孫曉斌 倪杭飛

(杭州市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測(cè)院，杭州 310019)

0 引言

出租汽車(chē)計(jì)價(jià)器是一種專用計(jì)量器具，它安裝在出租汽車(chē)上，用于測(cè)量持續(xù)時(shí)間及依據(jù)里程傳感器傳送的信號(hào)測(cè)量里程，并以測(cè)得的計(jì)時(shí)時(shí)間及里程為依據(jù)，計(jì)算并顯示乘客租車(chē)應(yīng)付的車(chē)費(fèi)。它是出租汽車(chē)經(jīng)營(yíng)者和乘客之間貿(mào)易結(jié)算的工具，屬于國(guó)家依法重點(diǎn)管理的強(qiáng)制檢定計(jì)量器具[1]。

出租汽車(chē)計(jì)價(jià)器按傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法制成1～2塊印刷電路板，配備相應(yīng)的電子元器件和電氣連接組合而成，它的缺點(diǎn)：1)印刷電路板中任何一處元件的焊接不良或損壞將直接導(dǎo)致整塊印刷電路板出現(xiàn)故障；2)生產(chǎn)測(cè)試過(guò)程中，由于各功能電路相互連接相互影響，查找故障困難；3)不同型號(hào)的計(jì)價(jià)器使用不同的印刷電路板，焊接于電路板上的元器件難以拆下用于其他型號(hào)產(chǎn)品中；4)各功能電路無(wú)法脫離其他電路獨(dú)立測(cè)試，維修工作需要一定的技術(shù)水平；5)產(chǎn)品沒(méi)有擴(kuò)充性與刪減性，難以增減不同功能。

模組式出租汽車(chē)計(jì)價(jià)器的設(shè)計(jì)，能較好地解決傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法存在的缺點(diǎn)和技術(shù)問(wèn)題，通過(guò)不同模塊組件的組合配置，就可以方便地實(shí)現(xiàn)計(jì)價(jià)器不同功能。模組式出租汽車(chē)計(jì)價(jià)器極大地方便了計(jì)價(jià)器維修站的工作，當(dāng)計(jì)價(jià)器出現(xiàn)故障時(shí)，維修人員只對(duì)有故障的模塊組件進(jìn)行更換，有故障的模塊組件可以在工廠進(jìn)行修理，降低了維修站人員維修計(jì)價(jià)器的技術(shù)難度；同時(shí)也可以根據(jù)用戶需要，方便對(duì)計(jì)價(jià)器功能的升級(jí)，使原有的產(chǎn)品煥發(fā)新的活力。

1 模組式硬件電路設(shè)計(jì)

模組式出租汽車(chē)計(jì)價(jià)器對(duì)計(jì)價(jià)器的構(gòu)成進(jìn)行了功能劃分，并進(jìn)而提出模塊化設(shè)計(jì)，每個(gè)模塊組件可以是單功能，也可以是兩種功能或集成更多功能，通過(guò)對(duì)這些模塊基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇和組合，組建成不同功能的計(jì)價(jià)器產(chǎn)品[2]。

模組式出租汽車(chē)計(jì)價(jià)器硬件設(shè)有電源、計(jì)量主控、稅控、存儲(chǔ)、時(shí)鐘，顯示、打印、語(yǔ)音、射頻卡、安全認(rèn)證、通訊接口、IC卡卡座信號(hào)、信號(hào)處理等模塊以及模塊連接主板，模塊連接主板供上述模塊安裝并實(shí)現(xiàn)電氣和數(shù)據(jù)的連接，各模塊組件采用插接的方式安裝在主板上即可實(shí)現(xiàn)計(jì)價(jià)器產(chǎn)品組建。模組式計(jì)價(jià)器電路如圖1所示。

圖1 模組式計(jì)價(jià)器電路

電源、計(jì)量主控、稅控、存儲(chǔ)、時(shí)鐘，顯示、打印等模塊是計(jì)價(jià)器的基本模塊；而通訊接口、語(yǔ)音、信號(hào)處理、射頻卡、安全認(rèn)證等模塊均為計(jì)價(jià)器的擴(kuò)展模塊。

