基于霍爾傳感器的出租車計價器方案設計

生活水平不斷提高，出行的舒適已受到越來越多人的關注。于是，出租車行業發現了掘金的良機。但是總存在買賣糾紛困擾著行業的發展。歸根究底就是要改良出租車的計價器。

今天介紹的基于單片機系統設計的出租車計價器是以單片機作為核心的控制元件，采用靈敏的霍爾開關型器件，具有功能強，性能可靠，電路簡單，成本低的特點，加上經過優化的程序，使其具有很高的智能化水平。

1 系統硬件設計

出租車計價器系統以AT89S51單片機為核心，由按鍵電路、AT24C02掉電存儲電路、里程計算電路、數碼管顯示電路組成。利用單片機靈活的編程設計和豐富的I/O端口，及其控制的準確性，不僅能實現基本的里程計價價格調節、時鐘顯示，而且能很大程度上實現擴展功能，同時可方便日后對系統進行升級。圖1給出計價器系統框圖。

1.1 里程計算、計價電路的設計

通過安裝在車輪上的霍爾傳感器A44E檢測到的信號，送到單片機，經處理計算，送給顯示單元，這樣便完成了里程計算。檢測原理如圖2所示，P3.2口作為信號的輸入端，內部采用外部中斷0，車輪每轉一圈(設車輪的周長是1 m)，霍爾開關就檢測并輸出信號，引起單片機的中斷，對脈沖計數，當計數達到1 000次時，也就是1 km，單片機就控制將金額自動增加，其計算公式為：

當前單價×公里數=金額

1.2 數據顯示電路的設計

由于設計要求有單價(2位)、路程(2位)、總金額(3位)顯示輸出，加上另外擴展的時鐘顯示(包含時分秒的顯示)，采用LCD液晶段碼顯示，在距離屏幕 1 m之外就無法看清數據，不能滿足要求，而且在白天其對比度也不能夠滿足要求，因此采用6位LED數碼管的分屏顯示。

設計使用一個定時/計數器每0.1 s向主機發1次中斷請求信號，并利用并行接口電路完成對時鐘的實時顯示功能。同時，利用動態掃描電路完成對出租車的起價和當前累計價的顯示。在出租車不走的時候，按下S1，可以實現數據的分屏顯示;車在行走的時候只有總金額和單價顯示屏在顯示，當到達目的地的時候，客戶要求查看總里程時，就可以按下S1切換到里程和單價顯示屏，供客戶查詢。

1.3 AT24C02掉電存儲電路的設計

該設計優點在其簡單性和處理的高效性上。存儲電路的作用是在電源斷開的時候，存儲當前設定的單價信息。存儲電路如圖3所示，采用Atmel公司推出的容量為2 KB的串行電可擦除、可編程存儲芯片AT24C02設計，傳輸方式為I2C總線。

一般地址輸入端 A0，A1，A2，寫保護WP接Vcc或GND;SCL，SDA接上拉電阻(上拉電阻的阻值可參考有關數據手冊選擇，通常可選用5～10kΩ的電阻，設計中選用的電阻阻值為5.1kΩ)后再接單片機的普通I/O口，這便可實現單片機對AT24C02的操作。上拉電阻的作用是減少AT24C02的靜態功耗。

1.4 啟動及清除電路

在系統電路中，設計一個啟動/清除按鈕，用來作為啟動里程計數或清除里程數計數的開關。將該按鈕開關接到微機系統的某個中斷請求線上，當開關被按下1次時就作為計程啟動中斷請求;再按下1次時，就作為系統的計程清零中斷處理。

1.5 按鍵電路的設計

電路共采用4個按鍵，即S1，S2，S3，S4，其功能是：S1為分屏顯示切換按鍵;S2為功能設定按鍵;S3為‘+’/白天晚上切換按鍵;S4為‘-’/中途等待開關。

2 系統軟件設計

2.1 主程序模塊

主程序流程圖如圖4所示，在主程序模塊中，需要完成對各接口芯片的初始化、出租車起價和單價的初始化、中斷向量的設計以及開中斷、循環等待等工作。另外，在主程序模塊中還需要設置啟動/清除標志寄存器、里程寄存器和價格寄存器，并對它們進行初始化。然后，主程序將根據各標志寄存器的內容，分別完成啟動、清除、計程和計價等不同的操作。

當按下S1時，就啟動計價，將根據里程寄存器中的內容計算和判斷出行駛里程是否已超過起價公里數。若已超過，則根據里程值、每公里的單價數和起價數來計算出當前的累計價格，并將結果存于價格寄存器中，然后將時間和當前累計價格送顯示電路顯示出來。

當到達目的地的時候，由于霍爾開關沒有送來脈沖信號，就停止計價，顯示當前所應該付的金額和對應的單價。到下次啟動計價器時，系統自動對顯示清零，并重新進行初始化過程。

2.2 定時中斷服務程序

在定時中斷服務程序中，每100 ms產生一次中斷，當產生10次中斷的時候，也就到了1 s，送數據到相應的顯示緩沖單元，并調用顯示子程序實時顯示。

2.3 里程計數中斷服務程序

每當霍爾傳感器輸出一個低電平信號就使單片機中斷一次，當里程計數器對里程脈沖計滿1 000次時，就有程序將當前總額累加，使微機進入里程計數中斷服務程序中。在該程序中，需要完成當前行駛里程數和總額的累加操作，并將結果存入里程和總額寄存器中。

2.4 中途等待中斷服務程序

當在計數狀態下霍爾開關沒有輸出信號，片內的T1定時器便被啟動，每當計時到達10 min，就對當前金額加上中途等待的單價，以后每10 min都自動加上中途等待的單價。當中途等待結束時，就自動切換到正常的計價。

2.5 啟動/清除計程中斷服務程序

當系統有啟動/清除中斷請求產生時，可以設定第一次中斷為啟動中斷，第二次中斷為清除中斷，并在中斷服務程序中將標志寄存器的內容相應置“1”或清“0”。其中，標志為“1”時表示本次中斷是啟動中斷;為“0”時表示是清除中斷。

2.6 顯示子程序服務程序

由于是分屏顯示數據，所以就要用到4個顯示子程序，分別是：時分秒顯示子程序(HMS_DIS)，金額單價顯示子程序(CP_DIS)，路程單價顯示子程序(DP_DIS)和單價調節子程序(PA_DIS)。

2.7 鍵盤服務程序

鍵盤采用查詢的方式，放在主程序中，當沒有按鍵按下的時候，單片機循環主程序，一旦右鍵按下，便轉向相應的子程序處理，處理結束再返回。

3 結語

本系統具有功能強，性能可靠，電路簡單，成本低的特點，完全歸功于本出租車計價器采用單片機作為核心控制元件，采用靈敏的霍爾傳感器器件作為檢測，再加上經過優化的程序，智能化水平更上一層，解決了以往價器計價不準確，使用壽命短等缺點。是一款十分實用的方案。