基于AT89S52的出租车计价器设计Word格式文档下载.docx
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基于AT89S52的出租车计价器设计Word格式文档下载.docx
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AT89S52单片机是低功耗,高性能CMOS8位单片机,片内含8Kbytes的可系统编程的Flash只读程序存储器,兼容标准8051指令系统及引脚。
可在线编程(ISP)也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片芯片中,功能强大,低价AT89S52单片机可灵活应用于各种控制领域。
1.2.3电机模块选择
采用直流减速电机。
直流减速电机转动力矩大,速度大,体积小,重量轻适合进行车速检测。
1.2.4电机驱动模块选择
采用分立元件组成H桥驱动电路;
采用电机专用芯片L298N。
H桥有四个三极管组成,可方便实现直流电机的四象限运行,分别对应正转、正转制动、反转、反转制动。
但分立元件占用空间大。
专用驱动芯片L298N,响应频率高,一片可以控制两个直流电机,操作方便,稳定性好,性能优良。
综合比较分析我们选用方案二。
1.2.5键盘输入
不使用任何专用芯片,只用4个I/O口检测16个按键,不停地对按键进行扫描来检测键盘的按下、开启中断,利用二极管的特性来对按键分组设置。
1.2.6数码管显示驱动选择
采用三极管驱动数码管。
采用移位寄存器74HC164驱动。
本设计中我们应用的是共阳数码管,用三极管驱动数码管简单但是占用空间。
用贴片形式的74HC164专用芯片驱动,驱动能力强,占用空间小,显示稳定。
经过综合比较分析我们选用方案二。
1.2.7语音芯片选择
采用集成度较高SYN6288芯片,其最大特点是通过异步串口(UART)通信方式从单片机自动读出显示的数据,其接口简单,低功耗,音色清亮圆润,极高的性价比。
1.2.8车速检测元件选择
方案一:
采用霍尔传感器集成芯片A44E
方案二:
采用光电传感器
霍尔元件是一种磁传感器,只能跟磁性物质组成曲线,成本高。
反射式光电传感器采用一体化结构,利用黑线白线反射光的的强弱寻迹,灵敏度高,体积小,且结构紧凑安装方便。
经过仔细的分析和论证,确定了系统的最终方案如下:
(1)电源模块:
选用LM2576三端稳压芯片
(2)控制器:
AT89S52单片机。
(3)电机模块:
直流减速电机。
(4)电机驱动模块:
L298芯片驱动。
(5)数码管驱动:
74HC595驱动芯片。
(6)车速检测元件:
光电传感器。
(7)语音芯片:
SYN6288芯片。
(8)信息存储芯片:
24C02芯片。
(9)时钟模块:
DS1302芯片。
(10)无线发射接收模块:
运用PT2272、PT2262。
(11)打印机:
讯普SP-E1610SK-12微型打印机。
(12)按键模块:
用4个I/O口检测16个按键
2系统硬软件设计与实现
2.1硬件电路设计
2.1.1电源部分
本设计模块采用LM2576开关型降压稳压器,它内部含有频率补偿器和一个固定频率振荡器,它能驱动3A的负载。
本电路中打印机驱动电流为1.5A,整板电路工作电流1A以上,电路图如图2-1所示。
图2-1电源部分
2.1.2控制器部分
本模块中采用AT89s52单片机。
AT89S52是低功耗,高性能CMOS8位单片机,片内含8K字节的可系统编程的Flash只读程序存储器,兼容标准8051指令系统及引脚,如图2-2所示。
图2-2AT89S52单片机最小系统
2.1.3数据显示部分
图2-3数据显示电路
本模块由3路74HC164驱动八位共阳数码管级联而成,移位寄存器74HC164驱动能力强,占用空间小,显示稳定。
该模块需要24个数码管显示数据,需要驱动能力强的芯片驱动。
2.1.4电机驱动部分
本设计采用电机专用芯片L298N。
专用驱动芯片L298N,响应频率高,一片可以控制两个直流电机,操作方便,稳定性好,性能优良,如图2-4。
图2-4电机驱动模块
2.1.5时钟部分
本设计中运用具有充电功能的时钟芯片DS1302,DS1302一种高性能、低功耗的实时时钟芯片,采用SPI三线接口与CPU进行同步通信;
时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年,具有闰年补偿功能,如图2-5。
图2-5时钟模块
2.1.6语音播报模块
图2-6语音播报模块
SYN6288通过异步串口接收待合成的文本,实现文本到声音(TTS)的转换。