1.1 計(jì)量主控模塊

計(jì)量主控模塊對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，然后換算成里程數(shù)，并按照出租汽車(chē)計(jì)價(jià)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)程、計(jì)時(shí)、計(jì)費(fèi)。電路采用ST公司的單片機(jī)uPSD3234作為系統(tǒng)的核心部件，它以增強(qiáng)型MCS-51內(nèi)核8032單片機(jī)為基礎(chǔ)，具有豐富的外圍設(shè)備，集成了PSD模塊，并含有大容量Flash和RAM的存儲(chǔ)器，集成I2C和USB接口電路，數(shù)字顯示通道，5個(gè)脈寬調(diào)制控制器，4路8位AD轉(zhuǎn)換器，可編程邏輯電路，是一個(gè)典型的具有SOC特征的高速單片機(jī)，因此不需要增加復(fù)雜的外圍電路就完全能滿足設(shè)計(jì)的要求[3]。

1.2 時(shí)鐘模塊

時(shí)鐘模塊是顯示計(jì)價(jià)器的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，時(shí)鐘作為白天/晚上單價(jià)自動(dòng)轉(zhuǎn)換的一個(gè)基準(zhǔn)。電路采用了PCF8563芯片，是一種低功耗的多功能時(shí)鐘/日歷芯片，它提供一個(gè)可編程時(shí)鐘輸出，一個(gè)中斷輸出和掉電檢測(cè)器，所有的地址和數(shù)據(jù)通過(guò)I2C總線接口串行傳遞，最大總線速度為400kbits/s，每次讀寫(xiě)數(shù)據(jù)后，內(nèi)嵌的字地址寄存器會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生增量[4]。電路中BT1為后備電源，VCC為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行，同時(shí)也起到保存時(shí)間信息及數(shù)據(jù)作用。時(shí)鐘模塊電路如圖2所示。

圖2 時(shí)鐘模塊電路

1.3 存儲(chǔ)模塊

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊的作用是當(dāng)計(jì)價(jià)器電源關(guān)閉的時(shí)候，存儲(chǔ)當(dāng)前設(shè)定的單價(jià)信息，電路采用ATMEL公司推出的容量為256kB的串行電可擦除、可編程存儲(chǔ)芯片24C256設(shè)計(jì)，傳輸方式為2線串行總線和單片機(jī)通訊，其優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單、存儲(chǔ)容量大，可保存數(shù)據(jù)100年[5]。

1.4 通訊接口模塊

通訊接口是計(jì)價(jià)器與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的交接部分，起著數(shù)據(jù)緩沖、隔離、數(shù)據(jù)格式交換、尋址、同步聯(lián)絡(luò)和定時(shí)控制等作用。通訊接口模塊由MAX485接口芯片、光電耦合器等組成，采用RS-485接口標(biāo)準(zhǔn)差模信號(hào)傳輸方式，抗干擾能力強(qiáng)，即使在信號(hào)電壓較小的情況下也能獲得穩(wěn)定的傳輸。通訊接口模塊電路如圖3所示。

圖3 通訊接口模塊電路

1.5 打印模塊

打印模塊是將每一次營(yíng)運(yùn)的里程、等待時(shí)間、單價(jià)、金額、日期及上下車(chē)時(shí)間等數(shù)據(jù)打印成出租車(chē)專用發(fā)票。打印模塊由單片機(jī)89C2052、EPSON公司P150Ⅱ打印機(jī)、驅(qū)動(dòng)電路、檢零電路等組成，打印機(jī)與單片機(jī)通過(guò)并行接口相連,單片機(jī)89C2052的接口經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路控制打印機(jī)A、B、C、D四根打印針，同時(shí)還控制打印機(jī)直流電機(jī)的起動(dòng)和停止。

1.6 電源模塊

電源模塊是對(duì)輸入的汽車(chē)電瓶供電電壓進(jìn)行濾波、穩(wěn)壓，輸出符合電路各功能模塊所需要的電源[6]。電路采用了MC34063集成芯片，電源模塊電路如圖4所示。

