单片机的出租车计费器控制系统设计
摘 要本文选择了“基于单片机的出租车计费器控制系统设计”作为研究课题，设计了一款以51单片机作为主要控制芯片的智能控制系统， 实现了预期设立的性能指标，设计出了一款能够实现车速、行驶里程以及车费测量统计功能的计费器系统，并具有实时时间显示功能，该系统突破了目前市面上相关产品所存在的普遍弊端，降低了现有产品的功耗参数，大大提升了现有产品的性价比，实现了出租车计费器控制系统的改进和优化，使得本次毕业设计非常有意义。笔者所设计的这款自动控制系统经历了硬件系统和软件系统的设计和优化，在硬件上以最少的元器件和最低的成本构建了一个完整的硬件系统；在软件上以最流畅的代码运行方式实现了对硬件的控制，如果将这款出租车计费器控制系统进行大量生产并将之投向市场，能够大大降低这种产品的成本。
目录
引言 1
（一） 研究背景 1
（二） 国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
一、 方案选择及元器件介绍 2
（一） 控制芯片的选取 2
（二） AT89C51控制芯片 4
（三） 霍尔传感器 4
（四） DS1302型时钟芯片介绍 6
（五） LCD1602显示器 7
二、 硬件系统设计 8
（一） 系统结构框图设计 8
（二） AT89C51单片机最小系统设计 8
（三） 霍尔传感器电路设计 10
（四） DS1302时钟电路设计 10
（五） 显示器电路设计 11
三、 软件系统设计 12
（一） 主程序流程设计 12
（二） 测速子程序设计 13
（三） DS1302芯片软件工作子程序设计 14
（四） 显示器工作子程序设计 15
结束语 17
参考文献 18
致 谢 19
附录一 原理图 20
附录二 源程序 21
引言
研究背景
本文将要介绍一种通过AT89C51单片机作为主要控制器来实现的一款智能型出租车计费器控制系统，这款系统的实现将突破目前市面上相关产
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
品的平均性能，并且在功能上将得到较大的扩展。出租车计费器系统已经在人们的生产生活中出现了较长一段时间，起初在单片机技术还未成熟并推向使用前，逻辑电路以及cpld等一些具有逻辑运算功能的芯片在控制届大行其道，是大多数控制系统的首要选择，通过这些具有简单运算功能的芯片能够实现一些常见的按键检测、报警器驱动以及数码管显示等功能，这一时期的出租车计费器控制系统已经具有了一些简单的计费功能，这一时期的车速测量主要依靠机械结构来完成，通过车轮对测速齿轮的转动从而实现行驶速度的测量，并通过机械指针方式实现行驶速度指示，计费主要依靠时间计时法来完成，虽然这一时期的计费器已经能够完成其基本功能，但是离今天以单片机等微处理器作为主控器的出租车计费器控制系统还具有相当大的一段距离，无论是在功能还是用户使用体验上，都不能最大满足用户的需求。在这一现状下，出租车计费器控制系统的设计师们意识到只有采用更高性能并且集成度更高的控制器芯片才能够设计出具有突破意义的产品来，因此在二十世纪九十年代当单片机生产技术和使用方法得到大规模的普及之后，各行各业的电子设计师们开始了对单片机系统的开发，其中在出租车计费器控制系统领域，设计师们将以往的逻辑门电路或者cpld等一些主控器进行剔除，接着将微处理器芯片进行嵌入，通过程序代码的编写和编译并烧写，这样就使得出租车计费器控制系统具有了一定程度的智能意义，不但能够实现车速的非接触式测量，大大降低了对车轮的损耗，并且车速测量通过霍尔传感器等高性能电气器件来完成，能够实现快速并且精确的转速、行驶速度以及行驶里程等参数的测量，大大提高了计费器的性能和功能，随着单片机技术以及传感器技术的不断发展，将各种具有优良性能的传感器嵌入到计费器系统内部，就能够实现计费器的智能化。另外通过单片机等微处理器的嵌入，能够更好的实现出租车计费器控制系统与用户之间的交互，由于单片机等芯片具有几十个甚至上百个管脚，因此能够实现更多模块的驱动。本次毕业设计就将以C51单片机来作为主控器，设计一款能够突破现有产品性能，改进目前相关产品所存在的普遍缺点，并且能够通过软硬件的不断优化，将控制系统的功耗降到最低。
国内外发展现状
国内外大多数企业已经普遍掌握了生产制造中高以上性能的出租车计费器控制系统产品，但一些具有高端性能的出租车计费器产品只占有很少的比例，这些顶尖技术只有世界上一些少有国家或者研究团队掌握，因此生产成本非常高，导致这些高端产品并不能够在市面上进行普及。许多科研单位和研究小组为了打破这种局面，开始着重开始对出租车计费器控制系统进行研究，不但在硬件上更在软件上寻找突破口，使用更高性能的传感器和更先进的处理器来构建出租车计费器系统的整体框架，相信这种少有高端技术垄断的局面在不久的将来很快会被打破。
