出租车拼车系统论文

2012年ITAT全国大学生信息应用水平大赛
设
计
报
告
摘要
随着我国民经济水平的不断提高，出租车行业迅速发展起来，出租车已经成为大众的代步工具，是人们出行的首选，同时出租车计费的准确性与人们的切身利益息息相关备受广大民众的关注。

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。

本次设计的主要组成部分是由PK10N512VLL100系统板、电源模块、TPC7062KW组态触摸屏、RD-TH系列热敏微型打印机、霍尔感应模块、串口通信模块、64*16点阵构成。

本系统结构简单，能够实现三种功能，分别为人机对话界面控制、打印输出自动控制、64*16点阵输出显示控制。

采集霍尔感应器的信息接收到主控芯片中，再通过数据发送到触摸屏显示出来，触摸屏进行相应的触摸按键设置，通过单片机内部系统的处理，最终将信息发给打印机，打印机打印出相关详细信息。

关键词：出租车计价、PK10N512VLL100系统板、RD-TH系列热敏微型打印机
目录
1系统设计 (4)
1.1 方案设计 (4)
1.2方案论证及比较 (4)
2 硬件电路设计 (7)
2.1 整机设计硬件框图 (7)
2.2主控电路 (7)
2.3 电源模块 (8)
2.4显示模块电路的设计 (11)
2.5 串口通信电路设计 (11)
2.6 磁场感应模块 (12)
2.7 64*16点阵显示模块 (13)
3软件的设计 (15)
3.1 出租车上下车程序设计 (15)
3.2 LCD与按键程序设计 (18)
4 理论分析与计算 (24)
4.1线状运动参数的分析与计算 (24)
4.2出租车计价费用计算 (24)
5 测试与调试 (26)
5.1 测试前的准备 (26)
5.2出租车计价功能测试 (26)
5.3点阵显示功能测试 (26)
参考文献 (27)
附录 (28)
附录一原件清单 (28)
附录二打印和显示实物图 (29)
1系统设计
1.1方案设计
本次设计采用飞思卡尔公司的PK10N512VLL100作为主要的控制核心，该控制芯片内部资源丰富，运算速率快，其I/O配置资源强大，该芯片是飞思卡尔公司生产的Kinetis系列微控制芯片，该芯片包含包含512KB的Flash存储器及128KB的运行内存，该芯片共有100根引脚；该芯片是本次拼车计费器的最佳选择。

1.2方案论证及比较
1.2.1控制模块的选择及论证
方案一：采用AT89S52单片机作为主要的控制芯片，其运用比较广泛，具有良好的知识作为基础，上手很快。

但是本系统需要高速的运算速率，51单片机难以胜任。

方案二：采用TI公司所生产的MSP430F149单片机为主控制芯片，有非常丰富的资源：6个8位并行口其中两个有中断功能，较为强大的定时器，较大容量的RAM和ROM。

方案三：采用飞思卡尔公司的PK10N512VLL100作为主要的控制核心，其中采取的是业内首款Cortex-M4内核芯片，具有卓越的系统响应；其功耗不大,具有一定的实用性以及良好的开发平台。

基于上述分析，飞思卡尔公司的PK10N512VLL100，其具有512KB的Flash存储空间、以及通用的多种定时器模式、能够进行上电复位、掉电(BOR)检测器向系统发出电源下降的警报信息、软件复位、看门狗定时器复位等，鉴于以上选择方案三可实现设计所需功能。

1.2.2电源模块方案的选择与论证
方案一：采用开关电源。

开关电源在市场占有主导地位，因为其效率高、体积小、功耗低而广泛应用在各电子设备中。

开关电源是利用三极管的开关特性，让开关管工作在开关状态下，因此整个电路工作在高频状态下的，但是开关电源电路较为复杂，调试需要大量的时间，且不易控制。

方案二：采用三端稳压芯片LM2576系列芯片设计制作多路电源。

LM2576系列的三端稳压器是单片集成的电路，能提供压降开关的稳压器的各种功能，最大能驱动3A 的负载，存在优异的线性和负载调整能力，能稳定输出3.3V、5V、12V等多种稳定电压。

