防作弊出租车计价器的设计与研究＊

王 睿 ， 李 杨

（安徽三联学院机械工程学院，安徽 合肥 230000）

从传统的单纯机械式到半电子式的计价器，再从集成电路到当下基于单片机出租车的计价器，出租车计价器的发展经历了四个主要阶段[1]。一直以来，由于计价器技术水平的不完善以及相关市场监督部门管理上存在的漏洞，给出租车计价器作弊行为提供了可乘之机。目前，最常用的出租车计价器作弊手段有利用传感器作弊、轮胎尺寸作弊、更改内部计量参数、利用计价器时钟作弊、加装信号发生装置等[2]。为了保护广大消费者的正当权益以及出租车行业的稳定发展，有必要使出租车计价器具有防作弊功能。

1 出租车计价器工作原理

出租车计价器一般由三部分组成，分别是计价器主机、空车灯以及传感器。计价工作原理是将车轮转动信息利用传感器转化为一种电信号，并且电信号能被计价器主机识别。当计价器处于计价工作状态时，空车灯将这一状态的信息传递给计价器主机[3]。出租车的行驶里程能否被计量准确，主要取决于每单位行程中计价器所获得的脉冲信号K是否与发动机输出轴的转数一致。出租车的行驶里程S与脉冲信号数N之间的关系见公式（1），式中K值与车辆的齿轮数n和轮胎直径D有关，见公式（2），从该公式可看出，若出租车齿轮数和轮胎直径配置不同，K值就不同。

通过以上两个公式可知，若人为降低K值或者增大N值，都可以增加车辆行驶里程数，从而实现计价器作弊。

2 出租车计价器作弊方法

2.1 利用轮胎尺寸作弊

出租车每两次年检之间会间隔一定的时间，所以不少司机会在两次年检跨度时间内对出租车系统进行改造。因为轮胎直径不同，在路程不变的前提下轮胎转动的圈数就不同[4]。不少司机利用这一点为车辆更换小尺寸轮胎，那么在同样的行程下轮胎转动的圈数就会增加，即发动机输出轴转动圈数也会增加，意味着传感器接收到的脉动信号N增大，由公式（1）可知，出租车计价器显示的行驶公里数增加。

2.2 更改内部计量参数

由公式（1）可看出，K值的大小也会影响行驶里程数。K值是在设计计价器时，根据出租车的齿轮数及轮胎直径配置情况，直接设定的一个值[5]，不同配置的出租车，其计价器中的K值就不同。而有些不法出租车司机认为调小K值，根据公式（1），即使脉冲数N值不变，也会造成行驶里程数S增加，从而实现作弊行为。

2.3 利用传感器作弊

出租车计价器的工作原理是利用传感器将其获得的车轮转动转化为电信号再输入给计价器主机，因此传感器的信号采集是关键。通过调整传感器也可以改变车辆的行驶里程。传感器中磁铁数量普遍设置为2个，传感器获得的脉冲数量与磁铁数量成正比关系，要想使脉冲数量增加，通过增加磁铁数量就可以实现[6]。计价器的传感器一般是装在车辆的变速箱输出轴上，人为减小转轴的齿数，那么在同样的行驶里程下，车轮的转动圈数会增加，导致计价器计量的行驶里程数多于实际里程数。

2.4 利用计价器时钟作弊

出租车运行时间段不同，计价标准就不同。一般而言，晚上的收费标准高于白天，计价器一般是根据其内部设置的时钟来判断计价价格。因此，有的司机就利用这一点对计价器作弊，通过调整计价器的时钟，把白天运行的里程全部按照晚上的计价标准来计费。

2.5 加装信号发生装置

由公式（1）可知，K值不变的情况下，通过调整N值也可以改变行驶里程数S。通过技术手段在出租车计价器中本身脉冲数基础上再增加部分脉冲数，使计价器中脉冲个数N增加，也会实现出租车运行里程数S增加。

在以上五种作弊手段中，由于更改轮胎和更改计价器时钟更容易被发现，更改设定K值又过于复杂，所以目前最常用的还是更改脉冲信号N，也称人为外加脉冲信号[7]。

3 防作弊出租车计价器设计

3.1 硬件部分设计

本文所设计的防作弊出租车计价器硬件部分中单片机选择的是AT89C52系列[8]。该型号单片机可应用于控制较为复杂的系统，标准参数如下：8 000字节闪速存储器，246字节随机存取存储器，32个I/O线口，引脚共44个，在这些引脚中，最主要的引脚是P0、P1、P2，这三个输入输出口的功能如下：

1）P0口：它是地址和数据总线的复用口，即八位双开型输入输出口。

2）P1口：P1口是带内部上拉电阻的八位双开型输入输出口，其输出缓冲级可驱动四个TTL逻辑门电路。当对端口写1时，其可作为输入端。

3）P2口：是一个8位双开型输入输出口，带有上拉电阻。当对P2口写1时，可作为输入口，并且可通过上拉电阻把端口拉到高电平，而被拉低的引脚会输出一个电流。

该单片机中有一个高增益反向放大器，可与反馈元件通过用于单片机时钟周期的两个引脚（XTAL1和XTAL2）共同构成自激振荡器，其中XTAL1引脚是作为单片机时钟周期的输入端，XTAL2作为输出端。自激振荡器的电路见图1所示。

图1 自激振荡器电路图

单片机的外围电路需要用到运算放大器，本文所使用的运算放大器型号为LM324的集成放大器。其具有差动输入集、短路保护输出，允许的单电源电压范围是3V～32V，低偏置电流最大可达100mA，引脚排列具有标准的行列标准，具有内部自动补偿功能，并且输入端具备静电保护功能等。

在该集成运算放大器中每组运算放大器示意图见图2所示。引出脚数量为5个，其中“Vi+”“Vi-”代表信号输入端口，“Vi+”为同相输入端口，“Vi-”为反向输入端口，“V+”代表正电源端口、“V-”代表负电源端口，“Vo”代表输出端口。图3所示LM324的引脚排列。

3.2 软件部分设计

本文软件系统可实现将出租车计价作弊信号利用无线传输模块传递到中继系统，传输方式采用的是格式传输。数据格式主要由四部分构成，分别是功能码、地址码、同步头以及数据信息构成。本文软件系统中的数据格式包括同步头、地址码以及功能码，见图4所示。

图2 运算放大器示意图

图3 LM324的引脚排列

图4 计价器系统信息传输格式

为了降低系统功耗，当系统不接收数据时计价器将自动进入省电模式，当要发放数据时，需先唤醒省电模式，并将其转化为正常工作模式，所以需要在同步头中加上一定的高电平。在始端设置了一个5ms低电平同步头，是为了给上位机留出接收数据的时间，以使整个接收电路始终处于稳定的工作状态。

本设计系统可实现当检测到作弊行为后，计价器主动向中继系统发出作弊信息。为了判断具体哪一辆出租车有作弊行为，需事先对一片区域内的每辆出租车各进行编码，为此在数据中设置了一个地址码。

4 结语

随着科技不断进步，目前计价器作弊手段各种各样难以分辨，本文对计价器的硬件及软件部分进行改进，使计价器具有一定的防作弊功能。