出租车计费设计管理论文

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摘要

本系统电源电压为+16V，速度传感器具有汽车每运行1㎞提供1000个脉冲信号的特性。显示器可以采用LED数码管。系统采用单片机和FPGA的结合进行系统的主体设计,测控FPGA芯片通过采集传感器脉冲信号WCLK进行里程计算,里程计费,利用外部脉冲信号SCLK产生标准时钟信号,以计算等待时间,等待费用,并产生里程标志(LCBZ),等待标志(DDBZ),熄灯标志(XDBZ)等有关控制标志信号,同时根据单片机发出的开始信号（START），时段标志（SDBZ），传输数据选择（SEL）等控制信号将有关计算结果传送给FPGA芯片。单片机MCU除了完成键盘扫描，显示控制外，还通过P0口与FPGA进行数据交换，并向测控FPGA芯片发出有关控制信号。本设计方案利用单片机和FPGA的结合，发挥它们各自的长处，分工清晰，实际使用和操作符合大众逻辑，容易被人接受。而且，单片机丰富的I/O口和FPGA模块化的设计为系统功能的扩展提供了空间和便利。

关键词计费系统，单片机，FPGA芯片

ABSTRACT

Thesystem′sPowersupplyvoltageto+16V,thevelocitygeneratorhasthecharacteristicthatautoprovide1000pulsessignalseverytimewhilethetaximove1㎞.TheLEDdigitaldisplaycanbeused.ThesystemadoptingmicrocontrollercombinatewithFPGAmakethesystem′smaindesign,themonitoringandcontrolFPGAchipthroughcollectionthepulsesignal(WCLK)fromsensor,formileagecalculation,mileagerates,useofastandardexternalpulsesignal(SCLK)clocksignalstocalculatewaitingtime,waitingcosts,andgeneratemileagesigns(LCBZ)awaitingsigns(DDBZ),XDBZsigns,andaccordingthestartsignal(START),sessionssigns(SDBZ),datatransmissionoptionssigns(SEL)generatbymicrocontrollerwillbetransmittedtotheFPGAchip.Inadditiontothecompletionandtheothercontrolsignalsofkeyboardscanningcontrolthedisplay,microcontroller(MCU)alsothroughtheport(P0)toexchangedatawithFPGA,andmonitoringFPGAchipbythecontrolsignal.ThedesigncombinatstheFPGAandmicrocontrollerintegratedtoplaytheirrespectivestrengths,it′scleardivisionoffunction,theactualusedandtheoperationadoptingthepubliclogicandcanbeeasilyaccepted,Moreover,themicrotrollerisrichinI/OportandthemodulardesignoftheFPGAfortheexpansionofsystemfuctionsprovidemuchmorespaceandfacilities.

KeywordsThecostssystem,Microcontroller,theFPGAchip

出租车是现代人类的重要交通工具，而出租车的计费系统的安全性和先进性是人们普遍关心的问题，要求计费器性能稳定，计费准确，以及预防司机作弊行为等等都关系到乘客的切身利益。因此，设计出符合人们普遍要求及放心的产品具有重要的意义。同时，设计该系统所应用的知识涉及范围广，通过设计可以牢固掌握所学理论知识，对电子信息工程专业的就业方向有初步认识，将理论与实际有机联系起来。应该是对以前所学知识的一次审核吧！

本设计主要介绍了出租车计费系统的设计思路和过程，并给出了所涉及的相关知识的详细介绍。EDA技术应用，单片机的功能及应用，传感器检测技术，VHDL编程语言及汇编语言程序，显示系统设计及按键控制，等等。第一部分为绪论,第二部分为方案论证，第三部分为系统设计，第四部分是硬件及软件实现，第五部分系统检测及分析，第六部分是结论，第七部分是附录,第八部分是参考文献，第九部分是致谢.

