出租车计价器

中央广播电视大学人才培养模式改革和开放教育

机械专业毕业论文

出租车计价器的设计及故障维修

姓名：刘骏飞

学校：芜湖电大

学号：280013

指导教师：左老师

定稿日期：2011-04-10

目录

中文摘要与关键词 (3)

1方案论证与比较 (4)

2电路的功能单元设计....................................6,7,8,9,10 2.1里程计算、计价单元的设计 (6)

2.2数据显示单元的设计 (7)

2.3AT24C02 掉电存储单元的设计 (8)

2.4按键单元的设计 (8)

2.5设计总框图 (9)

2.6设计总体电路图 (10)

3程序设计......................................................11,12,13 3.1模块介绍 (11)

3.2程序流程图…………………………………………12,13 4测试报告……………………………………………14,15

4.1里程计价测试…………………………………………14,15

4.2掉电存储测试测试 (15)

5总结 (16)

6计价器常见故障及修理…………………………15,16,17

参考文献 (18)

摘要：

随着社会的发展,出租车是人们生活中比较方便且普遍的交通工具,但是出租车计价器却相对较为落后。在过去,出租车采用机械式的计价器,用齿轮比的方式来计算出租车所跑的里程数,并由里程数来换算车费;但是由于机械的齿轮体积比较大,计算不是很准确,而且容易磨损,后来又采用了传感器方式,利用传感器接收车的跑动信息,从而计算里程数和车费,但此方法通常使干扰信号也能产生计数脉冲,所以也不完善。现在我们引用单片机技术,使用编码和解码信息传递这种方式来完成计价器计数脉冲的形成;单片机可以很精确地检测到传感器信号,这样计价就会非常准确。完成此装置所需器件简单,成本非常低,技术上也容易实现。目前出租车计价器传感器种类较多,其工作原理基本相同,只要掌握其原理和内部结构,针对出现的问题认真检查分析,就能快速排除故障及时修理,确保出租车计价器的正常使用,减轻营运车主的经济负担。

关键字：计价单元数字电路控制单片机控制霍尔传感器 AT24C02 掉电存储单元按键单元模块短路双脉冲松动传感器内轴承绣死传感器电子开关元件

出租车计价器的设计及故障维修

一、方案论证与比较

方案一：采用数字电路控制。其原理方框图如图1－1 所示。采用传感器件，输出脉冲信号，经过放大整形作为移位寄存器的脉冲，实现计价，但是考虑到这种电路过于简单，性能不够稳定，而且不能调节单价，也不能根据天气调节计费标准，电路不够实用。

图1－1数字电路方案

方案二：采用单片机控制。利用单片机丰富的IO端口，及其控制的灵活性，实现基本的里程计价功能和价格调节、时钟显示功能。其原理如图1－2所示。

图1－2单片机控制方案

通过比较以上两种方案，单片机方案有较大的活动空间，不但能实现所要求的功能而且能在很大的程度上扩展功能，而且还可以方便的对系统进行升级，所以我们采用后一种方案。

二、电路的功能单元设计

1．里程计算、计价单元的设计

里程计算是通过安装在车轮上的霍尔传感器A44E检测到的信号，送到单片机，经处理计算,送给显示单元的。

由于A44E 属于开关型的霍尔器件，其工作电压范围比较宽（4.5～18V），其输出的信号符合TTL 电平标准，可以直接接到单片机的IO 端口上，而且其最高检测频率可达到

1MHZ。

图2－2 集成开关型霍耳传感器原理图

A44E 集成霍耳开关由稳压器A、霍耳电势发生器(即硅霍耳片)B、差分放大器C、施密

特触发器D 和OC 门输出E 五个基本部分组成。在输入端输入电压CC V ，经稳压器稳压后加在霍耳电势发生器的两端，根据霍耳效应原理，当霍耳片处在磁场中

时，在垂直于磁场的方向通以电流，则与这二者相垂直的方向上将会产生霍耳电势差H V 输出，该H V 信号经放大器放大后送至施密特触发器整形，使其成为方波输送到OC 门输出。当施加的磁场达到.工作点.(即OP B )时，触发器输出高电压(相对于地电位)，使三极管导通，此时OC 门输出端输出低电压，通常称这种状态为.开.。当施加的磁场达到.释放点.(即rP B )时，触发器输出低电压，三极管截止，使OC 门输出高电压，这种状态为.关.。这样两次电压变换，使霍耳开关完成了一次开关动作。其集成霍耳开关外形及接线如图2－3 所示。