本文主要研究内容
本文在出租车计费器发展背景的基础上选择了出租车计费器作为研究课题，考虑到这种控制系统目前的生产成本处于一种较高的位置，使得相关产品的性价比一直上不去，这种现象的关键在于其内部主控芯片以及其他模块的造价昂贵以及开发成本高，因此本文选用了具有超高性价比以及较低功耗的51单片机作为控制系统的主控器件，并结合其他的低价模块，设计一款能够实现自动控制功能的出租车计费器系统，并实现以下功能指标。
1、采用C51单片机作为主控器件，并通过C语言进行程序开发；
2、使用价格低并且显示效果良好的LCD1602液晶屏作为显示模块；
3、采用+5V直流电压进行系统供电。
4、具有车速测量功能；
5、路程测量功能；
6、车费统计功能；
7、RTC时间显示功能。
方案选择及元器件介绍
控制芯片的选取
本章主要进行系统控制芯片的选取和各器件的相关介绍，首先我从大学期间接触过的几款单片机中选取了两款进行了细致的比较和考核，最终决定从这两款单片机中选择其中一个作为本次毕业设计的主控单片机，第一款单片机是我大三学习过程中接触到的一款高性能单片机STM32，其内核架构采用了M3系列的ARM，该单片机由意法半导体公司推出，是一款典型的32位微处理器，其中我对F103Z系列有过一段短暂的学习和使用经历；第二款单片机是美国ATMEL公司推出的AT89C51单片机，对于这款芯片我已经有了近三年的学习经验。
如果采用STM32单片机作为本文的主控单片机，那么将带来三大方面的优势，首先最主要的是STM32单片机内部采用了高稳定度的PLL（锁相环）技术，这使得它能够在外部施加较低振荡频率的晶振时，就能够以80M以上的主频进行稳定工作，其中PLL能够使得外部晶振输出的频率进行倍频，并且倍数能够灵活的通过软件进行控制，如此高的主频配合了其32位数据处理宽度的特性，使得STM32在做一些中高速的数字信号处理时能够表现出非常高的灵活度和精确度，该单片机在一定程度上代表了当前单片机世界的最高水平；第二大优势是其内部丰富的资源模块，就以我熟悉的F103Z型号单片机来说，其内部具有数十路高速AD采样通道，同时内部集成了一个内置的温度采集模块，另外高性能多用途的UART、CAN以及SPI等常用接口也被集成在同一片内，如果将STM32应用于本系统，能够大大地降低系统的外形体积以及相关模块的消耗，并且对于电路的构建也能够带来相当大的便利；第三大优势要说到它的学习资料丰富性，由于STM32单片机目前代表着单片机的先进水平，因此国内外学习者众多，因此无论是图书馆还是网络上，都能够找到其各方面的开发资料，非常有利于本毕业设计的成功完成，下图为STM32单片机的外形图。
目录
引言 1
（一） 研究背景 1
（二） 国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
一、 方案选择及元器件介绍 2
（一） 控制芯片的选取 2
（二） AT89C51控制芯片 4
（三） 霍尔传感器 4
（四） DS1302型时钟芯片介绍 6
（五） LCD1602显示器 7
二、 硬件系统设计 8
（一） 系统结构框图设计 8
（二） AT89C51单片机最小系统设计 8
（三） 霍尔传感器电路设计 10
（四） DS1302时钟电路设计 10
（五） 显示器电路设计 11
三、 软件系统设计 12
（一） 主程序流程设计 12
（二） 测速子程序设计 13
（三） DS1302芯片软件工作子程序设计 14
（四） 显示器工作子程序设计 15
结束语 17
参考文献 18
致 谢 19
附录一 原理图 20
附录二 源程序 21
引言
研究背景
本文将要介绍一种通过AT89C51单片机作为主要控制器来实现的一款智能型出租车计费器控制系统，这款系统的实现将突破目前市面上相关产
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
品的平均性能，并且在功能上将得到较大的扩展。出租车计费器系统已经在人们的生产生活中出现了较长一段时间，起初在单片机技术还未成熟并推向使用前，逻辑电路以及cpld等一些具有逻辑运算功能的芯片在控制届大行其道，是大多数控制系统的首要选择，通过这些具有简单运算功能的芯片能够实现一些常见的按键检测、报警器驱动以及数码管显示等功能，这一时期的出租车计费器控制系统已经具有了一些简单的计费功能，这一时期的车速测量主要依靠机械结构来完成，通过车轮对测速齿轮的转动从而实现行驶速度的测量，并通过机械指针方式实现行驶速度指示，计费主要依靠时间计时法来完成，虽然这一时期的计费器已经能够完成其基本功能，但是离今天以单片机等微处理器作为主控器的出租车计费器控制系统还具有相当大的一段距离，无论是在功能还是用户使用体验上，都不能最大满足用户的需求。