基于单片机的多功能出租车计价器的设计

图９微型打印机接口电路
朋
打印机机接口
２．２．７数据存储部分 数据存储部分的作用是在电源断开时，存储当前设 定的单价信息。ＡＴ２４Ｃ０２是ＡＴＭＥＬ公司的２ ｋＢ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２．５ Ｖ，额定电流为１ ｍＡ，静态电
流１０Ｕａ（５．５ Ｖ），芯片内的资料可以在断电的情况下保
系统硬件初始化 山
Ｉ
Ｉ
擐作系统初始化 山 ＬｃＤ初始化
，
数据采集任务
数据处理任务
本文采用ＳＰＣＥ０６１Ａ ＣＰＵ结合嵌入式实时操作 系统｝ｔＣ／ＯＳ一Ⅱ，设计并实现了环境温度湿度实时测控 系统。在温度一１０～８５℃和湿度２０％～９８％ＲＨ，可 任意设定温湿度控制点，而且实时监测环境温、湿度的 变化情况，并记录、存储相关数据。另外，该系统便于功 能扩展，测控精度高、可靠性高、系统成本低、易操作、易 维护，具有广泛的应用前景。
图７
时钟芯片接口电路
２．２．５语音播报部分 考虑到计价器的微型化、智能化，语音芯片采用集 成度较高ＩＳＤ２５６０芯片，其最大特点是采用Ｅ２ＰＲＯＭ 进行模拟信息直接存取而不必经过Ａ／Ｄ和Ｄ／Ａ转换。 它内部带有话筒放大器、自动增益控制时钟、扬声器驱 动电路等，采用＋５ Ｖ电源供电。 语音模块与单片机的接口如图８所示，设计过程 中，先将固定语音部分（上、下车用语、）信息存储到 ＩＳＤ２５６０内部的不同起点地址中。营运过程中根据上、 下车的不同营运状态来实现不同语音功能播放。在语 音芯片工作时，系统首先主程序调用放音处理程序，根 据发音地址寻找ｌＳＤ２５６０中的发音单元，然后将信号 送到扬声器发出声音。
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。
３系统软件设计
软件设计部分可分为：主程序控制程序、外部中 断。空车灯信号中断程序、外部中断１里程计算程序、 Ｔｏ等待时间计数中断程序、ＭＡＸ７２１９串口静态１６位 ＬＥＤ显示程序、ＤＳｌ３０２时钟程序、ＩＳＤ２５６０语音播报 程序、２４Ｃ０２数据存储程序、打印程序和键盘服务程序 等；在整个软件中一些变量使用全局变量形式，以供主 程序的调用并进行显示。 ３．１主程序设计 在主程序模块中，需要完成对各芯片的初始化 （ＭＡＸ７２１９，ＡＴ２４Ｃ０２，ＩＳＤ２５６０语音芯片及微型打印 机的初始化）、各中断的初始化（外部中断０、外部中 断１、ＴＯ的初始化），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１２所示。当空车信号灯打下时，表 示有乘客上车，就就进行语音播报１，并启动计价，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 里的单价和起价来计算出当前的累计价格，并将 结果存于价格寄存器中，然后将当前时间和累计 价格送ＭＡＸ７２１９驱动的ＬＥＤ显示电路显示出 来。当中途塞车（等待或低速行驶）时，在一定时 间内没有检测到传感器的脉冲信号就启动Ｔｏ计 时器进行计时，当超过规定的等待时间后，计价器 就根据等待价格进行当前金额的累加与显示，并 ｖ在计价器上显示等待时间；当到达目的地的时候， 司机把空车灯打上，就停止计价，显示当前所应该 付的金额和对应的单价，并进行语音播报２，及票 据打印。等乘客下车后，启动出租车，计价器检测 到传感器的脉冲信号，系统自动对显示清零，并重 新进行初始化过程，完成１次计价。 ３．２几个关键子程序
多任务系统在运行时每个任务好像独立占用ＣＰＵ 一样，因此系统必须为每个任务开辟一块内存空间作为 该任务的任务堆栈。该堆栈的作用是保存任务被切换 前时ＣＰＵ各寄存器的值以及系统堆栈的数据。在进 行任务切换时需要完成的工作，主要步骤如下： （１）将当前任务ＣＰＵ所有的寄存器压栈； （２）将ＣＰＵ系统堆栈的数据全部拷贝到当前任务 的任务堆栈中； （３）得到下一个处于运行态优先级最高的任务的 任务堆栈的指针；
５．１