对整个系统供电以及对恒压源芯片LM324搭建出恒压源供电系统有着很大的基础
性作用。

从而使得搭建出的恒压源能为电阻测试模块提供恒定的电压，从而为测量出精确的电阻值提供保障。

但是，此电路操作复杂，本系统不使用。

方案三：采用LM317为稳压电路，LM317的输出电压范围是1.2V至37V，负载的电流最大为1.5A.LM317是可调节3端正电压稳压器，在输出电压范围1.2伏到37伏时能够提供超过1.5安的电流，因此我们选择LM317作为电源模块，该模块可以可调产生8.5V的电压供本次打印机系统供电使用。

方案四：采用L7824、L7812、L7805分别作为24V、12V、5V电压的输出芯片，这三种芯片都是三端稳压块，使用方便。

作用是在输入端输入一个高于24V的直流电压，一般是30伏，在输出端能够得到一个稳定的24V、12V、5V的直流电压，额定电流可以达到1安培，采用这两种芯片可以降低过多的使用可调电路带来的资源耗费，利用这三块芯片能够精确的获得所需电压。

鉴于以上考虑，选择方案三和方案四作为电源电路模块，为整个系统供电。

1.2.3 LCD显示模块选择与论证
方案一：1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，其液晶体积小、功耗低、显示操作简单，但是正因为这种特点，1602液晶的显示功能不够智能。

方案二：液晶显示模块是128×64点阵的汉字图形型液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字（16X16点阵）、128个字符（8X16点阵）及64X256点阵显示RAM（GDRAM）。

可与CPU直接接口，提供两种界面来连接微处理机：8-位并行及串行两种连接方式。

具有多种功能：光标显示、画面移位、睡眠模式等，但是，12864液晶在显示时，相比于1602液晶，较为智能些，但图形和字体显示比较粗糙，不能达到设计的预期目的。

方案三：TPC7062KW，是一套以嵌入式低功耗CPU为核心（主频400MHz）的高性能嵌入式一体化触摸屏。

该产品设计采用了7英寸高亮度TFT液晶显示屏（分辨率800×480），四线电阻式触摸屏（分辨率1024×1024），同时还预装了微软嵌入式实时多任务操作系统（中文版）和MCGS嵌入式组态软件（运行版）。

液晶屏采取TFT液晶显示，真彩（LED背光），分辨率（800×480）该触摸屏的显示颜色6553色、背光寿命50000小时，电源供电电源24VDC、CPU主板ARM低功耗，400MHz 、
内存64M SDRAM存储设备128M FLASH，采用这种触摸屏作为LCD显示，其效果明显，能实现触摸键盘等多种功能，操作简单，实现了良好的人机界面。

根据现实模块的比较选择，采用TPC7062KW嵌入式触摸屏能够实现设计的所有功能需要，且实用性能达到预期标准，故此采用方案三。

1.2.4 打印机输出设备选择与论证
方案一：映美公司的FP-530K+型号打印机，该打印机具有稳定的性能要求、紧凑的结构设计，广泛应用于有发票打印、快递单打印需求的各行各业。

其具有1+6份副本拷贝能力，满足各种增值税发票、普通发票打印；采用高端针打才使用的高灵敏光电进纸传感技术，送纸稳定，最大程度减少卡票，有效降低废票率；这种打印机属于24针点阵击打式打印机，电压范围：198-242V。

该种打印机电源功耗较大，体型庞大，根据设计的产品的使用性能考虑，不能满足设计要求。

方案二：RD-TH系列热敏微型打印机采用透明大纸仓设计结构，易上纸结构，外观时尚、精致，重量轻，打印高速、流畅、清晰、可轻松融入客户系统设备中。

其内置原厂进口打印机芯，低电压、低功耗设计，广泛应用于商业收款机、税控机、银行POS等票据打印，这种型号的打印机属于行式热敏打印，控制方式采用串行接口:DB-9芯孔座（标准RS232或TTL）方式，标准配置工作电压DC8.5V±5%，工作电流平均1A-1.5A，峰值2A-3A。