SYN6288语音合成芯片继承了OSYNO6188的优秀特点:
最小SSOP28L贴片封装,硬件接口简单,极高的性价比;
除此之外,SYN6288文本识别更智能,语音合成更自然,语音合成效果和智能识别效果大幅度提高,是一款面向中高端应用领域的语音合成芯片,电路图如图2-6所示。
2.1.7信息存储部分
图2-724C02信息存储部分
本设计中运用24C02芯片作为信息存储器,芯片AT24C02具有2kB的电可擦除存储芯片,采用2线串行的总线和单片机通讯,电压最低可以到2.5V,额定电流为1mA,静态电流10Ua(5.5V),芯片内的资料可以在断电的情况下保存40年以上而且采用8脚的DIP封装,使用方便。
AT24C02支持IC,总线数据传送协议IC,总线协议规定任何数据传送到总线的器件作为发送器,任何从总线接收的器件为接收器。
数据传送是由产生串行时钟和所有起始停止信号的主器件控制的,总器件从器件都可以作为发送器和接收器,但由主器件控制传送器件的模式,通过器件地址输入端可以实现将AT24C02器件连接到总线上。
2.1.8按键/无线遥控
图2-8键盘模块
2-9发射模块
2-10接收模块
按键部分我们设计了利用单片机的4个I/O口来检测16个按键,通过无线来对电路控制,通过发射模块的四个按键,发送数据,接收模块接收数据后控制独立按键,即通过无线遥控来控制独立按键。
2.1.9超速提醒与按键设置
在系统程序中通过软件检测行驶速度,当速度高于设置的最高速度时即超速时以语音提醒司机,以避免交通事故发生。
按键部分有营运数据查询键和数据设置键,营运数据查询按键置于计价器的外面,司机通过该查询键可以查看1个月的总营运额与总营运里程,和单次的营运额与营运里程。
短按查看总营运数据,再次短按则循环依次往上翻阅过去单次的营运数据,长按3s则跳出数据查询。
数据设置键则秘码安放于计价器内部,且必须对计价器多处进行铅封,以防止司机通过该按键对营运的重要数据进行设置而作弊,,由功能设置/确认键、UP、DOWN键组成,其中功能设置/确认键对系统时间、起步价、单程/往返单价、等待时间等数据调整进行设置,然后通过UP与DOWN来对数据值进行加与减。
然后再通过功能设置/确认键来对所设数据的确认,最后结束键输出本次乘车的时间、金额并打印出发票。
2.1.10打印机及语音控制
图2-11打印语音控制模块电路
当出租车到达某地点,司机翻起空车牌,便产生一个信息通知单片机AT89S51,单片机启动便打印,将行车的中途等待时间,里程单价,金额,日期,等有关信息打印成发票,该电路采用接口插扳方式与单片机接口相连,这样使计价器的票价打印在功能表上与主机统一,微打与单片机通过并行接口相连,但所需要打印的数据出现在打印机上时,STB只要从高电平转到低电平,在从低电平转到高电平就可以把数据打印。
2.1.11路程测量部分
出租车中需要一个能准确获得车轮转动即路程计量信号的装置,已得到标准的脉冲信号,送入单片机的定时器、计数器中,利用单片机的T1口的计数功能来测出车轮每没转一周完成1次的计数后产生中断来完成路程的测量。
系统中小车车轮的直径为6mm,运行的路程为:
C=2*3.14*3mm;
设小车运行一周的时间为t,则速度为:
v=C/t=2*3.14*3mm/t。
2.2软件电路设计
软件设计的流程图如下:
3系统测试和调整
3.1测试内容
(1)24位数码管显示时钟、里程、金额、时速和等待时间。
(2)实时检测并显示车速、累计等待时间。
(3)通过按键模拟单程/往返。
(4)按暂停键,计价器暂停计价。
(5)反复按查询按键数码管以此显示总等待时间、里程数、金额数。
(6)检测等待时间计价功能。
(7)键盘预置、增加起步价、起步价里程、每公里价格预置及密码保护功能。
3.2测试仪器
表3-2:
仪器名称
型号
用途
数量
数字万用表
UIN-T
测量各驱动电路参数是否满足要求
1
计算机
方正PC机
调试程序
激光测速仪
DM6236P
测量速度
3.3测试结果与分析
见附录1。
4总结
通过四天三夜的艰苦奋战,在同组三人的紧密团结、共同努力下,小组顺利完成了设计任务,并有所发挥,这是与大学的理论学习、平时的电子设计训练及老师的教导分不开的。
通过这段时间的训练和比赛,不仅增强了动手能力、加深了对理论知识的理解,还学到了许多课堂学不到的知识。
虽然过程是艰苦的,但最终成功的喜悦同样令人快乐。
通过这次比赛,在硬件电路设计、软件编程方面得到了极大的提高。
也让我们再一次体会到“科学技术是第一生产力”的深刻的内涵。
这种体验为走好今后的人生路增添了极大的信心。
我们有信心继续走下去。
期待明天会更好!
