基于430单片机的出租车计价器设计研究

张霄琳+张志勇

【摘要】 计价器是出租车的重要电子设备，要实现对行车里程数的精准计算，从而保证出租车司机和乘客双方的权益。随着城市交通状况的日益复杂，交通压力与日俱增，经常出现交通堵塞的状况，再加上夜间行车灯特殊情况，出租车计价器要能够实现多种模式的计费。而且传统计价器采用机械按键对计价器进行控制，容易被篡改，也容易因按键频繁使用出现故障。针对于这些情况，本文将采用430单片机对新的出租车计价器进行设计，采用液晶显示和触控系统代替原显示操作系统，能够实现分模式计价，并对里程数进行精准计算。

【关键字】 430单片机 出租车 计价器 设计与实现

前言：出租车计价器是出租车司机向乘客收费的重要依据，其计价准确性对双方权益有重要影响。传统的出租车计价器在功能和性能上都存在一定缺陷，特别是机械按键控制方法，容易出现问题，而且计价页面的信息较为单一，无法为乘客利益提供保障。MSP430是一款低功耗单片机，利用430单片机对出租车计价器进行设计和优化，可以弥补目前出租车计价器存在的缺陷，使行车信息一目了然，减少乘客与出租车司机的争议和纠纷。

一、整体功能设计

传统出租车计价器是利用外部芯片中的定时器来捕捉脉冲信号，从而实现速度测量和里程测量功能，并通过外部ROM芯片实现掉电保护功能。本文采用的MSP430F149型单片机不仅集成了传统出租车计价器的硬件条件，其内部定时器还能够实现捕捉上升、下降沿的功能，可以使计价结果更加精确。本文设计的基于430单片机的计价器在正常工作状态下，可以通过点击可触控液晶屏的选项，将其坐标传送给单片机，从而对用户操作指令进行识别，并作出相应动作。利用光电传感器完成从机械信号到电脉冲信号的转换，并由单片机的定时中断功能获取脉冲周期，与车轮半径等参数进行计算，得到出租车的里程数和行驶速度等信息，最后通过液晶显示屏进行显示。该单片机采用SPI方式与SD卡进行连接，将信息数据传到液晶屏进行显示的同时，将数据存储在SD卡中，可以实现掉电保护功能。应用该系统，出租车公司可以根据市场实际情况进行系统更新，对出租车的起步价和单价进行调整[1]。

二、硬件单元电路设计

2.1单片机系统电路设计

整个计价器硬件系统的设计与实现由四大模块组成，分别是单片机、测速单元、显示单元和掉电保护单元，并由8节干电池作为供电电源。单片机系统设计是其硬件系统设计的基础，MSP430F149型單片机主要包括时钟、定时器、串行接口、比较器和I/O接口等模块。其中定时器分为A、B两个，并分为比较和捕捉两种运行模式。一般工作时钟由外部时钟提供或由内部时钟分频得到，在捕捉工作模式下，将其设置为上升沿捕捉，用以获取一个脉冲周期间隔内的主计数器计数差值。为提高防作弊能力，通过从变速箱输入齿轮和输出齿轮得到的脉冲信号，对其按固有齿轮比进行编程，并比较两者差值，控制误差范围。如果在出租车运行后改变变速箱齿轮，则会导致两者脉冲关系与确定关系不符，此时计价器不进行计费。采用430单片机进行设计的出租车计价器，不需要依靠外部时钟芯片进行实践显示，可以利用单片机自身的定时器进行时间中断，出租车司机只需要为其设定时间初始值，单片机内部的定时器就会进行时间中断，并将新的时期时间更新到液晶屏上[2]。

2.2测速电路设计

传统出租车计价器使用霍尔传感器检测脉冲，这种传感器容易受磁铁干扰，可以通过增加磁铁二叔增强脉冲信号，使计价器产生更多的计费。本文设计的出租车计价器采用光传感器，可以有效防止电磁干扰作弊方式。使用光传感器基于光电传感原理对测速电路进行设计，首先将机械信号转化成光脉冲信号，然后在转换成电脉冲信号，并将其送入单片机进行处理。但是需要考虑可见光的影响，为提高其响应速度，使用GaAlAs红外对管，并对光敏接收管和红外发光管进行保护，利用电阻将两管接地，起到限流保护的作用。利用三极管放大由光强变化带来的电位升降信号，通过反相器对其电脉冲信号消抖整形，从而避免单片机出现误判或显示不稳定的现象[3]。