根据实际需求的考虑，这种型号的打印机重量轻、价格便宜、工作电压合理，适合此次的产品设计，因此，采用方案二。

2 硬件电路设计
2.1 整机设计硬件框图
图2-1 整机设计硬件框图
本系统采用PK10N512VLL100做核心控制单元，实现了实时时钟，掉电存储，等功能，使用大屏幕LCD显示，人机界面好，功能强大，操作简单易用，通过仔细选择器件，成本在不降低性能尽量做到最低，完全符合工业产品的性质。

2.2主控电路
PK10N512VLL100是飞思卡尔公司生产的Kinetis系列微控制器芯片，其具有512KB 的Flash存储空间，共100根引脚，采用LQFP，芯片尺寸为14*14mm，PK10N512VLL100具备多组并行接口；完全可以实现该系统所有信号的输入、输出，根本不须硬件扩展，PK10N512VLL100所提供的丰富资源，外围硬件扩展只需做很少的工作，不仅设计变得非常简单，而且该芯片体积小、可靠性高。

PK10N512VLL100系统板图如图2-2所示。

图2-2PK10N512VLL100系统板图
2.3 电源模块
2.3.1可调8.5V电路设计
本次采用LM317作为开关稳压控制电路；LM317的输出电压范围是1.2V至37V，负载电流最大为1.5A。

它的使用非常简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压。

此外它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好。

LM317内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。

输入最大电压为30多伏，输出电压1.5-32V，电流为1.5A.其中LM317有三个引脚.一个输入一个输出一个电压调节。

输入引脚输入正电压,输出引脚接负载, 电压调节引脚一个引脚接电阻(200左右）在输出引脚,另一个接可调电阻(几K)接于地.输入和输出引脚对地要接滤波电容。

如图2-3-1为本次设计的电源的原理图。

图2-3-1 LM317电源模块原理
2.3.2 24V、12V、5V电路设计
采用LM78/LM79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。

该系列集成稳压IC型号中的LM78或LM79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如LM7806表示输出电压为正6V，LM7909表示输出电压为负9V。

因为三端固定集成稳压电路的使用方便，电子制作中经常采用。

最大输出电流1.5A，LM78XX系列输出电压分别为：
5V;6V;8V;9V;10V;12V;15V;18V;24V。

在实际应用中，应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器（小功率）如图2-3-2为LM78系列的应用电路图。

图2-3-2LM78系列的应用电路图
其中，7824 LM7824典型应用电路图跟78系列的电源芯片相同。

LM7824集成稳压器的典型应用电路图，是一个输出正24V直流电压的稳压电源电路。

IC采集成稳压器LM7824，C1、C2分别为输入端和输出端滤波电容，RL为负载电阻。

当输出电流较大时，LM7824应配上散热板。

LM7824的电路原理图如图2-3-3所示。

图2-3-3 LM7824的电路原理图
7812主要参数有：输出直流电压U0＝＋12V，输出电流L:0.1A，M:0.5A，电压调整率10mV/V，输出电阻R0＝0.15Ω，输入电压UI的范围15～17V 。

因为一般UI要比U0大3～5V ，才能保证集成稳压器工作在线性区。

滤波电容C1、C2一般选取几百～几千微法。

LM7812的电路原理图如图2-3-4所示。

图2-3-4 LM7812的电路原理图
LM7805是一个输出正5V直流电压的稳压电源电路。

IC采用集成稳压器LM7805，C1、C2分别为输入端和输出端滤波电容，RL为负载电阻。

当输出电流较大时，LM7805应配上散热板。

LM7805的电路原理图如图2-3-5所示。

图2-3-5 LM7805电路原理
2.4显示模块电路的设计
采用昆仑通态mcgsTPC7062KD嵌入式一体化触摸屏作为本次设计的显示模块,mcgsTpc内嵌128M闪存芯片，有2个USB接口、五个独立串口，mcgsTpc 采用低功耗的CPU芯片，该产品设计采用了7英寸液晶显示屏（分辨率800×480），四线电阻式触摸屏（分辨率1024×1024）是本次设计的理想显示模块。