图2－3 集成霍耳开关外形及接线

我们选择了P3.2 口作为信号的输入端，内部采用外部中断0（这样可以减少程序设计的麻烦），车轮每转一圈（我们设车轮的周长是1 米），霍尔开关就检测并输出信号，引起单片机的中断，对脉计数，当计数达到1000 次时，也就是1 公里，单片机就控制将金额自动的加增加，其计算公式：当前单价×公里数=金额。2．数据显示单元的设计

由于设计要求有单价（2 位）、路程（2 位）、总金额（3 位）显示输出，加上我们另外扩

展了时钟显示（包含时分秒的显示），采用LCD 液晶段码显示，在距离屏幕1 米之外就无法

看清数据，不能满足要求，而且在白天其对比度也不能够满足要求，因此我们采用6 位LED

数码管的分屏显示，如图2－4a~d 所示：

图2－4 a 时钟显示（图中显示为12 点34 分46 秒）

图2－4 b 总金额和单价显示（图中显示为总金额12.3 元,每公里4.6 元）

图2－4c 路程和单价显示（图中显示为总路程12 公里,当前单价4.6 元）

图2－4 d单价调整显示（图中显示为右起白天单价4 .6 元/晚上7.8 /中途等待1.2 元）

数据的分屏的显示是通过按键S1 来实现切换的，如图2－5所示。

图2 －5 S1 切换显示屏

在出租车不走的时候，按下S1，可以实现数据的分屏显示；车在行走的时候只有总金额和单价显示屏在显示，当到达目的地的时候，客户要求查看总的里程的时候，就可以按下S1 切换到里程和单价显示屏，供客户查询。显示电路的电路原理图如图2－6所示。

图2－6显示器原理图

从单片机串口输出的信号先送到左边的移位寄存器（74HC164）,由于移位脉冲的作用，使数据向右移，达到显示的目的。移位寄存器74HC164还兼作数码管的驱动，插头1（header1）接电源，插头2（header2）接数据和脉冲输出端。电路中的三个整流管D1~D3 的作用是降低数码管的工作电压，增加其使用寿命。

3．AT24C02 掉电存储单元的设计

掉电存储单元的作用是在电源断开的时候，存储当前设定的单价信息。AT24C02 是ATMEL 公司的2KB 字节的电可擦除存储芯片，采用两线串行的总线和单片机通讯，电压最低可以到2.5V，额定电流为1mA，静态电流10Ua(5.5V)，芯片内的资料可以在断电的情况下保存40 年以上，而且采用8 脚的DIP 封装，使用方便。其电路如图2－7 所示。

图2－7 掉电存储电路原理图

图中R8、R10 是上拉电阻，其作用是减少AT24C02 的静态功耗，由于AT24C02 的数据线和地址线是复用的，采用串口的方式传送数据，所以只用两根线SCL（移位脉冲）和SDA（数据/地址）与单片机传送数据。每当设定一次单价，系统就自动调用存储程序，将单价信息保存在芯片内；当系统重新上电的时候，自动调用读存储器程序，将存储器内的单价等信息，读到缓存单元中，供主程序使用。

4．按键单元的设计

电路共采用了四个按键，S1、S2、S3、S4，其功能分别是：S1 分屏显示切换按键，S2功能设定按键，S3 .＋./白天晚上切换按键，S4 .－./中途等待开关。5．设计总框图

图2－8 总体设计框图6．设计总体电路图

图2－9 总体电路图

三、程序设计

1．模块介绍

该计程计价系统的软件设计分为以下几个模块：

(1)主程序模块

在主程序模块中，需要完成对各接口芯片的初始化、出租车起价和单价的初始化、中断向量的设计以及开中断、循环等待等工作。另外，在主程序模块中还需要设置启动/清除标志寄存器、里程寄存器和价格寄存器，并对它们进行初始化。然后，主程序将根据各标志寄存器的内容，分别完成启动、清除、计程和计价等不同的操作。其程序流程如图所示.当按下S1时，就启动计价，将根据里程寄存器中的内容计算和判断出行驶里程是否已超过起价公里数。若已超过，则根据里程值、每公里的单价数和起价数来计算出当前的累计价格，并将结果存于价格寄存器中，然后将时间和当前累计价格送显示电路显示出来。当到达目的地的时候，由于霍尔开关没有送来脉冲信号，就停止计价，显示当前所应该付的金额和对应的单价，到下次启动计价时，系统自动对显示清零，并重新进行初始化过程。

