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摘要：本文介绍了一种以AT89C51单片机为主要核心控制器的出租车计价器的设计。该计价器采用单片CPU结构，具有计程计价功能、时钟显示功能、数据显示功能、附加费功能等。充分利用51系列单片机的高性能、高速、且具有快速的I/O操作等优点，成功构建了准确、实用的出租车计价器系统。
关键词：出租车计价器，AT89C51，555定时器，PWM调速
Abstract: This paper introduces a design based on AT89C51 microcontroller as the core controller of the taxi meter. The meter adopts single chip CPU structure, with the taxi pricing function, the clock display function, data display, additional functions. Make full use of the 51 Series MCU high performance, high speed, and has the advantages of fast I/O, was successfully constructed, accurate, practical Taximeter system.
Keywords: taximeter, AT89C51555 timer, PWM control
中图分类号：S611 文献标识码：A文章编号：
一、计价器硬件系统设计
1.1计价出租器的工作原理
现阶段，大部分的计价器系统基本都是由A44E霍尔传感器、AT89S51单片机、独立键盘、电源模块和显示数码管五部分组成。
在出租车中，霍尔传感器通常安装在车轮上，用来检测汽车行进的公里数，并产生一系列相应的脉冲送到单片机来进行处理，然后单片机通过计算脉冲数转化为行驶公里数，接着实现对金额的计算，并将计算好的金额、里程以及单价都在数码管上进行实时地显示。独立键盘可以调节各种价格和里程显示等相关数据，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。硬件电路主要包括以下几部分：AT89C51单片机最小系统、霍尔传感器检测单元、数据显示单元、按键电路、稳压电源、基于555定时器的PWM波电机调速电路等。系统结构图如图1-1所示：
图1-1 出租车计价器基本原理图
1.2 霍尔传感器测速单元设计
传感器通常由敏感元件和转换元件組成。常用的转子速度检测传感器有：电磁式位置传感器、磁敏式位置传感器、光电式位置传感器。霍尔元件式位置传感器是磁敏式位置传感器的一种，其原理是利用半导体的磁电效应中的霍尔效应，将被测物理量转换成霍尔电势信号来作用的。它具有对磁场敏感、结构简单牢固、体积小、重量轻、寿命长、安装方便、功耗小、频率响应宽、输出电压变化大、耐振动、不怕灰尘、油污、水汽及烟雾等的污染或腐蚀等优点。因此，在测量、自动化、计算机和信息技术等领域得到广泛的应用。
A44E是一种开关型的霍尔器件，它由稳压器、霍尔电势发生器、差分放大器、施密特触发器以及OC门输出五部分组成。其工作电压范围较广，且所输出的信号满足TTL电平标准，可以直接与单片机的I/O 端口进行连接，而且其最高检测频率可达到1MHZ。其原理如图1-2所示:
图1-2霍尔传感器测距接线图
出租车中需要一个能够准确获得车轮转动次数的装置，并将此得到标准的脉冲信号送单片机的P3.2引脚。设车轮周长为1m，则霍尔传感器每产生1000个脉冲表示车已行程1km。选择P3.2口的外部中断0作为信号的输入端，这样车轮每转一圈，霍尔开关就检测并输出方波信号，使单片机进行中断反应，并开始对脉冲进行计数，当计数达到1000次时，相对应的路程是1km，单片机就控制将金额自动的增加。
1.3 数据显示单元设计
LED显示器是由LED发光二极管衍生出的一种具有显示功能的器件，是对发光二极管的一种改良。LED是发光二极管的简称，可以将电能转换成光能。其本身也是一种发光体。LED显示器是由发光二极管排列组成的显示器件。提供低电压进行扫描驱动，具有:耗电少、使用寿命长、成本低、故障少、视角大以及可视距离远等特点。不仅如此，它的响应时间很短（一般不超过0.1us），亮度也比较高。所以本设计采用LED显示器作为数据显示单元。
本电路原理是利用74LS164串行输入并行输出的移位寄存器，在时钟信号到来时，数据信号被接收且按位向下移动，数据传输完毕后输出端并行输出驱动数码管点亮。
74LS164是高速硅门CMOS器件，与低功耗肖特基型 TTL 器件的引脚兼容。它是8 位边沿触发式移位寄存器，串行输入数据，然后并行输出。数据通过两个输入端（DSA 或 DSB）之一串行输入，两个输入端通常接在一起使用。时钟 (CP) 每次由低变高时，数据右移一位，两个数据输入端（DSA 和 DSB）的逻辑与，它将在上升时钟沿到来之前建立一个时间的长度。
表1 74LS164引脚说明
