基于Proteus的出租車計(jì)費(fèi)器設(shè)計(jì)

摘 要：應(yīng)用Proteus軟件，結(jié)合數(shù)字電路中的脈沖控制原理，設(shè)計(jì)了基于純?cè)骷圃斓某鲎廛囉?jì)費(fèi)器。仿真實(shí)驗(yàn)表明，該設(shè)計(jì)方案能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)起步價(jià)、單價(jià)進(jìn)行精確控制，可基本滿足出租車計(jì)費(fèi)器的要求。

關(guān)鍵詞：Proteus；數(shù)字電路；出租車計(jì)費(fèi)器

1 引言

20世紀(jì)末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動(dòng)下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，有力地推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)信息化程度的提高，出租車作為人們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｓ玫慕煌üぞ撸?jì)費(fèi)器[1] [2]的可靠性要求越來(lái)越高。應(yīng)用Proteus[3]軟件，結(jié)合數(shù)字電路中的脈沖控制原理，設(shè)計(jì)了使用純?cè)骷圃斓某鲎廛囉?jì)費(fèi)器，在可靠程度上得到了大量的提高。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

2.1 出租車計(jì)費(fèi)器的基本功能

出租車計(jì)費(fèi)器能夠?qū)崿F(xiàn)顯示和計(jì)費(fèi)的功能。當(dāng)里程小于3km時(shí)，只收起步價(jià)；當(dāng)里程大于3km時(shí)，費(fèi)用由起步價(jià)、等待時(shí)間以及行駛路程決定。同時(shí)為適應(yīng)物價(jià)不斷變化的現(xiàn)狀，將起步價(jià)及里程單價(jià)設(shè)為0～9.9元之間可調(diào)，而等待時(shí)間收費(fèi)設(shè)為0.8（元/分）。因此，總費(fèi)用公式如下：

（1）

顯示功能的主要為顯示單價(jià)、行駛路程、等待時(shí)間和總費(fèi)用。記程范圍為0～99.99km，記程分辨率為10m。等待時(shí)間范圍為0～59'59“，計(jì)時(shí)分辨率為 1s，等待時(shí)間在小于3km時(shí)不考慮。單價(jià)顯示為“x.x”，單位為元，計(jì)價(jià)分辨率為0.1元。總費(fèi)用顯示為“xxx.x”，單位為元，計(jì)價(jià)范圍0～999.9元，計(jì)價(jià)分辨率為0.1元。當(dāng)計(jì)費(fèi)器處于空車狀態(tài)時(shí)，計(jì)價(jià)器顯示為起步價(jià)。

2.2 總體設(shè)計(jì)思路

出租車計(jì)費(fèi)器的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，它包括路程電路、等待電路、顯示電路及計(jì)價(jià)電路四個(gè)模塊。路程電路實(shí)現(xiàn)了路程的比較、計(jì)算、單價(jià)以及路程計(jì)費(fèi)的控制。等待電路實(shí)現(xiàn)了等待時(shí)間以及等待費(fèi)用的控制。顯示電路實(shí)現(xiàn)了所有功能的顯示。計(jì)價(jià)電路實(shí)現(xiàn)了對(duì)起步價(jià)的控制以及對(duì)總價(jià)的計(jì)算。利用了Proteus的仿真環(huán)境，代替實(shí)際的電路連接，大大簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)過(guò)程，加快了設(shè)計(jì)速度。

為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)流程，本次設(shè)計(jì)過(guò)程中運(yùn)用端口技術(shù)，解決了在設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)的連線過(guò)多的現(xiàn)象。當(dāng)“空車”處于斷開(kāi)狀態(tài)時(shí)，進(jìn)行單價(jià)的起步價(jià)的設(shè)定；當(dāng)“空車”處于閉合狀態(tài)時(shí)，說(shuō)明車輛正處于運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)若“里程，等待切換”處于斷開(kāi)狀態(tài)，則“里程”開(kāi)始工作；若“里程，等待切換”處于閉合狀態(tài)，則“等待”開(kāi)始工作，價(jià)格會(huì)按照公式（1）進(jìn)行變化。