(2)定时中断服务程序

在定时中断服务程序中，每100ms 产生一次中断，当产生10 次中断的时候，也就到了一秒，送数据到相应的显示缓冲单元，并调用显示子程序实时显示。其程序流程如图所示.

(3)里程计数中断服务程序

每当霍尔传感器输出一个低电平信号就使单片机中断一次，当里程计数器对里程脉冲计满1000 次时，就有程序将当前总额，使微机进入里程计数中断服务程序中。在该程序中，需要完成当前行驶里程数和总额的累加操作，并将结果存入里程和总额寄存器中。其程序流程如图所示.

(4)中途等待中断服务程序

当在计数状态下霍尔开关没有输出信号，片内的T1 定时器便被启动，每当计时到达10分钟，就对当前金额加上中途等待的单价，以后每十分钟都自动加上中途等待的单价。当中途等待结束的时候，也就自动切换到正常的计价。

(5)显示子程序服务程序

由于是分屏显示数据，所以就要用到4 个显示子程序，分别是：时分秒显示子程序（HMS_DIS）、金额单价显示子程序（CP_DIS）、路程单价显示子程序(DP_DI S)、单价调节子程序(PA_DIS)。其程序流程如图所示.

（6）键盘服务程序

键盘采用查询的方式，放在主程序中，当没有按键按下的时候，单片机循环主程序，一旦右按键按下，便转向相应的子程序处理，处理结束再返回。其程序流程如图所示.

2.程序流程图

（1）主程序流程图如图3-1所示。

图3－1主程序流程图（ 2）计价流程图如图3－ 2 所示。

图3－2计价流程图

（ 3）单价时间调整流程图如图3－ 3 所示。

图3－3 单价时间调整流程图

四、测试报告

1．里程计价测试

由于试验条件有限，我们采用电动机附带霍尔元件作为车轮，电机为3V 的直流电机，每分的转速可以达到几千转，我们设定电机每转一圈为车轮转动1 米，当电机转动达到1000圈时，就表示已经到达了一公里，系统自动将当前的单价加到总金额上。

里程测试数据的分析：

通过数据，我们可以看到系统的计价功能很稳定，误差很小，几乎为零，不过还应该在实际的应用中测试。

2．掉电存储测试测试

掉电存储测试

显示的数据表明，系统能在掉电的情况下正确的保存数据，并且能在系统上电后将数据读到相应的存储单元。

五、总结

由于使用的是单片机作为核心的控制元件，以及灵敏的霍尔开关型器件，是本出租车计价器具有功能强、性能可靠、电路简单、成本低的特点，加上经过优化的程序，使其有很高的智能化水平。但是在我们设计和调试的过程中，也发现了一些问题，譬如计价的金额位数有限，实际的里程可能会很远，会超出我们的显示范围。计价器的设计还不够人性化，比如加上语音的提示功能，可能会更有生命力。

六计价器常见故障和修理

随着市场经济的不断发展, 带动了出租车营运市场的不断扩大,从而使出租车计价器作为贸易结算强制检定计量器具广为使用。但是出租车计价器在使用中, 传感器由于容易损坏, 促使出现的问题较多，给广大的司机师傅带来许多不便。我们在出租车计价器修理工作中, 积累了一套传感器常见故障的快速判断、修理方法,可在较短时间内修复计价器的使用, 且经济实用。具体修理方法阐述如下。

