计算机控制技术.docx
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计算机控制技术
计算机控制技术
课程设计
成绩评定表
设计课题:
出租车计价器设计
学院名称:
电气工程学院
专业班级:
学生姓名:
学号:
指导教师:
设计地点:
中2#421
设计时间:
2011.06.28~2011.07.03
指导教师意见:
成绩:
签名:
2011年月日
计算机控制技术
课程设计
课程设计名称:
出租车计价器设计
专业班级:
学生姓名:
学号:
指导教师:
设计地点:
中2#421
课程设计时间:
2011.06.28~2011.07.03
计算机控制技术课程设计任务书
学生姓名
专业班级
学号
题目
出租车计价器设计
课题性质
工程设计
课题来源
自拟课题
指导教师
主要内容
出租车计价器是乘客与司机双方的交易准则,它是出租车行业发展的重要标志,是出租车中最重要的工具。
它关系着交易双方的利益。
具有良好性能的计价器无论是对广大出租车司机朋友还是乘客来说都是很必要的。
出租车计价器的主要功能是计价显示、时钟显示、根据白天、黑夜、途中等待来调节营运参数、计量数据查询等。
任务要求
第1天:
熟悉课程设计任务及要求,针对课题查阅技术资料。
第2天:
确定设计方案。
要求对设计方案进行分析、比较、论证,画出方框图,并简述工作原理。
第3-4天:
按照确定的方案设计单元电路。
要求画出单元电路图,元件及元件参数选择要有依据,各单元电路的设计要有详细论述。
第5天:
撰写课程设计报告。
要求内容完整、图表清晰、文理流畅、格式规范、方案合理、设计正确,篇幅不少于5000字。
主要参
考资料
[1]赵建领.51单片机开发与应用技术详解.北京:
电子工业出版社,2009
[2]熊静琪.计算机控制技术.北京:
电子工业出版社,2003
[3]高金源.计算机控制技术.北京:
北京航空航天大学出版社,2001
[4]张晋格.计算机控制原理与应用.北京:
电子工业出版社,1995
审查意见
系(教研室)主任签字:
年月日
目录
1.引言1
1.1课题背景1
1.2.功能1
2.总体方案设计2
2.1方案论证2
2.2工作原理2
3.硬件电路设计3
3.1单片机最小系统单元3
3.2键盘控制单元4
3.3AT24C01存储单元设计4
3.4里程计算、计价单元设计5
3.5数据显示单元设计6
4软件设置8
4.1系统主程序设计8
4.2定时中断服务程序8
4.3里程计数中断服务程序8
4.4中途等待中断服务程序9
4.5显示子程序服务程序9
4.6键盘服务程序9
5.总结10
参考文献10
附录系统总电路图11
1.引言
1.1课题背景
随着生活水平的提高,人们已不再满足于衣食住的享受,出行的舒适已受到越来越多人的关注。
于是,出租车行业以低价高质的服务给人们带来了出行的享受。
但总存在着买卖纠纷困扰着行业的发展。
而在出租车行业中解决这一矛盾的最好方法就是改良计价器,用更加精良的计价器来为乘客提供更加方便快捷的服务。
我国在70年代开始出租车,但那时的计费系统大都是国外进口不但不够准确,价格还十分昂贵。
随着改革开放日益深入,出租车行业的发展势头已十分突出,国内各机械厂家纷纷推出国产计价器。
出租车计价器的功能从刚开始的只显示路程(需要司机自己定价,计算后四舍五入),到能够自主计费,以及现在能够打发票和语音提示、按时间自主变价等功能。
随着城市旅游业的发展,出租车行业已成为城市的窗口,象征着一个城市的文明程度。
凡乘过出租车的人都知道,只要汽车开动,随着行驶里程的增加,就会看到汽车前面的计价器里程数字显示的读数从零逐渐增大,而当行驶到某一值时,计费数字显示开始从起步价增加。
当出租车到达某地需要在那里等候时,系统会自动根据时间进行计时,每等候一定时间,计费显示就增加一个该收的等候费用。
汽车继续行驶时,停止计算等候费,继续增加里程计费。
到达目的地,便可按显示的数字收费。
出租车计价器是乘客与司机双方的交易准则,它是出租车行业发展的重要标志,是出租车中最重要的工具。
它关系着交易双方的利益,具有良好性能的计价器无论是对广大出租车司机朋友还是乘客来说都是很必要的。
因此,汽车计价器的研究也是十分有应用价值的
1.2.功能
本设计采用AT89S51单片机为主控器,以A44E霍尔传感器测距,实现对出租车的多功能的计价设计,并采用掉电存储单元AT24C01来实现在系统掉电的时候保存单价和系统时间等信息,输出采用6段数码显示管。
本电路设计的计价器不但能实现基本的计价,而且还能根据白天,黑夜,中途等待来调节单价具体要求:
实现当前车速的检测;
实现运行里程的检测;
实现出租车费用的计算并显示信息。
2.总体方案设计