芯片ILC3232EIBNZ如图2-4所示。

图2-4串口通讯原理图
2.5 串口通信电路设计
Max232产品是由德州仪器公司（TI）推出的一款兼容RS232标准的芯片。

该器件包含2驱动器、2接收器和一个电压发生器电路提供TIA/EIA-232-F电平。

该器件符合TIA/EIA-232-F标准，每一个接收器将TIA/EIA-232-F电平转换成5-V TTL/CMOS电平。

每一个发送器将TTL/CMOS电平转换成TIA/EIA-232-F电平。

MAX232采用单5V电源工作、LinBiCMOSTM工艺技术、两个驱动器及两个接收器、±30V输入电平低电源电流；典型值是8mA符合甚至优于ANSI标准
EIA/TIA-232-E及ITU推荐标准V.28；ESD保护大于MIL-STD-883（方法3015）标准的2000V。

如图2-5所示为MAX232电路原理图。

图2-5 MAX232电路原理图
2.6 磁场感应模块
本次使用霍尔传感器作为磁场感应模块，霍尔传感器是一种当交变磁场经过时产生输出电压脉冲的传感器。

脉冲的幅度是由激励磁场的场强决定的。

霍尔传感器不需要外界电源供电。

由于半导体比金属有高得多的霍尔系数，故用半导体制成的霍尔传感器具有对磁场敏感度高、结构简单、使用方便等特点。

不仅用于测量电流、电压、功率和磁感应强度等电磁参数，在非电量测量技术中还广泛用于测量直线位移、角位移与压力等非电量。

图2-6霍尔感应器原理图
图2-6是霍尔感应器原理图，基于本次拼车计费器的设计，将霍尔感应器安装于电机的前方位置，车轮联接轴位置安装磁铁，车速转动模拟是通过霍尔感应器每秒钟的脉冲数，通过这种方式很容易测出转速，便于显示控制。

当一块通有电流的金属或半导体薄片垂直地放在磁场中时，薄片的两端就会产生电位差，这种现象就称为霍尔效应。

两端具有的电位差值称为霍尔电势U，其表达式为U94基于单片机的出租车计费器设计和实现U= KIB。

其中K为霍尔系数，I为薄片中通过的电流，B为外加磁场(洛伦慈力Lorrentz)的磁感应强度，d是薄片的厚度。

由此可见，霍尔效应的灵敏度高低与外加磁场的磁感应强度成正比的关系。

霍尔开关就属于这种有源磁电转换器件，它是在霍尔效应原理的基础上，利用集成封装和组装工艺制作而成，它可方便的把磁输入信号转换成实际应用中的电信号。

霍尔开关的输入端是以磁感应强度B来表征的，当B值达到一定的程度(如B1)时，霍尔开关内部的触发器翻转，霍尔开关的输出电平状态也随之翻转。

里程计算是通过安装在车轮上的霍尔开关传感器A44E检测到的信号，送到单片机，经过处理运算、送给显示单元。

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入信号，引起单片机的中断，对脉冲计数，当计数达到100次时，也就是0.1公里，单片机就控制将金额做相应的处理。