1. 传感器不计里程分析检查方法

可按以下几个步骤, 由外到里、由浅入深,对传感器可能出现的故障进行检查判断。

1 检查传感器连接线插头是否松动, 传感器线有无破损短路情况, 通常会引起传感器无信号输出或时有时无。

2 在出租车前进或后退情况下, 用万用表检查传感器是否有信号输出, 可以初

步判断传感器是否好坏。

3 将传感器拆下, 检查传感器转轴键是否磨损、轴承是否锈死。

4 用平口起子插入汽车变速箱输出齿轮槽,推动汽车前后运动, 检查输出齿轮是否完好。

5 将传感器电子开关部分(干簧管、霍尔管) 拆下, 用万用表表笔接信号线, 在另一磁铁上近距离左右拉动, 查是否有信号, 可判断电子开关部分好坏。

6 将传感器内磁钢拆下, 用小起子感觉磁钢磁性强弱, 可判断是否磁钢磁性弱引起传感器信号失灵。

2. 传感器常见故障产生原因及修理方法

根据上述检查判断步骤,罗列以下常见及特殊故障产生原因及修理方法:

2.1 传感器连接线插头松动或传感器线破损短路,引起计价器主机不计里程或时有时无

(1)产生原因

由于传感器连线插头经常插拔而引起插头松动接触不好;再就是传感器线穿过车体时,线与车体接触部分无防磨损保护,造成磨损短路。

(2)修理方法

将插头插紧或传感器线破损部分重新连接即可解决问题。

2.2 汽车变速箱输出传动齿轮损坏或换新齿轮后常坏

(1)产生原因

1 驾驶员操作不当,起步停车较猛,汽车变速箱输出传动齿轮被打坏。

2 汽车变速箱齿轮系中齿轮轴孔磨损偏心,传动过程齿轮配合不好,将输出齿轮打坏,表现为新装输出齿轮短时间齿被打掉。

(2)修理方法

一般为重新更换输出传动齿轮,若遇输出传动齿轮常被打坏情况,应建议司机将汽车变速箱解体,查输出齿轮的上一级齿轮轴孔尺寸是否偏心,并在镗床上把孔尺寸加大,镶套恢复标准孔距尺寸即可修复。这种情况一般不易发现,因变速箱解体后,传动系齿轮完好。

2.3 传感器转轴键磨损或变速箱输出传动齿轮孔槽尺寸偏大

(1)产生原因

1 传感器安装未装到位,传感器转轴键与变速箱输出齿轮轴相互磨损。

2 更换变速箱输出传动齿轮后,其槽与传感器转轴键配合接触长度较短, 引起磨损。

(2)修理方法

1 将传感器轴键拆下,用电焊或氧焊把磨损部分焊高或将键长度加长,用锉刀锉成需要尺寸并淬火增加键的强度,即可解决上述问题。

2 用平口起子将变速箱输出齿轮轴对称槽向内收(一般轴槽为对口双槽) ,用一个好的转轴插过去试配合间隙,即可修复轴孔槽偏大问题。

2.4 传感器内轴承锈死

(1)产生原因

出租车在行驶过程中或洗车时,传感器进水受潮,造成轴承滚珠锈死(较早使用的传感器) ,由此引起变速箱输出传动齿轮损坏。

（2）修理方法

将传感器拆下解体。将轴承换成外径、内径、厚度相同的耐磨铜质或尼龙垫片。重新组装即可修复。

2.5 传感器电子开关元件问题

（1）产生原因

1 传感器内部磁钢磁性较弱,干簧管或霍尔管等无信号输出。

2 干簧管、霍尔管损坏,常开或常闭。

（2）修理方法

1 将传感器拆下解体,把磁钢换掉即可修复。

2 更换损坏的干簧管,霍尔管后即可修复。

2.6 传感器输出信号为双脉冲

（1）产生原因

1传感器磁钢塑料套定位螺丝为铁质(一般为铜质) 导磁。

2干簧管安装方向不对。

（2）修理方法

1查磁钢定位螺丝是否为铁质,更换为铜质即可修复。

2将干簧管备紧螺帽松开,调整转动干簧管对正方向。

参考文献

[1 ] 宋青权伟龙齐新元开关型霍尔传感器的原理与工程实现北京机械工业出版社 2008

[2 ] 物理实验 2003

[3 ] 彭树生庄志洪 PIC 单片机原理及应用[M] 北京机械工业出版社 2001。

[4 ] 窦振中汪立森 PIC 系列单片机应用设计与实例[M] 北京航空航天大学出版社 2000。

[5 ] 陈明出租车计价器的功能发展与使用维修安徽科技2006

[6 ]马淑华王凤文张美金单片机原理与接口技术（第二版）北京邮电大学出版社 2007