图１０中的时钟信号线ＳＣＬ与数据线ＳＤＡ需外接 ｋＱ的上拉电阻，其作用是减少ＡＴ２４Ｃ０２的静态功 耗，２４Ｃ０２采用１２Ｃ总线与ＡＴ８９Ｓ５２相连，ＡＴ８９Ｓ５２ 的Ｐ１．３作为它的串行时钟线，Ｐ１．４作为它的串行数据
１８３
万方数据
线。当通过通过按键设定一次数据完毕后（如：昼夜单 价、等候时间、起租里程、起租金额等），系统就自动调用 存储程序，将数据信息保存在芯片内；当系统重新上电 时，自动调用读存储器程序，将存储器内的数据信息，读 到缓存单元中，供主程序使用。一由于保存在２４Ｃ０２中 的数据是不能随意进行改动的，因此它具有防作弊功 能。此外出租车营运过程中的一些营运数据，如：单次 出租的营运额和营运里程、一段时间内的营运总额和总 路程等，也存储在２４Ｃ０２中，以便出租车公司及司机查 询，使出租车司机更方便的管理营运数据，出租车行业 得到更有效的管理。 ２．２．８超速提醒与按键设置部分 有些出租车司机为了获取更多的时间来多送一个 乘客，他们在送客过程中以高速行驶来榨取时间，而引 起一些交通事故，为了制止这些事故发生，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 时即超速时以红色ＬＥＤ显示，乘客观察后可以提醒司 机不要超速行驶，以避免交通事故发生。 如图１１所示，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。
】８４
外部中断１里程计数程序
霍尔传感器输出的脉冲信号输入到单片机的 外部中断１接口，车轮每转一圈就产生一个脉冲信号， 单片机就进行一次中断，在中断程序中完成两项任务： （１）启动定时器ｏ，表示出租车启动； （２）单次里程与总里程的累加计算并将结果存入 寄存器中（设车轮转１圈为１ ｍ，则每中断１次，里程就
［３］孙育河．在ＡＲＭ上移植心／Ｏｓ一Ⅱ的若干问题研究［Ｊ］．微
增加１ ｍ）。
万方数据
万方数据
化、实现Ａ／Ｄ转换。采集数据程序流程图如图５所示。
（４）恢复下一个任务的ＣＰＵ寄存器的值； （５）恢复下一个任务的系统堆栈中的数据； （６）通过中断返回指令或函数返回指令，间接修改 ＰＣ寄存器的值来进行任务切换。 在为ｐＣＯＳ一Ⅱ编写任务切换代码时需要注意： 弘ＣＯＳ一Ⅱ在每次发生中断后都会产生任务调度，但在 中断结束后进行的任务切换，不能调用普通任务切换函 数，这是因为在中断过程中往往伴随将ＣＰＵ的状态寄 存器压栈操作。在中断后，芯片将ＰＣ和ＳＲ寄存器的 值压入堆栈，因此，在中断结束后进行的任务切换中必 须对堆栈指针进行调整。
坐本出租车，请交金额￥…），并打印好票据，单片机将 营运数据信息存储到２４Ｃ０２中，等待出租车再次启动 后单次金额与里程等信息清零复位，就此完成一次 计价。 ２．２硬件电路设计 其硬件电路整体图如图２所示。
图２硬件电路整体图
由电源部分、霍尔传感器路程测量部分、数据显示部 分、时钟部分、语音播报部分、票据打印部分和数据存储 部分等组成，各部分端口分别与单片机ＡＴ８９Ｓ５２的输出 口相连，通过单片机的控制来实现计价器的功能实现。
１８１
电源部分
由于计价器的工作环境比较差，它要求有抗振动、 抗高低温、抗潮湿、抗电磁干扰等能力，特别是电源方面 的干扰，如出租车启动时，发动机打火、电瓶充电等造成 输入计价器的＋１２ Ｖ电源不稳定。因此采用＋１２
Ｖ
电瓶电源经过滤波和电源稳压管理芯片７８０５后得到
＋５ Ｖ的稳定电压输出，保证整个系统能够正常工作。
万方数据
序，用４只ＬＥＤ进行时钟显示；当空车灯掰下乘客上车 时：ＩＳＤ２５６０语音播报电路进行语音播报１（欢迎乘客 乘坐本出租车…），通过ＤＳｌ３０２获取时间信息分辨白 天／晚上，然后调用ＡＴ２４ｃ０２程序获取白天／晚上的单 价及起始价，便开始计价并显示时间、里程和金额等信 息；当空车灯打上乘客下车时：进行播报２（谢谢再次乘
如图３所示。
２．２．２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，以得到标准的脉冲信号送人单片机的定
Байду номын сангаас