2.3 設(shè)計(jì)過(guò)程

2.3.1 等待時(shí)間電路

等待時(shí)間電路如圖2所示，利用555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，將脈沖信號(hào)輸入4個(gè)74LS160 U9、U33、U29、U20構(gòu)成的電路，產(chǎn)生60進(jìn)制的輸出信號(hào)，并將相應(yīng)的等待時(shí)間輸出給顯示電路。然后由“里程、等待開(kāi)關(guān)”信號(hào)進(jìn)行選擇，確定當(dāng)車輛里程不工作時(shí)（115為高電平），等待時(shí)間工作。選擇后的信號(hào)通過(guò)鎖存器，再利用頻率的倍數(shù)比，通過(guò)U5產(chǎn)生8倍脈沖的信號(hào)，達(dá)到每分鐘0.8元的目的。結(jié)果通過(guò)A02輸出給總價(jià)電路。

2.3.2 路程電路

路程電路如圖3所示，減法器的初始值可以通過(guò)U123、U125控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)單價(jià)的調(diào)節(jié)，同時(shí)輸出給顯示電路。用555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，將脈沖信號(hào)輸入兩個(gè)74LS160（U1、U2）構(gòu)成的減法器。同時(shí)，利用U121、U122實(shí)現(xiàn)對(duì)起步價(jià)的控制。輸出的結(jié)果A01被傳輸至總價(jià)電路，與等待時(shí)間的結(jié)果A02相加。利用路程比較電路實(shí)現(xiàn)3km后開(kāi)始計(jì)費(fèi)的功能，當(dāng)路程大于3km時(shí)，等待時(shí)間和路程電路開(kāi)始工作。當(dāng)所有端口（T01、T02除外）均處于低電平時(shí)，T13輸出高電平。此時(shí)，總價(jià)電路開(kāi)始工作。

2.3.3 總價(jià)電路

總價(jià)電路如圖4，當(dāng)空車開(kāi)關(guān)112處于高電平時(shí)，電路開(kāi)始工作。當(dāng)T13處于高電平時(shí)，利用555構(gòu)成的鎖存器，總價(jià)電路通過(guò)U23、U24、U25、U26將路程電路結(jié)果A01與等待時(shí)間電路A02相加。只有當(dāng)路程（或等待時(shí)間）為整數(shù)時(shí)，相對(duì)應(yīng)的費(fèi)用才會(huì)相加。結(jié)果通過(guò)U21、U22輸出給顯示電路。

2.3.4 顯示電路

顯示電路如圖五，由路程顯示電路、等待時(shí)間顯示電路、單價(jià)顯示電路、總價(jià)顯示電路以及SEG顯示管構(gòu)成。通過(guò)各電路74LS160（或74LS192）的信號(hào)傳輸，形成了從0000～1111的信號(hào)，再通過(guò)4511將信號(hào)處理成SEG中可以顯示的信號(hào)。達(dá)到顯示各種數(shù)據(jù)的目的。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)顯示面板的簡(jiǎn)化，如圖5。

3 結(jié)果分析

設(shè)等待時(shí)間為T，路程為S，費(fèi)用為F；起步價(jià)8.0元，單價(jià)2.0元。仿真結(jié)果如表1所示：

此時(shí)，路程電路工作，同時(shí)等待時(shí)間電路也開(kāi)始工作。當(dāng)路程超過(guò)3km時(shí)，如果時(shí)間超過(guò)1min，則每分鐘等待所對(duì)應(yīng)的費(fèi)用也會(huì)加入到相應(yīng)的總價(jià)中。如果3km之前等待時(shí)間已經(jīng)超過(guò)了1min，則3km之后，等待時(shí)間為總的等待時(shí)間減去3km時(shí)的等待時(shí)間的整數(shù)。在此次設(shè)計(jì)中，默認(rèn)等待單價(jià)為0.8元/min。

4 結(jié)論

出租車計(jì)費(fèi)器，日常生活中的一部分。本次設(shè)計(jì)以Proteus為載體，以純硬件為基礎(chǔ)，改變了出租車計(jì)費(fèi)器存在的易被修改的缺點(diǎn)。同時(shí)，本次設(shè)計(jì)運(yùn)用了大量的數(shù)字電路，穩(wěn)定性更好。由于對(duì)電路實(shí)現(xiàn)了精確的控制，計(jì)費(fèi)器在精確度上有了很大的提高。Proteus是設(shè)計(jì)中較為簡(jiǎn)潔的工具，極大的縮短了設(shè)計(jì)周期和成本，對(duì)于提高設(shè)計(jì)能力有重要意義。

參考文獻(xiàn)

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