参考文献
[1]何立民.单片机应用技术选编[M].北京:
北京航空航天大学出版社,1999.
[2]求实科技.单片机典型模块设计实例导航[M].北京:
人民邮电出版社,2004.
[3]陈小忠.单片机接口技术实用子程序[M].北京:
人民邮电出版社,2005.
[4]赵晶主.电路设计与制版Protel99高级应用[M].北京:
人民邮电出版社,2000.
[5]全国大学生电子设计竞赛组委会.全国大学生电子设计竞赛获奖作品精选[M].北京:
北京理工大学出版社,2000.
附录1:
测试结果数据:
出租车模拟测速装置相关计算及测试结果
一、相关计算:
1、小车车轮周长
直径D=6.37cm,则车轮周长为L=πD=20cm
2、单个方波脉冲对应的弧长
3、车轮光电编码盘采用40分黑白相间的圆纸盘,对应每份的弧长是0.5cm,对应光电传感器测速装置产生20个方波脉冲,每个方波脉冲对应的弧长是1cm。
3、转速计算
设光电传感器每分钟检测到的脉冲数是x个,每转光电传感器测速装置检测到20个方波脉冲,则转速n=
(rpm)
4、车速计算
若里程用S表示,时间用T表示,车速用V表示,车速V=S/T
赛题规定转盘转速为5转/分对应车速5公里/小时,转盘转速为50转/分对应车速50公里/小时,依此类推,按实际转盘转速换算对应车速。
5、单程模式计价:
起步价8元
非等待计费(车速≥5km/h),若2元/km,若非等待里程用X1km表示,则非等待计费为2X1元。
等待计费(车速<
5km/h,每5分钟,按2元/km计算),若等待时间为T1,则等待计费为
元。
(1)单程<
6km无回空费
单程计价金额=起步价+非等待计费+等待计费
=8+2X1+
=8+2X1+0.4T1
测试结果如下:
设定
转速
测试
误差
理论
车速
(km/h)
车速(km/h)
里程
(km)
金额
(元)
实际
3
32
5
12
10
22
20
42
30
62
40
41
2.5%
82
84
2.44%
50
52
4%
102
106
3.92%
(2)单程>
6km有回空费
回空费就是出租车行驶到6公里以上加收的那部分费用。
出租车在6公里内不收回空费,超过6公里的部分,每车每公里加收基本租价50%的空驶费,
非等待计费若2元/km,总行驶里程用X3表示,回空费为X3-6元。
单程计价金额=起步价+非等待计费+等待计费+回空费
+X3-6
=2+2X1+0.4T1+X3
转速(rpm)
理论回空费(元)
实际回空费
金额(元)
4
26
14
56
24
86
34
35
116
119
2.58%
44
46
146
152
4.1%
6、双程模式计价:
起步价8元;
非等待计费(车速≥5km/h),若1.5元/km,若非等待里程用X2表示,则非等待计费为1.5X2元;
5km/h,每5分钟,按1.5元/km计算),若等待时间为T2,则等待计费为
双程计价金额=起步价+非等待计费+等待计费
=8+1.5X2+
=8+1.5X2+0.3T2
5
11
10
18.5
20
33.5
30
48.5
40
41
63.5
65
2.36%
50
52
78.5
80
1.91%
7、速度变化时单程模式无回空费的测试结果如下:
0-30S
30S-60S
测试转速
转速误差
理论车速
测试车速
车速误差
理论等待时间
(min)
测试等待时间
等待时间误差
理论金额
实际金额
误差金额
27
37
47
57
58
1.7%
67
69
3%
8、速度变化时双程模式测试结果如下:
22.25
22.2
0.22%
29.75
29.7
0.17%
37.25
37.2
0.13%
44.75
45.5
1.67%
52.25
53.7
2.77%
附录2:
总原理图:
3路数码管显示原理图:
附录3:
部分源程序:
#include<
reg52.h>
#include"
drive.c"
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
uintmaichong,ll;
uintlucheng;
//floatjine;
uintjine;
uchart,tt,jitime;
uchartimefei,timemiao;
uintlicheng=0;
ucharch;
//单程双程选择
ucharchaxun=0;
uintjin,li,jili;
uintsudu;
uintwaittime=0;
uintwaitfei,waitmiao;
uintt1;
ucharqili=30;
ucharqiqian=80;
ucharqidan=20;
ucharqishuan=15;
bitqianfl
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