圖4 電源模塊電路

1.7 顯示模塊

顯示模塊的作用是顯示計(jì)價(jià)器時(shí)鐘、單價(jià)、計(jì)程、計(jì)時(shí)、金額等數(shù)據(jù)的窗口，電路由HT1622臺(tái)灣合泰公司推出的256段內(nèi)置存儲(chǔ)器的多功能LCD驅(qū)動(dòng)器和上海鐘晶電子有限公司的SHZJ-M003C出租車(chē)計(jì)價(jià)器專用LCD液晶屏組成。HT1622可以驅(qū)動(dòng)多段LCD字符是其主要特征，構(gòu)成LCD顯示模塊和顯示系統(tǒng)，單片機(jī)與HT1622之間的接口只需要三根控制線。通過(guò)送入的數(shù)據(jù)和指令，就可使顯示模塊正常工作，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示[7]。

1.8 模塊連接主板

計(jì)價(jià)器的各種模塊組件只要通過(guò)模塊連接主板就能實(shí)現(xiàn)電氣和數(shù)據(jù)的連接。計(jì)價(jià)器制造商只要做好各種模塊組件批量生產(chǎn)的前期工作，并將各種模塊組件單獨(dú)調(diào)試測(cè)試好后，采用插接的方式安裝在模塊連接主板上，通過(guò)不同模塊組件的選擇和組合，可以組合成不同功能的計(jì)價(jià)器產(chǎn)品，滿足客戶對(duì)計(jì)價(jià)器功能的需要。模塊連接主板電路如圖5所示。

另外，在設(shè)計(jì)中各個(gè)模塊板安裝在模塊連接主板上應(yīng)加裝安全蓋等措施，避免在日常營(yíng)運(yùn)中受到汽車(chē)的顛簸和震動(dòng)使模塊組件與模塊連接主板接觸不良。

圖5 模塊連接主板

2 實(shí)驗(yàn)與分析

用我院的出租汽車(chē)計(jì)價(jià)器本機(jī)檢定裝置對(duì)GH-4001型模組式出租汽車(chē)計(jì)價(jià)器誤差進(jìn)行檢定，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1～表4所示。

表1 計(jì)程誤差

續(xù)表

表2 計(jì)時(shí)誤差

表3 切換速度誤差、低速切換響應(yīng)時(shí)間

表4 永久時(shí)鐘誤差

從表1～表4的數(shù)據(jù)分析可見(jiàn)，GH-4001型模組式出租汽車(chē)計(jì)價(jià)器的各項(xiàng)計(jì)量性能符合JJG 517—2009出租汽車(chē)計(jì)價(jià)器檢定規(guī)程的技術(shù)要求[8]。

3 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，所設(shè)計(jì)模組式出租汽車(chē)計(jì)價(jià)器的各項(xiàng)計(jì)量性能符合JJG 517—2009出租汽車(chē)計(jì)價(jià)器檢定規(guī)程的技術(shù)要求，GH-4001型模組式出租汽車(chē)計(jì)價(jià)器已通過(guò)了計(jì)量器具型式批準(zhǔn)，并投入批量生產(chǎn)和安裝使用。同時(shí)，模組式出租汽車(chē)計(jì)價(jià)器設(shè)計(jì)還獲得了國(guó)家專利(專利號(hào)為：ZL200920193180.4)?？傊?，模組式出租汽車(chē)計(jì)價(jià)器使得模塊化組件生產(chǎn)和調(diào)試變得更容易，各種模塊采用插接的連接方式，使得安裝、維修、更換、拆卸更方便迅速，提高了出租汽車(chē)計(jì)價(jià)器產(chǎn)品生產(chǎn)的靈活性，有廣泛的應(yīng)用前景和極大的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

[1] 于寶良．出租汽車(chē)計(jì)價(jià)器檢定與維修[M].北京：中國(guó)質(zhì)檢出版社，2012

[2] 童時(shí)中．模塊化原理設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用[M].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000

[3] 劉煥成．工程背景下的單片機(jī)原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008

[4] 卞麗，張國(guó)華.時(shí)鐘芯片PCF8563接口及驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)科技信息，2007(17)

[5] 周巧娣，劉敬彪．AT24C256在單片機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電子元器件應(yīng)用2002(9)

[6] 童詩(shī)自，華成英．模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]．北京：高等教育出版社，2003

[7] 李維諟，郭強(qiáng)．液晶顯示應(yīng)用技術(shù)[M]．北京：電子工業(yè)出版社2005

[8] JJG 517—2009出租汽車(chē)計(jì)價(jià)器．北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2009