单片机计费器数据显示单元的设计由于设计要求有路程、总金额显示输出，本次设计采用LCD触摸屏显示。

2.7 64*16点阵显示模块
单片机利用外部晶振作为时钟信号输入，RST端口接入上电复位信号使它加电后自动进行复位操作。

将要显示的字符码表编入单片机的程序中，由单片机控制时序输出相应的扫描数据和字符数据。

行码数据由单片机P0口输出，经一个
双向总线收发器控制传输方向后进入LED点阵，点亮相应的发光二极管。

列码扫描信号由P3口输出后，直接输入LED点阵控制8列的扫描，每列选通时间为5ms，看上去就像8列同时显示的效果一样。

加上行中相应的LED灯被点亮，就能看到显示的字符了。

如图2-7所示为64*16点阵原理图。

图2-7 64*16点阵原理图
3软件的设计
3.1 出租车上下车程序设计
图3-1出租车上下车程序设计
软件主要进行对至少4位乘客的上下车及票据打印进行控制，为了避免重复，在这里将流程简化。

其主要程序为：
void PORTB_IRQHandler(void)
{
PORTB->ISFR|=PORT_ISFR_ISF_MASK;
if(wei1==1)
{
num1=num1+1;
if(num1>=5)
{
num1=0;
gongli1=1;
}
}
if(wei2==1)
{
num2=num2+1;
if(num2>=5)
{
num2=0;
gongli2=1;
}
}
if(wei3==1)
{
num3=num3+1;
if(num3>=5)
{
num3=0;
gongli3=1;
}
}
if(wei4==1)
{
num4=num4+1;
if(num4>=5)
{
num4=0;
gongli4=1;
}
}
}
3.2 LCD与按键程序设计
3-1 LCD与按键程序设计
本次设计主要采用组态触摸屏作为显示模块，可通过触摸选项达到按键的目的，其主要程序为：
void dayingjis(u8 ch2[])
{
u8 i;
for(i=0;i<strlen(ch2);i++)
{
while(GPIO_Get(PTD,0)== 1)
{;}
dayingji(ch2[i]);
DelayMs(20);
}
}
void dayingji(u8 ch1)
{
while(GPIO_Get(PTD,0)== 1)
{;}
UART_Send1(UART1,ch1);
}
void write_dayingji(float bb,u16 cc1)
{
u8 bai,shi,ge,yixiao,erxiao,bai1,shi1,ge1;
u32 bb1=0,cc=0;
//u32 bb2=0;
bb1=bb*100;
bai=bb1/10000;
shi=bb1%10000/1000;
ge=bb1%1000/100;
yixiao=bb1%100/10;
erxiao=bb1%10;
cc=cc1;
bai1=cc/100;
shi1=cc%100/10;
ge1=cc%10;
dayingjis("宜宾职业技术学院"); dayingji(0x0d);
dayingjis("拼载计费金额清单"); dayingji(0x0d);
dayingjis("公里:");
if(bai1!=0)
dayingji(bai1+0x30);
if(shi1!=0)
dayingji(shi1+0x30);
else
{
if(bai1!=0)
{
dayingji(shi1+0x30);
}
}
dayingji(ge1+0x30);
//dayingjis("");
dayingji(0x0d);
dayingjis("金额:");
if(bai!=0)
{dayingji(bai+0x30);}
if(shi!=0)
{dayingji(shi+0x30);}
else
{
if(bai!=0)
{
dayingji(shi+0x30);
}
}
dayingji(ge+0x30);dayingji(46);dayingji(yixiao+0x30);dayingji( erxiao+0x30);
dayingji(0x0d);
dayingjis("日期:");
dayingji(0x0d);
//dayingjis("2010年10月10日16:45:30");
dayingji(table1[10]);dayingji(table1[11]);dayingji(table1[12]) ;dayingji(table1[13]);
dayingjis("年
");dayingji(table1[14]);dayingji(table1[15]);dayingjis("月
");dayingji(table1[16]);dayingji(table1[17]);dayingjis("日
");dayingji(table1[18]);
dayingji(table1[19]);dayingji(58);dayingji(table1[20]);dayingj i(table1[21]);dayingji(58);dayingji(table1[22]);dayingji(table1[23]);
dayingji(0x0d);
dayingjis("车牌号XXXXXX");
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dayingjis("感谢您乘坐XX出租车");
dayingji(0x0d);
dayingji(0x0d);
dayingji(0x0d); \
dayingji(0x0d);
dayingji(0x0d);
dayingji(0x0d);
dayingji(0x0d);
}
4 理论分析与计算
4.1线状运动参数的分析与计算
霍尔传感器是利用霍尔效应实现磁电转换的一种传感器。