LED数码管显示器有两种结构：按公共端COM所接电平不同分为，共阴极接法和共阳极接法。本电路采用共阳极接法。显示部分整体电路图如图1-3所示：
图1-3 显示部分完整电路图
1.4 按键单元的设计
在本设计的过程里，我们在电路中共采用了四个按键。四个按键通过两个74HC20实现相与的功能，输出端接外部中断0，在中断中选择要处理的按键程序。电路图如下图1-4所示：
图1-4 按键电路图
1.5 电源模块的设计
我们最熟悉的电源是220V交流市电，但在电子电路或者计算机上必须现将其转换为直流稳压电源后才能使用（汽车上通常无交流电源，不需要整流电路，此处电源设计仅为方便仿真与调试而制作）。本设计中共需要2个电源：给单片机供电的直流5V电源和给仿真调试中小电机供电的直流12V电源。二者原理相似，下面就正12V稳压电源做简单介绍，电路图如图1-5所示：
图1-5正12V稳压电路图
1.6 基于555定时器PWM电机调速电路
为方便调试霍尔电路、计费和等待附加收费等程序，在本设计中还进行了直流电机调速电路部分的设计。这是一个基于555定时器的占空比可调脉冲振荡器，其中，占空比的大小可由电位器改变充放电时间来进行调节。电机M是用它的输出脉冲驱动的，脉冲占空比与电机电驱电流及转速成正相关关系，因此调节电位器的数值就能够实现对调整电机速度的调节。下图中电机两端并联续流二极管，在功放管截止期间为电驱电流提供通路，既保证电驱电流的连续性，又防止电驱线圈的自感反电动势损坏功放管。
图1-6 基于555定时器的电机PWM调速
二、计价器软件系统设计
主程序中的一些数据编写都要参考一定的标准，白天的起步价和晚上的起步价是怎样规定和区分的；当车速小于一定的值和停车等待的时候是怎样计时计费的等等。我们采用拟定的出租车计价标准进行编写，下面是其规定的解释与说明：白天出租车起步价10元，含3km，公里租价为2元。当车速小于等于每小时12km时，除继续按照里程计费外，开始时间累加计费，每五分钟加价2元。夜里时间为23时至次日5时，起步价变为13元，含3km,每公里租价为3元。当车速小于等于每小时12km时，除继续按照里程计费外，开始时间累加计费，每五分钟加价3元。主程序流程图如图2-1所示:
图2-1 主程序流程图
四、结束语
本文所设计的计价器不但可以实现最基本的计价功能，还可以依照白天、黑夜、中途等待等具体情况来进行单价的调节，并且在不计价的情况下还可以作为时钟来使用。同时键盘上还设置有时间调节按钮，方便司机进行校时。
参考文献
[1]杨树兴、李擎等《计算机控制系统—理论、技术与应用》.北京机械工业出版社，2009
[2]王晓明主编《电动机的单片机控制》.北京.北京航空航天大学出版社，2007.8
[3]李仁定主编《电机的微机控制》.北京.机械工业出版社，2004.1
[4]张俊谟主编《单片机中级教程》.北京.北京航空航天大学出版社，2000.6
关键词：出租车计价器，AT89C51，555定时器，PWM调速
Abstract: This paper introduces a design based on AT89C51 microcontroller as the core controller of the taxi meter. The meter adopts single chip CPU structure, with the taxi pricing function, the clock display function, data display, additional functions. Make full use of the 51 Series MCU high performance, high speed, and has the advantages of fast I/O, was successfully constructed, accurate, practical Taximeter system.
Keywords: taximeter, AT89C51555 timer, PWM control
中图分类号：S611 文献标识码：A文章编号：
一、计价器硬件系统设计
1.1计价出租器的工作原理
现阶段，大部分的计价器系统基本都是由A44E霍尔传感器、AT89S51单片机、独立键盘、电源模块和显示数码管五部分组成。
在出租车中，霍尔传感器通常安装在车轮上，用来检测汽车行进的公里数，并产生一系列相应的脉冲送到单片机来进行处理，然后单片机通过计算脉冲数转化为行驶公里数，接着实现对金额的计算，并将计算好的金额、里程以及单价都在数码管上进行实时地显示。独立键盘可以调节各种价格和里程显示等相关数据，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。硬件电路主要包括以下几部分：AT89C51单片机最小系统、霍尔传感器检测单元、数据显示单元、按键电路、稳压电源、基于555定时器的PWM波电机调速电路等。系统结构图如图1-1所示：
图1-1 出租车计价器基本原理图
1.2 霍尔传感器测速单元设计
