防作弊出租車計價器的設(shè)計與研究＊

王 睿 ， 李 楊

（安徽三聯(lián)學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，安徽 合肥 230000）

從傳統(tǒng)的單純機(jī)械式到半電子式的計價器，再從集成電路到當(dāng)下基于單片機(jī)出租車的計價器，出租車計價器的發(fā)展經(jīng)歷了四個主要階段[1]。一直以來，由于計價器技術(shù)水平的不完善以及相關(guān)市場監(jiān)督部門管理上存在的漏洞，給出租車計價器作弊行為提供了可乘之機(jī)。目前，最常用的出租車計價器作弊手段有利用傳感器作弊、輪胎尺寸作弊、更改內(nèi)部計量參數(shù)、利用計價器時鐘作弊、加裝信號發(fā)生裝置等[2]。為了保護(hù)廣大消費者的正當(dāng)權(quán)益以及出租車行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展，有必要使出租車計價器具有防作弊功能。

1 出租車計價器工作原理

出租車計價器一般由三部分組成，分別是計價器主機(jī)、空車燈以及傳感器。計價工作原理是將車輪轉(zhuǎn)動信息利用傳感器轉(zhuǎn)化為一種電信號，并且電信號能被計價器主機(jī)識別。當(dāng)計價器處于計價工作狀態(tài)時，空車燈將這一狀態(tài)的信息傳遞給計價器主機(jī)[3]。出租車的行駛里程能否被計量準(zhǔn)確，主要取決于每單位行程中計價器所獲得的脈沖信號K是否與發(fā)動機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)數(shù)一致。出租車的行駛里程S與脈沖信號數(shù)N之間的關(guān)系見公式（1），式中K值與車輛的齒輪數(shù)n和輪胎直徑D有關(guān)，見公式（2），從該公式可看出，若出租車齒輪數(shù)和輪胎直徑配置不同，K值就不同。

通過以上兩個公式可知，若人為降低K值或者增大N值，都可以增加車輛行駛里程數(shù)，從而實現(xiàn)計價器作弊。

2 出租車計價器作弊方法

2.1 利用輪胎尺寸作弊

出租車每兩次年檢之間會間隔一定的時間，所以不少司機(jī)會在兩次年檢跨度時間內(nèi)對出租車系統(tǒng)進(jìn)行改造。因為輪胎直徑不同，在路程不變的前提下輪胎轉(zhuǎn)動的圈數(shù)就不同[4]。不少司機(jī)利用這一點為車輛更換小尺寸輪胎，那么在同樣的行程下輪胎轉(zhuǎn)動的圈數(shù)就會增加，即發(fā)動機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)動圈數(shù)也會增加，意味著傳感器接收到的脈動信號N增大，由公式（1）可知，出租車計價器顯示的行駛公里數(shù)增加。

2.2 更改內(nèi)部計量參數(shù)

由公式（1）可看出，K值的大小也會影響行駛里程數(shù)。K值是在設(shè)計計價器時，根據(jù)出租車的齒輪數(shù)及輪胎直徑配置情況，直接設(shè)定的一個值[5]，不同配置的出租車，其計價器中的K值就不同。而有些不法出租車司機(jī)認(rèn)為調(diào)小K值，根據(jù)公式（1），即使脈沖數(shù)N值不變，也會造成行駛里程數(shù)S增加，從而實現(xiàn)作弊行為。

2.3 利用傳感器作弊

出租車計價器的工作原理是利用傳感器將其獲得的車輪轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為電信號再輸入給計價器主機(jī)，因此傳感器的信號采集是關(guān)鍵。通過調(diào)整傳感器也可以改變車輛的行駛里程。傳感器中磁鐵數(shù)量普遍設(shè)置為2個，傳感器獲得的脈沖數(shù)量與磁鐵數(shù)量成正比關(guān)系，要想使脈沖數(shù)量增加，通過增加磁鐵數(shù)量就可以實現(xiàn)[6]。計價器的傳感器一般是裝在車輛的變速箱輸出軸上，人為減小轉(zhuǎn)軸的齒數(shù)，那么在同樣的行駛里程下，車輪的轉(zhuǎn)動圈數(shù)會增加，導(dǎo)致計價器計量的行駛里程數(shù)多于實際里程數(shù)。

2.4 利用計價器時鐘作弊

出租車運行時間段不同，計價標(biāo)準(zhǔn)就不同。一般而言，晚上的收費標(biāo)準(zhǔn)高于白天，計價器一般是根據(jù)其內(nèi)部設(shè)置的時鐘來判斷計價價格。因此，有的司機(jī)就利用這一點對計價器作弊，通過調(diào)整計價器的時鐘，把白天運行的里程全部按照晚上的計價標(biāo)準(zhǔn)來計費。