它具有灵敏度高，应用广泛的特点。

其工作原理如图4.1所示：一块半导体薄片，其长度为L，宽度为B，厚度为D，置于磁感应强度为B的磁场中，在相对的两边通以控制电流I，且磁场方向与电流方向正交，则在半导体的两边将产生一个与控制电流和磁感应强度乘积成正比的电势U，该电势即为霍尔电压，用UH表示，即UH=KHIB，其中KH为霍尔元件的灵敏度，半导体薄片就是霍尔元件。

图4-1霍尔感应器工作方式
同理有2块磁场相同的永久磁铁，同极性相对放置。

当其表面积远远大于两者的间距时，正中间磁感应强度为O，在缝隙间沿z轴形成一个均匀梯度的磁场dB／dx=K(K为常数)。

B=0处作为位移x的参考原点，则x=O时，B=O，UH=O。

当它们中间的霍尔元件移动到x处时，UH大小由x处的B决定。

由公式UH=KHIB 可知：保持不变，
则K
=
dUH/dx=
=公式1
IKHdB/dx
KHI
积分后得UH=Kx，即霍尔电势与位移成比例。

磁场梯度越大，灵敏度越高，磁场变化越均匀，UH和x的线性越好。

系统内部的定时器中断捕获信息，将每个周期的脉冲频率记录下来，霍尔感应器就是用来作为信号捕获的媒介。

这样，经过反复多次的数据传输，这样足以使LED灯的显示清晰，无明显漂移现象。

4.2出租车计价费用计算
费用计算包括两部分：起步费计算、拼车计费计算：
(a)起步费用
当行驶里程在1Km(含1Km)以内按起步价（StartPrice）3元计费。

即行使费用为：
RunPrice = StartPrice=3（元）
(b) 拼车计费计算
拼车计费器的拼车原理主要采用乘客打折优惠的方式，第一个乘客上车后起步价都为3元，第一个乘客不打折，依次第二个乘客上车后，打8折优惠；第三个乘客上车后打7.5折优惠；第四个乘客上车后，打7折优惠。

里程在1Km(含1Km)以行驶价（StartPrice）1元计费及乘客费用为：
第一个乘客：Price = RunPrice *3 = 3（元）
第二个乘客：Price = RunPrice *3*0.8 = 2.4（元）
第三个乘客：Price = RunPrice *3*0.75 = 2.25（元）
第四个乘客：Price = RunPrice *3*0.7 = 2.1（元）
5 测试与调试
5.1测试前的准备
在测试前首先对硬件电路进行整体的测试。

用万用表检测整机电路是否存在短路或者断路，经检测后再接上电源，用万用表测量电源部分的各个输出电压值，经调试正常后接到各个电源模块的电路上。

5.2出租车计价功能测试
接通电源后，完成以上的各个测试功能后，打开组态触摸屏的开关按钮，此时，组态触摸屏开始启动，屏幕上显示出里程数和价格数，界面上针对每位乘客都有上车、下车、打票的按钮方便进行操作；首先点击触摸屏上第一位乘客位置处的上车按键，然后打开旁边的电机开关按键（用来模拟真实的出租车行驶功能能），其中起步价和单价已经进行了设置，此时按下下车按键后就可以按下打票按钮了，打印机便将票价信息完整的打印出来，打印相关详细票据，方便收费要求。

5.3点阵显示功能测试
首先对点阵进行供电处理后，点阵上显示的信息可作为出租车广告的显示之外，还可进行出租车行驶的方向显示，方便广大乘客准确快捷的进行出租车拼车。

参考文献
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附录附录一原件清单
附录二打印和显示实物图。