基于430單片機的出租車計價器設計研究

張霄琳+張志勇

【摘要】 計價器是出租車的重要電子設備，要實現對行車里程數的精準計算，從而保證出租車司機和乘客雙方的權益。隨著城市交通狀況的日益復雜，交通壓力與日俱增，經常出現交通堵塞的狀況，再加上夜間行車燈特殊情況，出租車計價器要能夠實現多種模式的計費。而且傳統計價器采用機械按鍵對計價器進行控制，容易被篡改，也容易因按鍵頻繁使用出現故障。針對于這些情況，本文將采用430單片機對新的出租車計價器進行設計，采用液晶顯示和觸控系統代替原顯示操作系統，能夠實現分模式計價，并對里程數進行精準計算。

【關鍵字】 430單片機 出租車 計價器 設計與實現

前言：出租車計價器是出租車司機向乘客收費的重要依據，其計價準確性對雙方權益有重要影響。傳統的出租車計價器在功能和性能上都存在一定缺陷，特別是機械按鍵控制方法，容易出現問題，而且計價頁面的信息較為單一，無法為乘客利益提供保障。MSP430是一款低功耗單片機，利用430單片機對出租車計價器進行設計和優化，可以彌補目前出租車計價器存在的缺陷，使行車信息一目了然，減少乘客與出租車司機的爭議和糾紛。

一、整體功能設計

傳統出租車計價器是利用外部芯片中的定時器來捕捉脈沖信號，從而實現速度測量和里程測量功能，并通過外部ROM芯片實現掉電保護功能。本文采用的MSP430F149型單片機不僅集成了傳統出租車計價器的硬件條件，其內部定時器還能夠實現捕捉上升、下降沿的功能，可以使計價結果更加精確。本文設計的基于430單片機的計價器在正常工作狀態下，可以通過點擊可觸控液晶屏的選項，將其坐標傳送給單片機，從而對用戶操作指令進行識別，并作出相應動作。利用光電傳感器完成從機械信號到電脈沖信號的轉換，并由單片機的定時中斷功能獲取脈沖周期，與車輪半徑等參數進行計算，得到出租車的里程數和行駛速度等信息，最后通過液晶顯示屏進行顯示。該單片機采用SPI方式與SD卡進行連接，將信息數據傳到液晶屏進行顯示的同時，將數據存儲在SD卡中，可以實現掉電保護功能。應用該系統，出租車公司可以根據市場實際情況進行系統更新，對出租車的起步價和單價進行調整[1]。

二、硬件單元電路設計

2.1單片機系統電路設計

整個計價器硬件系統的設計與實現由四大模塊組成，分別是單片機、測速單元、顯示單元和掉電保護單元，并由8節干電池作為供電電源。單片機系統設計是其硬件系統設計的基礎，MSP430F149型單片機主要包括時鐘、定時器、串行接口、比較器和I/O接口等模塊。其中定時器分為A、B兩個，并分為比較和捕捉兩種運行模式。一般工作時鐘由外部時鐘提供或由內部時鐘分頻得到，在捕捉工作模式下，將其設置為上升沿捕捉，用以獲取一個脈沖周期間隔內的主計數器計數差值。為提高防作弊能力，通過從變速箱輸入齒輪和輸出齒輪得到的脈沖信號，對其按固有齒輪比進行編程，并比較兩者差值，控制誤差范圍。如果在出租車運行后改變變速箱齒輪，則會導致兩者脈沖關系與確定關系不符，此時計價器不進行計費。采用430單片機進行設計的出租車計價器，不需要依靠外部時鐘芯片進行實踐顯示，可以利用單片機自身的定時器進行時間中斷，出租車司機只需要為其設定時間初始值，單片機內部的定時器就會進行時間中斷，并將新的時期時間更新到液晶屏上[2]。

2.2測速電路設計

傳統出租車計價器使用霍爾傳感器檢測脈沖，這種傳感器容易受磁鐵干擾，可以通過增加磁鐵二叔增強脈沖信號，使計價器產生更多的計費。本文設計的出租車計價器采用光傳感器，可以有效防止電磁干擾作弊方式。使用光傳感器基于光電傳感原理對測速電路進行設計，首先將機械信號轉化成光脈沖信號，然后在轉換成電脈沖信號，并將其送入單片機進行處理。但是需要考慮可見光的影響，為提高其響應速度，使用GaAlAs紅外對管，并對光敏接收管和紅外發光管進行保護，利用電阻將兩管接地，起到限流保護的作用。利用三極管放大由光強變化帶來的電位升降信號，通過反相器對其電脈沖信號消抖整形，從而避免單片機出現誤判或顯示不穩定的現象[3]。