目前，普遍的出租车计费器仅仅具有时钟，起步价，里程计费，等待计费及显示几个功能。其发展前景是可观的，将来的产品除具有这些功能外，另外还可增加如下功能：防作弊功能，IC卡付费：顾客能在制定点购买一定额度的"顾客IC卡"，乘车后可用IC卡付帐，付帐是否成功有相应的提示。车主可定期将总营业额写入"车主IC卡"中，并据此IC卡向所属公司领取报酬。车票资料打印：顾客付费后可打印发票，打印内容包括车主信息和车费信息等。可打印车主总营业额信息。语音播报：当乘客上车时，可自动问候乘客，当到达目的地，自动播报乘车费用并礼貌再见，表达希望下次乘坐的意思。增加的这些功能将会更好地为乘客服务。

本系统设计也可应用于其他计费系统中，如电脑计费系统等等，其应用技术也有相当范围的应用面，如显示和播报部分也可应用于智能饭卡﹑智能电动车﹑机器人等电子相关产品中。可见掌握了该系统的设计和分析可实现对电子专业知识的具体应用，增强理论联系实际的能力。除此以外，所涉及的知识面也联系到现实生活中很多相关电子产品，也将对其他电子产品有一定理论基础。

计费及显示

①里程，即汽车行程里程，用四位数字显示，显示方式为"XXX.X"，单位为㎞，精确到0.1㎞。

②单价，即里程单价，用三位数字显示，显示方式为"X.XX"，单价为元/㎞，根据每天不同的时间段有两种情况：当时间段为06：00～23：00时单价为1.4元/㎞，其他时间段内单价为1.80元/㎞。

③等候时间，用四位数字显示分钟和秒，显示方式为"XX：XX"，等候的定义是：当汽车行驶速度小于或等于12㎞/h时为"等候"。在等候时间大于1小时的情况下，可以不显示等候时间，但必须对等候时间进行统计计算。

④等候单价，等候单价有两种情况：在等候时间小于1小时的情况下，等候单价为1元每5分钟；在等候时间大于1小时的情况下，等候单价为20元每小时。

⑤费用的计算，出租车的起价为5.00元，当里程小于2㎞时，按起价计算费用；当里程大于2㎞时按下式计算费用：费用=里程*里程单价+等候时间*等候单价。

⑥费用的显示，用五位数字显示，显示方式为"XXX.XX"，单价为元。

时钟及显示

当出租车在通常运行状态下，应能显示当前的时间，在汽车熄火的情况下，时钟必须正常运行，但是可以不显示时钟.

计费开始提示

当出租车载上乘客并起步后，将空车指示牌扳倒时，空车指示牌里的指示灯熄灭，并有语音或灯光提示信号。

功能模块设计

根据系统的设计要求，将整个测控FPGA系统CZJFXT分为七个模块，它们分别是：分频器模块FPQ，等待判别模块DDPB，里程计算模块LCJS，里程计费模块LCJF，等待计时模块DDJS，等待计费模块DDJF，输出数据选择模块SCXZ。

分频器模块FPQ：将外部时钟信号SCLK（设计时假设为1024HZ）经过适当分频后，产生1HZ的系统工作用基准时钟信号CLK1HZ，供给系统中的有关模块计时用。

等待判别模块DDPB：根据速度传感器脉冲信号WCLK和分频器产生的基准时钟信号CLK1HZ，计算单位时间里WCLK的脉冲个数（每㎞产生1000个脉冲信号，即每米产生1个脉冲信号），亦即出租车行驶速度，从而判别出租车是否处于等待状态，发出等待标志信号DDBZ。当速度大于12㎞/H，即速度大于200M/MIN时，出租车处于运行状态，这时等待标志DDBZ=0；当速度小于等于12㏎/H，即速度小于等于200M/MIN时，出租车处于等待状态，这时等待标志DDBZ=1。该模块的VHDL程序设计可分为三个进程：60S周期性跳变信号产生进程，每分钟行驶距离计算进程，等待标志判别进程。等待标志判别进程就是比较每分钟WCLK脉冲个数与等待状态WCLK脉冲临界个数200的大小，从而确定DDBZ的赋值。