2.3显示单元设计

计价器的显示单元电路主要分为控制电路和输入、输出接口电路。采用DMTFT-28彩色触摸屏，该液晶屏的整体结构分为三部分：（1）导体层间的隔离层；（2）电极；（3）两层透明阻性导体层。当有外力作用时，两层结构会在外力作用点产生接触，由控制电路通过控制芯片对触点的坐标数字电压量进行采集，并通过公式计算出触摸点的具体坐标，根据该坐标分析出对应的操作指令。由单片机控制液晶屏幕的显示信息作出更改，或进行页面切换。在输入、输出接口的电路中，将35～40接线脚设置为触摸控制接口，将26～33接线脚设置为高8位数据口，将21～24接线脚设置为SD卡控制接口，将17号接线脚设置为I/O扩展控制为的LE脚，将4～16接线脚设置为保护接口，与控制器之间设置限流底单组保护，使其在5V电压驱动下，能够避免液晶屏产生过流损坏。所选用的限流电阻为1kΩ。

2.4掉电保护设计

掉电保护设计的关键点事选择合适的通信方式和外部存储器。由于Flash的吸入速度过慢，而且写入次数存在限制，会给程序空间带来较大风险。因此采用SD卡和SPI串行通信协议，由SCLK提供时钟脉冲，可以使SDI和SDO在此脉冲下进行数据传输。数据经过SDO线被传送到单片机中，并在时钟上升或下降沿时改变，在下一个上升火或下降沿被读取出来。

三、软件系统设计

3.1系统设计方式

计价器的软件系统设计采取模块化设计方式，主要将软件系统划分为显示程序、掉电存储程序和测速程序几个部分。其中，液晶显示系统包括3个界面，分别是定时中断的计时程序界面、触点坐标的判断程序界面和预先设置界面。

3.2软件运行方式

出租车启动时，首先由430单片机对定时器和液晶显示系统进行初始化，随着电机转动，其脉冲信号被定时器捕捉，根据定时器的时钟频率计算出脉冲频率，进而计算电机转速。再通过齿轮比参数计算出里程数，根据计费规则，计算出实时车费，在液晶显示屏上显示。出租车司机可以直接点触屏幕进行系统操作，如果供电中断，单片机会在启动时自动读取SD卡的数据，保证连续的运行状态。

3.3分类计价模式

在源程序中设置有白天运行和夜间运行两种基本模式，分别采用不同的计价规则，在运行过程中不需要对运行模式进行选择，单片机会根据系统时间自行选择。开始运营后，出租车司机只需点击载客即可按照相应模式进行计价收费。在计价规则的设计上，综合考虑到起步价、燃油附加费、每公里车费等计费参数，并在液晶屏幕上进行详细显示。如果遇到市场价格变动，需要修改源程序，并重新装载系统。

结束语：综上所述，本文主要基于430单片机新品对出租车计价器进行了重新设计，首先分析了系统的整体设计思路，以及传统计价器的不足，在此基础上，分别对其软硬件设计进行探讨，采用液晶触控系统对原有机械操作系统进行改进，可以有效避免出租车计价作弊现象。出租车是人们日常出行的重要交通工具，其费用计算依靠计价器实现，只有保证计价器设计的合理性，才能减少乘客与出租车司机的纠纷，保护双方的正当权益。

参 考 文 献

[1]王立忠，王薏林，许德成. 基于单片机的出租车计价器检定装置的设计[J]. 吉林大学学报（信息科学版），2014，06：624-631.

[2]李学君，李波. 基于PIC单片机的多功能出租车计价器设计[J]. 仪表技术，2010，02：36-38+42.

[3]王倩. 基于单片机的出租车计价器的里程计算设计[J]. 电子技术与软件工程，2013，12：121.endprint