額和對應(yīng)的單價。到下次啟動計價器時，系統(tǒng)自動對顯示清零，并重新進行初始化過程。

2.2 定時中斷服務(wù)程序

在定時中斷服務(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顯示。

2.3 里程計數(shù)中斷服務(wù)程序

每當(dāng)霍爾傳感器輸出一個低電平信號就使單片機中斷一次，當(dāng)里程計數(shù)器對里程脈沖計滿1 000次時，就有程序?qū)?dāng)前總額累加，使微機進入里程計數(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)在計數(shù)狀態(tài)下霍爾開關(guān)沒有輸出信號，片內(nèi)的T1定時器便被啟動，每當(dāng)計時到達10 min，就對當(dāng)前金額加上中途等待的單價，以后每10 min都自動加上中途等待的單價。當(dāng)中途等待結(jié)束時，就自動切換到正常的計價。

2.5 啟動/清除計程中斷服務(wù)程序

當(dāng)系統(tǒng)有啟動/清除中斷請求產(chǎn)生時，可以設(shè)定第一次中斷為啟動中斷，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(nèi)容相應(yīng)置“1”或清“0”。其中，標志為“1”時表示本次中斷是啟動中斷;為“0”時表示是清除中斷。

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個顯示子程序，分別是：時分秒顯示子程序(HMS_DIS)，金額單價顯示子程序(CP_DIS)，路程單價顯示子程序(DP_DIS)和單價調(diào)節(jié)子程序(PA_DIS)。

2.7 鍵盤服務(wù)程序

鍵盤采用查詢的方式，放在主程序中，當(dāng)沒有按鍵按下的時候，單片機循環(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

本系統(tǒng)具有功能強，性能可靠，電路簡單，成本低的特點，完全歸功于本出租車計價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)過優(yōu)化的程序，智能化水平更上一層，解決了以往價器計價不準確，使用壽命短等缺點。是一款十分實用的方案。