里程计算模块LCJS：根据速度传感器脉冲信号WCLK和等待标志DDBZ，对出租车行驶的里程数XSLC进行计算，同时发出里程标志信号LCBZ和里程计费标志信号JFBZ。如果LCBZ=1，说明行驶距离超过2㎞，里程计费启动；如果LCBZ=0，说明没超过2㎞，按起价计费，每行驶1㏎应计费1次，并且计费的启动信号应是某一时刻，因此每行驶1㎞，计费标志信号JFBZ应跳变1次。该模块的VHDL程序设计可分为两个进程：里程计算及标志产生进程，产生计费信号进程。产生计费信号进程就是每行驶10百米（即1㎞）JFBZ由低电平0变为1，经过一个系统时钟周期后JFBZ又回复到低电平0，里程计费模块LCJF就是在JFBZ脉冲信号的上升沿到来时进行计费的加法操作。

里程计费模块LCJF：在计费标志信号JFBZ，等待标志信号DDBZ，里程标志信号LCBZ和时段标志信号SDBZ等信号的控制下，计算行驶里程超过2㎞以上里程的费用LCFY。该模块的VHDL程序是通过由多个条件控制的加法进程来完成里程计费的，里程计费的条件是在DDBZ=0，并且在JFBZ的上升沿根据SDBZ分别进行加法计费操作。当SDBZ=1时，表示在06：00～23：00时段，其单价SD1为1.4元/㎞；当SDBZ=0时，表示其他时段，其单价SD2为1.8元/㎞。如果LCBZ=1，说明行驶距离超过2㎞，里程计费启动；如果LCBZ=0，说明没超过2㎞，按起价计费。

等待计时模块DDJS：在等待标志信号DDBZ和基准时钟信号CLK1HZ的控制下，进行等待时间DDSJ的计算，其中DDSJ的低8位表示等待时间的秒数，DDSJ的高8位表示等待时间的分钟数，同时根据等待时间的长短发出一个熄灯标志信号XDBZ。当等待时间小于等于1小时，XDBZ=0，等待时间显示灯亮；当等待时间大于1小时，XDBZ=1，等待时间显示不亮。该模块的VHDL程序是通过一个多层嵌套的加法进程来完成等待计时的。

等待计费模块DDJF：在等待标志信号DDBZ和熄灯标志信号XDBZ控制下，进行等待费用DDFY的计费操作。该模块的VHDL程序包括两个进程：60S周期性跳变信号产生进程，等待费用计算进程。等待费用计算的条件是在DDBZ=1并且在60S周期性跳变信号T60S的上升沿，根据XDBZ分别进行加法计费操作。当DDBZ=1且XDBZ=0时，按1元/5分钟，即20分/分钟计费；当DDBZ=0且XDBZ=1时，按20元/小时，即33分/分钟计费。

输出数据选择模块SCXZ：根据单片机发出的数据传输选择控制信号SEL，选择有关计算处理结果传输给单片机。

目录

摘要I

ABSTRACTII

1绪论1

2系统设计2

2.1系统组成2

2.1.1计费及显示2

2.1.2时钟及显示2

2.1.3计费开始提示3

2.2功能模块设计3

3硬件及软件实现5

3.1传感器6

3.1.1光电传感器电路设计6

3.1.2车轮光电开关检测电路7

3.2单片机7

3.2.18051单片机功能方块图8

3.2.2AT89S51单片机简介11

3.2.3AT89S5l与51系列单片机相比具有如下特点12

3.2.489S51的内部框图12

3.2.5中断控制15

3.2.6单片机控制程序设计16

3.2.7单片机汇编语言源程序20

3.3显示及按键控制系统35

3.3.1LED数码管35

3.3.2数据显示电路的设计36

4系统检测及分析56

4.1系统仿真/硬件验证56

4.1.1系统的调试方法56

4.1.2系统的硬件验证56

4.2设计技巧分析57

结论59

附录A:FPGA芯片引脚60

附录B：总体电路图61

参考文献62

致谢63