万方数据
万方数据
《现岱曳圣撞苤》圣ＱＱ墨笙玺！曼翅是玺星Ｚ！翅
ＤＳｌ３０２的控制／状态寄存器选择日历，时钟方式经过初 始校准后即可工作使用；工作电压宽达２．５～５．５ Ｖ，采 用双电源供电（主电源和备用电源），并设置备用电源充 电方式，提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力， 在没有主电源的情况下启用备用电源能保存时间信息 及数据。如图７所示。
垒堑型丞量鲑ｇ
接口电路如图９所示。该电路采用接口插板方式与单 片机相连，这一特点使得计价器的票据打印在功能上与 主系统一体化，而在检查、维修时又可单独进行。本设 计中所用微打是ＥＰＳＯＮ公司生产的ＴＰ弘ｐ一１６微型 打印机，微打与单片机通过并行接口相连，当所需要打 印的数据出现在打印机Ｉ／ＯＯ～Ｉ／０７上时，ＳＴＢ只要从 高电平转到低电平，再从低电平转到高电平，就可把数 据送入打印机。这时打印机将ＢＵＳＹ线置为忙（高电 平），禁止新数据输入；当打印机取走数据并处理完毕 后，ＢＵＳＹ线被置为闲（低电平），同时送出回答脉冲 ＡＣＫ通知系统，可以再次输入数据。
４结 语
３心／ＯＳ一Ⅱ的移植
ｆｌＣ／０Ｓ一Ⅱ是一种专门为微控制器设计的抢占式 实时多任务操作系统［３］，它以源代码的形式给出。其内 核主要提供进程管理、时间管理、内存管理等服务。系 统最多支持５６个任务，每个任务均有一个独有的优先 级。由于其内核为抢先式，所以总是处于运行态最高优 先级的任务占用ＣＰＵ。系统提供了丰富的ＡＰＩ函数， 实现进程之间的通信以及进程状态的转化。 Ｉ
３．２．１
图１１起速提醒与按键设置电路
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３ ｓ则跳出数据查询。数 据设置键则秘密安放于计价器内部，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，该按键由出租车公司的专业人员来调 整数据，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、白天／晚上单价、 等待时间等数据调整进行设置，然后通过ＵＰ与
存４０年以上，而且采用８脚的ＤＩＰ封装，使用方便。 如图１０所示。
图８语音播报模块
２．２．６
票据打印部分
图１０数据存储电路
当出租车到达指定地点，司机翻起空车牌。便产生 一个信号通知单片机ＡＴ８９Ｓ５２，单片机启动打印服务， 将行车的中途等待时间、营运里程、单价、金额、日期及 上下车时间等数据打印成出租车专用发票，微型打印机
２．２．１
时／计数器Ｔ１即Ｐ３．５引脚，利用单片机的Ｔ１的计数 功能完成１００次的计数后产生一中断来完成路程的测 量。（设车轮周长为１ ｍ，则霍尔传感器每产生１００个 脉冲便表示车已行程ｏ．１ ｋｍ，根据实际情况在程序中 进行设置）。汽车联轴器按圆周间隔嵌入磁钢，用霍尔 传感器集成芯片Ａ４４Ｅ检测并输出脉冲，其工作原理如 图４所示，霍尔传感器集成芯片Ａ４４Ｅ有信号转换、电 压放大、整形输出等功能，为增加其抗干扰的能力，经过 ７４ＬＳｌ４对信号整形后再通过光偶送入Ｐ３．５引脚。如 图５所示。而在此电路中为了防止司机作弊，可采用加 密传感器的方法，先对霍尔传感器采集到的计数脉冲加 密，使计费脉冲以密文方式传输，最后解密为明文脉冲， 传送到计价器计费。在密码传感器中，加密器向解码器 发送的是密码，只有加密器和解密器固有密码相同时， 解码器才向计价器发送计数脉冲，计价器才计费，因此，
图５数据采集 程序漉程图
山
系统任务创建 主任务 “Ｄ刷新任务 键盘扫描任务
山
～＇
数据传输任务 ＬｃＤ刷新任务 键盘扫描任务
主任务
Ｌ ，
，
…＇
Ｉ启动多任务弭度卜ｊ
图４温度湿度测控系统 主程序漉程图
参考文献 ［１］罗亚非．凌阳１６位单片机应用基础［Ｍ］．北京：北京航空航 天大学出版社，２００３． ［２］张平川，许兴广．基于单片机电热水器模糊控制系统设计 ［Ｊ］．微计算机信息，２００７（３２）：１４５—１４６．