2.1方案论证
采用单片机控制。
以单片机为核心,设计上采用89S51单片机为主控器,以A44E霍尔传感器测距,并采用AT24C02实现在系统掉电的时候保存单价和系统时间等信息,输出采用7段数码显示管。
利用单片机丰富的I/O端口,及其控制的灵活性,实现基本的里程计价功能和价格调整、显示功能原理机构图如图1所示:
图1总体设计思路框图
2.2工作原理
计数器系统主要有五部分组成:
A44E霍尔传感器、AT89S51单片机、独立键盘、EEPROMAT24C01和显示数码管。
霍尔传感器安装在车轮上,主要检测汽车行进的公里数,并产生一系列相应的脉冲输出,脉冲送到单片机进行处理,单片机根据程序设定通过计算脉冲数换算出行驶公里数,再根据从EEPROM中读取的价格等相关数据进行金额的计算,计算好的金额、里程和单价都实时地显示在数码管上。
独立键盘可以调节价格等相关数据。
按下相应的按钮,产生信号交由单片机处理并实时显示出来,调节好的数据存储到EEPROM中,掉电后可以使调好的数据不丢失,下次得电后直接从EEPROM读到单片机,系统结构图如图2所示:
图2系统结构
3.硬件电路设计
3.1单片机最小系统单元
AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗,高性能CMOS8位单片机,片内含4KB的可系统编程的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准8051指令系统及引脚。
它集Flash程序存储器既可在线编程(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,具有高性价比。
其总体设计电路图如图3所示:
图3总体设计电路图
3.2键盘控制单元
按当单价等信息需要进行修改时,就要用到键盘进行修改。
由于调节信息不多,故采用4个独立键盘即可,分别实现清零、切换、增大、减小和功能等作用。
电路原理如图4所示。
图4键盘控制单元接线图
S1:
接P1.0口,对上一次的计费进行清零,为下次载客准备
S2:
接P1.1口,实现白天和夜晚单价的切换;当功能键S4按下时,S2可对数据进行增大。
S3:
接P1.2口,当功能键S4按下时,S3可对数据进行减小。
S4:
接P1.3口,按1次,进入调整白天单价;按2次,进入调整夜晚单价;按3次,进入调整等待单价;按4次,进入调整起步价;按5次,返回。
3.3AT24C01存储单元设计
掉电存储单元的作用是在电源断开的时候,存储当前设定的单价信息。
AT24C02是ATMEL公司的2KB字节的电可擦除存储芯片,采用两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。
其电路如图5所示。
图5掉电存储电路原理图
图中R8、R10是上拉电阻,其作用是减少AT24C02的静态功耗,由于AT24C02的数据线和地址线是复用的,采用串口的方式传送数据,所以只用两根线SCL(移位脉冲)和SDA(数据/地址)与单片机传送数据。
每当设定一次单价,系统就自动调用存储程序,将单价信息保存在芯片内;当系统重新上电的时候,自动调用读存储器程序,将存储器内的单价等信息,读到缓存单元中,供主程序使用。
3.4里程计算、计价单元设计
里程计算是通过安装在车轮上的霍尔传感器A44E检测到的信号,送到单片机,经处理计算,送给显示单元的。
其原理如图6所示。
图6传感器测距示意图
由于A44E属于开关型的霍尔器件,其工作电压范围比较宽(4.5~18V),其输出的信号符合TTL电平标准,可以直接接到单片机的IO端口上,而且其最高检测频率可达到1MHZ。
A44E集成霍耳开关由稳压器A、霍耳电势发生器(即硅霍耳片)B、差分放大器C、施密特触发器D和OC门输出E五个基本部分组成。
在输入端输入电压CCV,经稳压器稳压后加在霍耳电势发生器的两端,根据霍耳效应原理,当霍耳片处在磁场中时,在垂直于磁场的方向通以电流,则与这二者相垂直的方向上将会产生霍耳电势差HV输出,该HV信号经放大器放大后送至施密特触发器整形,使其成为方波输送到OC门输出。
当施加的磁场达到“工作点”(即OPB)时,触发器输出高电压(相对于地电位),使三极管导通,此时OC门输出端输出低电压,通常称这种状态为开。
当施加的磁场达到“释放点(即rPB)时,触发器输出低电压,三极管截止,使OC门输出高电压,这种状态为关。
这样两次电压变换,使霍耳开关完成了一次开关动作。
我们选择了P3.2口作为信号的输入端,内部采用外部中断0(这样可以减少程序设计的麻烦),车轮每转一圈(我们设车轮的周长是1米),霍尔开关就检测并输出信号,引起单片机的中断,对脉计数,当计数达到1000次时,也就是1公里,单片机就控制将金额自动的加增加,其计算公式:
当前单价×公里数=金额。
3.5数据显示单元设计
由于设计要求有单价(2位)、路程(2位)、总金额(3位)显示输出,加上我们另外扩展了时钟显示(包含时分秒的显示),采用LCD液晶段码显示,在距离屏幕1米之外就无法看清数据,不能满足要求,而且在白天其对比度也不能够满足要求,因此我们采用6位LED数码管的分屏显示,如图7所示:
图76位LED数码管的分屏显示
数据的分屏的显示是通过按键S1来实现切换的,如图8所示。
图8S1切换显示屏
在出租车不走的时候,按下S1,可以实现数据的分屏显示;车在行走的时候只有总金额和单价显示屏在显示,当到达目的地的时候,客户要求查看总的里程的时候,就可以按下S1切换到里程和单价显示屏,供客户查询。
显示电路
的电路原理图如图9所示:
图9显示器原理图
从单片机串口输出的信号先送到左边的移位寄存器(74HC164),由于移位脉冲的作用,使数据向右移,达到显示的目的。
移位寄存器74HC164还兼作数码管的驱动,插头1(header1)接电源,插头2(header2)接数据和脉冲输出端。
电路中的三个整流管D1~D3的作用是降低数码管的工作电压,增加其使用寿命。
4软件设置
4.1系统主程序设计
在主程序模块中,需要完成对各接口芯片的初始化、出租车起价和单价的初始化、中断向量的设计以及开中断、循环等待等工作。
另外,在主程序模块中还需要设置启动/清除标志寄存器、里程寄存器和价格寄存器,并对它们进行初始化。
然后,主程序将根据各标志寄存器的内容,分别完成启动、清除、计程和计价等不同的操作。
主程序流程图如图9所示。
当按下S1时,就启动计价,将根据里程寄存器中的内容计算和判断出行驶里程是否已超过起价公里数。
若已超过,则根据里程值、每公里的单价数和起价数来计算出当前的累计价格,并将结果存于价格寄存器中,然后将时间和当前累计价格送显示电路显示出来。
当到达目的地的时候,由于霍尔开关没有送来脉冲信号,就停止计价,显示当前所应该付的金额和对应的单价,到下次启动计价时,系统自动对显示清零,并重新进行初始化过程。
4.2定时中断服务程序
在定时中断服务程序中,每100ms产生一次中断,当产生10次中断的时候,也就到了一秒,送数据到相应的显示缓冲单元,并调用显示子程序实时显示。
其程序流程如图11所示。
4.3里程计数中断服务程序
每当霍尔传感器输出一个低电平信号就使单片机中断一次,当里程计数器对里程脉冲计满1000次时,使微机进入里程计数中断服务程序中。
在该程序中,需要完成当前行驶里程数和总额的累加操作,并将结果存入里程和总额寄存器中。
4.4中途等待中断服务程序
当在计数状态下霍尔开关没有输出信号,片内的T1定时器便被启动,每当计时到达10分钟,就对当前金额加上中途等待的单价,以后每十分钟都自动加上中途等待的单价。
当中途等待结束的时候,也就自动切换到正常的计价。
4.5显示子程序服务程序
由于是分屏显示数据,所以就要用到4个显示子程序,分别是:
时分秒显示子程序(HMS_DIS)、金额单价显示子程序(CP_DIS)、路程单价显示子程序(DP_DIS)、单价调节子程序(PA_DIS)。
4.6键盘服务程序
键盘采用查询的方式,放在主程序中,当没有按键按下的时候,单片机循环主程序,一旦有按键按下,便转向相应的子程序处理,处理结束再返回。
图10主程序流程图
图11定时中断服务程序
5.总结
本款出租车计价器比目前市场现在的增加了不少功能,其中包括单价输出、单价调整、路程输出、显示当前的系统时间、语音播报数据信息等功能。
另外,多功能出租车计价器还具有性能可靠、电路简单、成本低、实用性强等特点,加上经过优化的程序,使其有很高的智能化水平。
通过本次课程设计,不仅使我对学过的单片机知识有了很多的巩固,同时也对单片机这一门课程产生了更大的兴趣。
在本次课程设计过程中,我学会了在网络上查找有关本设计的各硬件的资源,其中包括:
AT89S51单片机及其引脚说明、AT24C02引脚图及其引脚功能等,为本次课程设计提供了一定的资料。
由于平时很少进行课程设计,所以对于课程设计报告的格式也是近期才接触到,经过这两次的设计,为我们以后毕业设计的制作也奠定了一定的基础。
参考文献
[1]赵建领.51单片机开发与应用技术详解.北京:
电子工业出版社,2009
[2]熊静琪.计算机控制技术.北京:
电子工业出版社,2003
[3]高金源.计算机控制技术.北京:
北京航空航天大学出版社,2001
[4]张晋格.计算机控制原理与应用.北京:
电子工业出版社,1995
附录系统总电路图
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