2.5 加裝信號發(fā)生裝置

由公式（1）可知，K值不變的情況下，通過調(diào)整N值也可以改變行駛里程數(shù)S。通過技術(shù)手段在出租車計價器中本身脈沖數(shù)基礎(chǔ)上再增加部分脈沖數(shù)，使計價器中脈沖個數(shù)N增加，也會實現(xiàn)出租車運行里程數(shù)S增加。

在以上五種作弊手段中，由于更改輪胎和更改計價器時鐘更容易被發(fā)現(xiàn)，更改設(shè)定K值又過于復(fù)雜，所以目前最常用的還是更改脈沖信號N，也稱人為外加脈沖信號[7]。

3 防作弊出租車計價器設(shè)計

3.1 硬件部分設(shè)計

本文所設(shè)計的防作弊出租車計價器硬件部分中單片機(jī)選擇的是AT89C52系列[8]。該型號單片機(jī)可應(yīng)用于控制較為復(fù)雜的系統(tǒng)，標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)如下：8 000字節(jié)閃速存儲器，246字節(jié)隨機(jī)存取存儲器，32個I/O線口，引腳共44個，在這些引腳中，最主要的引腳是P0、P1、P2，這三個輸入輸出口的功能如下：

1）P0口：它是地址和數(shù)據(jù)總線的復(fù)用口，即八位雙開型輸入輸出口。

2）P1口：P1口是帶內(nèi)部上拉電阻的八位雙開型輸入輸出口，其輸出緩沖級可驅(qū)動四個TTL邏輯門電路。當(dāng)對端口寫1時，其可作為輸入端。

3）P2口：是一個8位雙開型輸入輸出口，帶有上拉電阻。當(dāng)對P2口寫1時，可作為輸入口，并且可通過上拉電阻把端口拉到高電平，而被拉低的引腳會輸出一個電流。

該單片機(jī)中有一個高增益反向放大器，可與反饋元件通過用于單片機(jī)時鐘周期的兩個引腳（XTAL1和XTAL2）共同構(gòu)成自激振蕩器，其中XTAL1引腳是作為單片機(jī)時鐘周期的輸入端，XTAL2作為輸出端。自激振蕩器的電路見圖1所示。

圖1 自激振蕩器電路圖

單片機(jī)的外圍電路需要用到運算放大器，本文所使用的運算放大器型號為LM324的集成放大器。其具有差動輸入集、短路保護(hù)輸出，允許的單電源電壓范圍是3V～32V，低偏置電流最大可達(dá)100mA，引腳排列具有標(biāo)準(zhǔn)的行列標(biāo)準(zhǔn)，具有內(nèi)部自動補(bǔ)償功能，并且輸入端具備靜電保護(hù)功能等。

在該集成運算放大器中每組運算放大器示意圖見圖2所示。引出腳數(shù)量為5個，其中“Vi+”“Vi-”代表信號輸入端口，“Vi+”為同相輸入端口，“Vi-”為反向輸入端口，“V+”代表正電源端口、“V-”代表負(fù)電源端口，“Vo”代表輸出端口。圖3所示LM324的引腳排列。

3.2 軟件部分設(shè)計

本文軟件系統(tǒng)可實現(xiàn)將出租車計價作弊信號利用無線傳輸模塊傳遞到中繼系統(tǒng)，傳輸方式采用的是格式傳輸。數(shù)據(jù)格式主要由四部分構(gòu)成，分別是功能碼、地址碼、同步頭以及數(shù)據(jù)信息構(gòu)成。本文軟件系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)格式包括同步頭、地址碼以及功能碼，見圖4所示。

圖2 運算放大器示意圖

圖3 LM324的引腳排列

圖4 計價器系統(tǒng)信息傳輸格式

為了降低系統(tǒng)功耗，當(dāng)系統(tǒng)不接收數(shù)據(jù)時計價器將自動進(jìn)入省電模式，當(dāng)要發(fā)放數(shù)據(jù)時，需先喚醒省電模式，并將其轉(zhuǎn)化為正常工作模式，所以需要在同步頭中加上一定的高電平。在始端設(shè)置了一個5ms低電平同步頭，是為了給上位機(jī)留出接收數(shù)據(jù)的時間，以使整個接收電路始終處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)。

本設(shè)計系統(tǒng)可實現(xiàn)當(dāng)檢測到作弊行為后，計價器主動向中繼系統(tǒng)發(fā)出作弊信息。為了判斷具體哪一輛出租車有作弊行為，需事先對一片區(qū)域內(nèi)的每輛出租車各進(jìn)行編碼，為此在數(shù)據(jù)中設(shè)置了一個地址碼。

4 結(jié)語

隨著科技不斷進(jìn)步，目前計價器作弊手段各種各樣難以分辨，本文對計價器的硬件及軟件部分進(jìn)行改進(jìn)，使計價器具有一定的防作弊功能。