2.3顯示單元設計

計價器的顯示單元電路主要分為控制電路和輸入、輸出接口電路。采用DMTFT-28彩色觸摸屏，該液晶屏的整體結構分為三部分：（1）導體層間的隔離層；（2）電極；（3）兩層透明阻性導體層。當有外力作用時，兩層結構會在外力作用點產生接觸，由控制電路通過控制芯片對觸點的坐標數字電壓量進行采集，并通過公式計算出觸摸點的具體坐標，根據該坐標分析出對應的操作指令。由單片機控制液晶屏幕的顯示信息作出更改，或進行頁面切換。在輸入、輸出接口的電路中，將35～40接線腳設置為觸摸控制接口，將26～33接線腳設置為高8位數據口，將21～24接線腳設置為SD卡控制接口，將17號接線腳設置為I/O擴展控制為的LE腳，將4～16接線腳設置為保護接口，與控制器之間設置限流底單組保護，使其在5V電壓驅動下，能夠避免液晶屏產生過流損壞。所選用的限流電阻為1kΩ。

2.4掉電保護設計

掉電保護設計的關鍵點事選擇合適的通信方式和外部存儲器。由于Flash的吸入速度過慢，而且寫入次數存在限制，會給程序空間帶來較大風險。因此采用SD卡和SPI串行通信協議，由SCLK提供時鐘脈沖，可以使SDI和SDO在此脈沖下進行數據傳輸。數據經過SDO線被傳送到單片機中，并在時鐘上升或下降沿時改變，在下一個上升火或下降沿被讀取出來。

三、軟件系統設計

3.1系統設計方式

計價器的軟件系統設計采取模塊化設計方式，主要將軟件系統劃分為顯示程序、掉電存儲程序和測速程序幾個部分。其中，液晶顯示系統包括3個界面，分別是定時中斷的計時程序界面、觸點坐標的判斷程序界面和預先設置界面。

3.2軟件運行方式

出租車啟動時，首先由430單片機對定時器和液晶顯示系統進行初始化，隨著電機轉動，其脈沖信號被定時器捕捉，根據定時器的時鐘頻率計算出脈沖頻率，進而計算電機轉速。再通過齒輪比參數計算出里程數，根據計費規則，計算出實時車費，在液晶顯示屏上顯示。出租車司機可以直接點觸屏幕進行系統操作，如果供電中斷，單片機會在啟動時自動讀取SD卡的數據，保證連續的運行狀態。

3.3分類計價模式

在源程序中設置有白天運行和夜間運行兩種基本模式，分別采用不同的計價規則，在運行過程中不需要對運行模式進行選擇，單片機會根據系統時間自行選擇。開始運營后，出租車司機只需點擊載客即可按照相應模式進行計價收費。在計價規則的設計上，綜合考慮到起步價、燃油附加費、每公里車費等計費參數，并在液晶屏幕上進行詳細顯示。如果遇到市場價格變動，需要修改源程序，并重新裝載系統。

結束語：綜上所述，本文主要基于430單片機新品對出租車計價器進行了重新設計，首先分析了系統的整體設計思路，以及傳統計價器的不足，在此基礎上，分別對其軟硬件設計進行探討，采用液晶觸控系統對原有機械操作系統進行改進，可以有效避免出租車計價作弊現象。出租車是人們日常出行的重要交通工具，其費用計算依靠計價器實現，只有保證計價器設計的合理性，才能減少乘客與出租車司機的糾紛，保護雙方的正當權益。

參 考 文 獻

[1]王立忠，王薏林，許德成. 基于單片機的出租車計價器檢定裝置的設計[J]. 吉林大學學報（信息科學版），2014，06：624-631.

[2]李學君，李波. 基于PIC單片機的多功能出租車計價器設計[J]. 儀表技術，2010，02：36-38+42.

[3]王倩. 基于單片機的出租車計價器的里程計算設計[J]. 電子技術與軟件工程，2013，12：121.endprint