传感器通常由敏感元件和转换元件組成。常用的转子速度检测传感器有：电磁式位置传感器、磁敏式位置传感器、光电式位置传感器。霍尔元件式位置传感器是磁敏式位置传感器的一种，其原理是利用半导体的磁电效应中的霍尔效应，将被测物理量转换成霍尔电势信号来作用的。它具有对磁场敏感、结构简单牢固、体积小、重量轻、寿命长、安装方便、功耗小、频率响应宽、输出电压变化大、耐振动、不怕灰尘、油污、水汽及烟雾等的污染或腐蚀等优点。因此，在测量、自动化、计算机和信息技术等领域得到广泛的应用。
A44E是一种开关型的霍尔器件，它由稳压器、霍尔电势发生器、差分放大器、施密特触发器以及OC门输出五部分组成。其工作电压范围较广，且所输出的信号满足TTL电平标准，可以直接与单片机的I/O 端口进行连接，而且其最高检测频率可达到1MHZ。其原理如图1-2所示:
图1-2霍尔传感器测距接线图
出租车中需要一个能够准确获得车轮转动次数的装置，并将此得到标准的脉冲信号送单片机的P3.2引脚。设车轮周长为1m，则霍尔传感器每产生1000个脉冲表示车已行程1km。选择P3.2口的外部中断0作为信号的输入端，这样车轮每转一圈，霍尔开关就检测并输出方波信号，使单片机进行中断反应，并开始对脉冲进行计数，当计数达到1000次时，相对应的路程是1km，单片机就控制将金额自动的增加。
1.3 数据显示单元设计
LED显示器是由LED发光二极管衍生出的一种具有显示功能的器件，是对发光二极管的一种改良。LED是发光二极管的简称，可以将电能转换成光能。其本身也是一种发光体。LED显示器是由发光二极管排列组成的显示器件。提供低电压进行扫描驱动，具有:耗电少、使用寿命长、成本低、故障少、视角大以及可视距离远等特点。不仅如此，它的响应时间很短（一般不超过0.1us），亮度也比较高。所以本设计采用LED显示器作为数据显示单元。
本电路原理是利用74LS164串行输入并行输出的移位寄存器，在时钟信号到来时，数据信号被接收且按位向下移动，数据传输完毕后输出端并行输出驱动数码管点亮。
74LS164是高速硅门CMOS器件，与低功耗肖特基型 TTL 器件的引脚兼容。它是8 位边沿触发式移位寄存器，串行输入数据，然后并行输出。数据通过两个输入端（DSA 或 DSB）之一串行输入，两个输入端通常接在一起使用。时钟 (CP) 每次由低变高时，数据右移一位，两个数据输入端（DSA 和 DSB）的逻辑与，它将在上升时钟沿到来之前建立一个时间的长度。
表1 74LS164引脚说明
LED数码管显示器有两种结构：按公共端COM所接电平不同分为，共阴极接法和共阳极接法。本电路采用共阳极接法。显示部分整体电路图如图1-3所示：
图1-3 显示部分完整电路图
1.4 按键单元的设计
在本设计的过程里，我们在电路中共采用了四个按键。四个按键通过两个74HC20实现相与的功能，输出端接外部中断0，在中断中选择要处理的按键程序。电路图如下图1-4所示：
图1-4 按键电路图
1.5 电源模块的设计
我们最熟悉的电源是220V交流市电，但在电子电路或者计算机上必须现将其转换为直流稳压电源后才能使用（汽车上通常无交流电源，不需要整流电路，此处电源设计仅为方便仿真与调试而制作）。本设计中共需要2个电源：给单片机供电的直流5V电源和给仿真调试中小电机供电的直流12V电源。二者原理相似，下面就正12V稳压电源做简单介绍，电路图如图1-5所示：
图1-5正12V稳压电路图
1.6 基于555定时器PWM电机调速电路
为方便调试霍尔电路、计费和等待附加收费等程序，在本设计中还进行了直流电机调速电路部分的设计。这是一个基于555定时器的占空比可调脉冲振荡器，其中，占空比的大小可由电位器改变充放电时间来进行调节。电机M是用它的输出脉冲驱动的，脉冲占空比与电机电驱电流及转速成正相关关系，因此调节电位器的数值就能够实现对调整电机速度的调节。下图中电机两端并联续流二极管，在功放管截止期间为电驱电流提供通路，既保证电驱电流的连续性，又防止电驱线圈的自感反电动势损坏功放管。
图1-6 基于555定时器的电机PWM调速
二、计价器软件系统设计
主程序中的一些数据编写都要参考一定的标准，白天的起步价和晚上的起步价是怎样规定和区分的；当车速小于一定的值和停车等待的时候是怎样计时计费的等等。我们采用拟定的出租车计价标准进行编写，下面是其规定的解释与说明：白天出租车起步价10元，含3km，公里租价为2元。当车速小于等于每小时12km时，除继续按照里程计费外，开始时间累加计费，每五分钟加价2元。夜里时间为23时至次日5时，起步价变为13元，含3km,每公里租价为3元。当车速小于等于每小时12km时，除继续按照里程计费外，开始时间累加计费，每五分钟加价3元。主程序流程图如图2-1所示:
图2-1 主程序流程图
四、结束语
本文所设计的计价器不但可以实现最基本的计价功能，还可以依照白天、黑夜、中途等待等具体情况来进行单价的调节，并且在不计价的情况下还可以作为时钟来使用。同时键盘上还设置有时间调节按钮，方便司机进行校时。
参考文献
[1]杨树兴、李擎等《计算机控制系统—理论、技术与应用》.北京机械工业出版社，2009
[2]王晓明主编《电动机的单片机控制》.北京.北京航空航天大学出版社，2007.8
[3]李仁定主编《电机的微机控制》.北京.机械工业出版社，2004.1
[4]张俊谟主编《单片机中级教程》.北京.北京航空航天大学出版社，2000.6