在这一现状下，出租车计费器控制系统的设计师们意识到只有采用更高性能并且集成度更高的控制器芯片才能够设计出具有突破意义的产品来，因此在二十世纪九十年代当单片机生产技术和使用方法得到大规模的普及之后，各行各业的电子设计师们开始了对单片机系统的开发，其中在出租车计费器控制系统领域，设计师们将以往的逻辑门电路或者cpld等一些主控器进行剔除，接着将微处理器芯片进行嵌入，通过程序代码的编写和编译并烧写，这样就使得出租车计费器控制系统具有了一定程度的智能意义，不但能够实现车速的非接触式测量，大大降低了对车轮的损耗，并且车速测量通过霍尔传感器等高性能电气器件来完成，能够实现快速并且精确的转速、行驶速度以及行驶里程等参数的测量，大大提高了计费器的性能和功能，随着单片机技术以及传感器技术的不断发展，将各种具有优良性能的传感器嵌入到计费器系统内部，就能够实现计费器的智能化。另外通过单片机等微处理器的嵌入，能够更好的实现出租车计费器控制系统与用户之间的交互，由于单片机等芯片具有几十个甚至上百个管脚，因此能够实现更多模块的驱动。本次毕业设计就将以C51单片机来作为主控器，设计一款能够突破现有产品性能，改进目前相关产品所存在的普遍缺点，并且能够通过软硬件的不断优化，将控制系统的功耗降到最低。
国内外发展现状
国内外大多数企业已经普遍掌握了生产制造中高以上性能的出租车计费器控制系统产品，但一些具有高端性能的出租车计费器产品只占有很少的比例，这些顶尖技术只有世界上一些少有国家或者研究团队掌握，因此生产成本非常高，导致这些高端产品并不能够在市面上进行普及。许多科研单位和研究小组为了打破这种局面，开始着重开始对出租车计费器控制系统进行研究，不但在硬件上更在软件上寻找突破口，使用更高性能的传感器和更先进的处理器来构建出租车计费器系统的整体框架，相信这种少有高端技术垄断的局面在不久的将来很快会被打破。
本文主要研究内容
本文在出租车计费器发展背景的基础上选择了出租车计费器作为研究课题，考虑到这种控制系统目前的生产成本处于一种较高的位置，使得相关产品的性价比一直上不去，这种现象的关键在于其内部主控芯片以及其他模块的造价昂贵以及开发成本高，因此本文选用了具有超高性价比以及较低功耗的51单片机作为控制系统的主控器件，并结合其他的低价模块，设计一款能够实现自动控制功能的出租车计费器系统，并实现以下功能指标。
1、采用C51单片机作为主控器件，并通过C语言进行程序开发；
2、使用价格低并且显示效果良好的LCD1602液晶屏作为显示模块；
3、采用+5V直流电压进行系统供电。
4、具有车速测量功能；
5、路程测量功能；
6、车费统计功能；
7、RTC时间显示功能。
方案选择及元器件介绍
控制芯片的选取
本章主要进行系统控制芯片的选取和各器件的相关介绍，首先我从大学期间接触过的几款单片机中选取了两款进行了细致的比较和考核，最终决定从这两款单片机中选择其中一个作为本次毕业设计的主控单片机，第一款单片机是我大三学习过程中接触到的一款高性能单片机STM32，其内核架构采用了M3系列的ARM，该单片机由意法半导体公司推出，是一款典型的32位微处理器，其中我对F103Z系列有过一段短暂的学习和使用经历；第二款单片机是美国ATMEL公司推出的AT89C51单片机，对于这款芯片我已经有了近三年的学习经验。
如果采用STM32单片机作为本文的主控单片机，那么将带来三大方面的优势，首先最主要的是STM32单片机内部采用了高稳定度的PLL（锁相环）技术，这使得它能够在外部施加较低振荡频率的晶振时，就能够以80M以上的主频进行稳定工作，其中PLL能够使得外部晶振输出的频率进行倍频，并且倍数能够灵活的通过软件进行控制，如此高的主频配合了其32位数据处理宽度的特性，使得STM32在做一些中高速的数字信号处理时能够表现出非常高的灵活度和精确度，该单片机在一定程度上代表了当前单片机世界的最高水平；第二大优势是其内部丰富的资源模块，就以我熟悉的F103Z型号单片机来说，其内部具有数十路高速AD采样通道，同时内部集成了一个内置的温度采集模块，另外高性能多用途的UART、CAN以及SPI等常用接口也被集成在同一片内，如果将STM32应用于本系统，能够大大地降低系统的外形体积以及相关模块的消耗，并且对于电路的构建也能够带来相当大的便利；第三大优势要说到它的学习资料丰富性，由于STM32单片机目前代表着单片机的先进水平，因此国内外学习者众多，因此无论是图书馆还是网络上，都能够找到其各方面的开发资料，非常有利于本毕业设计的成功完成，下图为STM32单片机的外形图。
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