庫來酉，莫繼豪，王文濤，張盼盼，周 妍

(河南科技大學(xué)信息工程學(xué)院,河南 洛陽 471023)

0 引言

隨著科技水平的不斷進步，人們經(jīng)濟水平的不斷提高，乘車出行已經(jīng)成為一項必不可少出行方式。近年來，社會生活節(jié)奏日益加快，出租車行業(yè)順應(yīng)了發(fā)展潮流，成為大部分人出行的首要選擇。為了使交易能更快更好的進行，對一個高精度計價器的需求也更加強烈。單片機具有體積小、功能強、可靠性高、價格低廉等一系列優(yōu)點，本次設(shè)計的出租車智能計價器，以STM32C8T6為核心，通過軟硬件設(shè)計相結(jié)合，能夠在顯示屏上顯示出里程、單價以及消費總金額，實現(xiàn)計價功能。

1 系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)設(shè)計也稱為概要設(shè)計或總體設(shè)計，這個階段要完成的任務(wù)：根據(jù)系統(tǒng)需要實現(xiàn)的功能，確定如何實現(xiàn)這些功能的硬件和軟件結(jié)構(gòu)，特別是軟件和硬件功能的劃分，即哪些功能由硬件完成，哪些功能由軟件完成，以求滿足系統(tǒng)對功能、性能、成本、功耗的要求[1]。

1.1 總體結(jié)構(gòu)

圖1以框圖的形式介紹了此出租車計價系統(tǒng)，以電機轉(zhuǎn)動模擬出租車車輪的轉(zhuǎn)動，由測速傳感器測量行駛速度，結(jié)合時間算出里程及價格，由串口顯示驅(qū)動把需要顯示的信息顯示在LCD屏上。

1.2 硬件、軟件結(jié)構(gòu)

在完成系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計之后，還需要對硬件和軟件進行分析設(shè)計。硬件上核心器件的選擇在很大程度上會影響到軟件方案的選擇。在整個項目中，軟件的工作量往往會超過硬件，從保證開發(fā)進度、降低開發(fā)成本的角度考慮，良好的軟件支持至關(guān)重要[2]。圖2分別從硬件和軟件兩個方面介紹了此出租車計價器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。

圖1 出租車計價系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

圖2 硬件和軟件架構(gòu)

2 構(gòu)件設(shè)計

構(gòu)件設(shè)計也稱為詳細設(shè)計，依然包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，注重的是功能的具體實現(xiàn)。硬件部分主要是實際電路的設(shè)計、各個模塊的連接接口以及電路圖，軟件部分主要是程序功能的實現(xiàn)。

2.1 硬件設(shè)計

硬件設(shè)計主要包括主控模塊、按鍵接口電路、LCD接口電路、電機驅(qū)動、以及數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計。

2.1.1 主控模塊

嵌入式系統(tǒng)本身是不能獨立工作的，必須給它供電，加上時鐘電路，提供復(fù)位信號，內(nèi)置存儲器或外部擴展存儲器，芯片才能工作，如圖3所示。STM32F103系列是增強型的32位基于ARM核心的微控制器[3]。本次設(shè)計的主控采用微控制器是STM32F103C8T6，內(nèi)部集成了包括MCU、電源穩(wěn)壓電路、電源濾波電路、BOOT選擇、指示燈電路、JLINK接口電路、晶振電路、復(fù)位電路、擴展接口電路和USB接口電路等多個硬件電路[4]。這些豐富的外設(shè)，使微控制器能適應(yīng)于多種應(yīng)用場合，也使操作更加方便簡單，符合計價器計算精確、快捷的需求。

圖3 最小硬件系統(tǒng)組成

2.1.2 按鍵模塊

按鍵模塊就是把按鍵的電路整合起來，只需要連接對應(yīng)的功能口并且通過軟件進行處理就可以使用了。本次設(shè)計使用的是4*4的矩陣按鍵，用單片機低四位IO口驅(qū)動4行，高四位IO口驅(qū)動4列，根據(jù)設(shè)計的功能，選擇了所需的幾個按鍵進行操作。

S1鍵：開始鍵。當(dāng)顧客開始乘坐出租時，司機師傅按下此鍵，開始對這次行駛計費。

S2鍵：結(jié)束鍵。當(dāng)乘坐出租的顧客到達目的地時，司機師傅按下此鍵停止對這次行駛的計費。

2.1.3 LCD顯示模塊

LCD內(nèi)部主要由LCD顯示屏、控制器、驅(qū)動器和偏壓產(chǎn)生電路構(gòu)成，接口電路原理圖如圖4所示。當(dāng)接通電源后，就可以看到被點亮的二極管，證明顯示屏正在準備工作中。數(shù)據(jù)端的8位分別由P1和I/O端口和它進行連接，P05和P06端口來控制三個控制端口，P1端口與8位雙向的數(shù)據(jù)線7到14連接，通過這樣的設(shè)置來達到單片機和液晶的通信的實現(xiàn)。

圖4 LCD接口電路

2.1.4 電機驅(qū)動

本系統(tǒng)采用TB6612FNG電機驅(qū)動模塊，該模塊相對于傳統(tǒng)的L298N效率上提高很多，體積上也大幅度減小。TB6612可以驅(qū)動兩個電機，STBY口接單片機的IO口，清零電機全部停止，置1通過AIN1、AIN2、BIN1、BIN2來控制正反轉(zhuǎn)。在設(shè)計時，將電機與傳感器模塊相連接，通過電機轉(zhuǎn)動模擬出租車行駛，把行駛信息傳送到傳感器中。

2.1.5 數(shù)據(jù)采集

本次設(shè)計使用的傳感器是基于IRT9606的測速傳感器模塊，在電機轉(zhuǎn)動時向MCU發(fā)送計數(shù)脈沖，以達到測速的目的。此傳感器的核心是槽型光耦傳感器，來檢測槽中是否有遮擋，槽中無遮擋時，接收管導(dǎo)通，DO輸出低電平，有遮擋時，DO輸出高電平。工作電壓3.3V到5V，使用寬電壓LM393比較器，通過DO與單片機I/O的連接，檢測傳感器被遮擋的次數(shù)，檢測電機的轉(zhuǎn)速。

2.2 軟件設(shè)計

圖5 軟件設(shè)計流程圖

圖5為軟件設(shè)計流程圖，按下按鍵s1時，系統(tǒng)開始工作，通過測速傳感器采集數(shù)據(jù)，經(jīng)過一系列數(shù)據(jù)的處理以及顯示驅(qū)動程序，顯示在LCD屏幕上，按下s2,停止計費，清除內(nèi)存，為下一次工作做準備。

3 結(jié)束語

本系統(tǒng)用電機的轉(zhuǎn)動模擬出租車行駛,用測速傳感器向單片機傳送的脈沖個數(shù)計算路程,根據(jù)主控器的程序指令計算消費金額,最終把所需信息在LCD上顯示出來,使交易更加透明、快捷、準確。本次設(shè)計的智能計價器在準確度和可靠性方面都有了很大提高,相比于之前的計價器更有利于雙方利益,符合時代發(fā)展的需求,為生活帶來了便利。