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    基于单片机的出租车计价器编码传感器的设计.pdf

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    基于单片机的出租车计价器编码传感器的设计.pdf

    仪器仪表与检测技术 自动化技术与应用抛005年第24卷第10期 基于单片机的出租车计价器编码传感器的设计 张晓虎1,刘洁2 (1湖南文理学院电气工程系,湖南常德415000;2湖南文理学院计算机系,湖南常德415000) 摘要:本文介绍了采用多片单片机技术的出租车计价器编码传感器部分的设计原理,给出了编码器、解码器、解码写入器的软硬件 设计方案。整个系统计价准确,成本低廉。 关键词:单片机;编码器;解码器;解码写入器 中图分类号:rI玛681文献标识码:B文章编号:10037241(2005)10006303 MCUBased Coder and Sensor for the Taxi Counter 2mallg舯一hul,Liu JieZ (1HllIl肌uIlivers畸of Ans aIld Science of ElectriciaIl Depamnem,chaIl列e 415()()0 Ckm; 2HuIlaIl UIlivers畸of Ans and Science of Co“puter Science and TeclIlo】og),Depamnent,Changde 415000 Chi嗽) Abs嗽Ict:1his paper presents山e ta)(i counter using coded tecmqLle皿e酬hare and hardware of dle coder and decoder are oudinedne systeIn is accumte and che印 Key woms:MCU;Coder;腧oder;Writein decoder 1 引言 随着社会的发展,出租车是人们生活中非常方便且较普遍 的交通工具,但出租车计价器相对较为落后。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;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。 2 系统原理 本文主要介绍虚线框内模块的设计,其系统框图如图1,主 要原理为:出租车驱动轮转数与转轴转数的传动比是一定的, 而转轴转动时带动一小磁体转动,其传动比也是一定的,小磁体 收稿日期:2005一cr718 每转动一周就和磁感应传感器正对一次,磁感应传感器就会产 生一个大约20船的低脉冲,所以我们可以通过计算磁感应传感 器产生的低脉冲数来计算出租车跑的里程数及相应的车费。具 体检测磁感应传感器和发出计价脉冲的过程为:编码器的单片 机通过一个IO口来检测磁感应传感器信号,当确定为传感器 产生的信号时,就通过另一个I0口向解码器的单片机发送一 组编码,而解码器的单片机则首先判断当前准备接收的数据是 编码器发送的编码还是解码写入器发送的解码;当判断是解码 写入器发送的解码时,解码器的单片机接收此解码并利用12c 总线协议将解码保存到酽PROM中去,当判断是编码器发送的 编码时,解码器的单片机先接收此编码,然后读出自己酽PROM 中的解码将其与接收到的编码相比较,如果相同则解码器单片 机通过一个IO口向计价装置发出计价脉冲,否则不发出计价 脉冲。注意:这里每一辆出租车的计价器的编码和解码都是不 同的,这样有利于出租车的管理以及防止计价器的盗用,解码器 中的解码是使用解码写入器写入其酽PROM中去的;每辆出租 车计价器都具有一个编码器和一个解码器,而所有的出租车计 价器都共用一个解码写入器,也就是说在计价器卖出之前用同 一个解码写入器为所有的计价器的解码器写入不同的初始解 码,写入初始解码以后计价器就不再需要解码写入器,除非此计 万方数据 自动化技术与应用驼005年第24卷第10期 仪器仪表与检测技术 价器坏掉需要更换解码器,此时需再用解码写入器给新的解码 器写入初始解码。其硬件电路设计图见图2和图3。 图1系统框图二鑫 图2解码器和编码器电路图 图3编码写入器电路图 3系统功能的实现 31传感器 本系统的编码器部分利用传感器来接收出租车的跑动信 号,这里采用的传感器为磁感应传感器,当其与车辆转轴带动的 小磁体正对时,传感器的输出引脚便会产生一个约20瞄的低脉 冲。 32编码器 编码器部分使用的单片机为PIcl2C508A,利用HCl2C508A 芯片的第四个引脚GP3来检测传感器的输出信号怛j。当 PIcl2C508A检测到确定的传感器信号后,单片机将按一定的时 序在其第七个引脚GPo连续发送5个十进制数据(即编码形式 为5位十进制数)给解码器,每个数据都是按脉冲方式发送出 去,十进制数是多少,就发送几个低脉冲,发送一个十进制数据 所用的时间要保证在255us以内,其程序流程图如图4。 开始 接收传感器发送的信号 判断是否为传 感器信号? Y 分别在5个255us内通过一根 Io口线以脉冲方式发送5个_ 进制数据(即编码)给解码器 图4编码器程序流程图 33解码写入器 解码写入器部分使用的单片机为A嘞C51,解码写入器的 功能与编码器的功能类似,由于其要发送的解码要能随时改变, 这里我们可以外接5个小数字键盘,解码写入器要发送的解码 可以从5个小数字键盘上获得。3 J。为了和编码器发送的编码区 别开来,解码写入器需要先发送一个区别字符,使解码器能够识 别出当前接收的是编码器还是解码写入器发出的数据。区别字 符后面紧跟着的是解码,所有这些数据的发送方式与编码器编 码的发送方式完全相同,由棚9C5l单片机的P34口输出,其 程序流程图如图5。 图5解码写入器的程序框图 34解码器 这部分采用的单片机是PIcl2cE508,其内部有酽PROM。 万方数据 仪器仪表与检测技术 !皇垫丝堡查皇堕里丝堕堡墨丝堂差!塑 InsInJmentalbn and Msu陀ment 我们可以利用12c协议随时从E2PRoM中读出解码或者向 升级。 酽PRoM中写入新的编码H J。其工作过程为:首先解码器读出 内部酽PROM中00h04h中的5个十进制数据分别保存到5个 内部数据存储单元中,然后调用接收数据子程序,接收一个数据 先保存到一个内部数据存储单元中,并判断这个数据是否为区 别字符10,若不是区别字符,说明现在接收的数据可能是编码 器发送的编码,则继续接收后面的4个数据保存到4个内部数 据存储单元中,将接收到的这5个十进制数据与前面解码器读 出的内部酽PROM中00h一04h中的5个十进制数据进行比较, 相等则在Gp0引脚上发送一个2瞄的低脉冲作为计价脉冲,不 相等则重新接收数据;若是区别字符10,说明现在解码写入器 要修改解码器的解码,必须马上接收跟在区别字符后面的5个 数据并将这5个十进制数据保存到酽PROM的00h一04h中来覆 盖以前的解码。其程序流程图如图6,其调用的子程序如图7 和图8。 图6解码器程序流程图 4结论 本系统解决了以往计价器计价不准确、使用寿命短等缺点, 现在采用以单片机为主控制单元的编码解码技术,使每个出租 车的计价器拥有不同的编码,从而防止出租车之间计价器的相 互盗用,便于出租车公司对出租车的管理。我们可以随时对单 片机的外围电路进行扩展,并通过软件编程实现本系统的不断 (开 始) h I发送起始位 发送读控制。#OAlh 发送要读的F。PROM的地址 一N 发送停止位 I返 回 图7 12C协议下读E2PROM程序流程图 厂元雨 发送起始位 发送写控制字OA0h 发送要写入E!PROM的地址 发送要写入的数据 娑麓:芝少嵩 l发送停止位I l兰旦l 图8 12C协议下写E2PROM程序流程图 5 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 J物理实验,2003,23(7):69 2彭树生,庄志洪,赵惠昌PIc单片机原理及应用M北京:机 械工业出版社,2001 3余永权ATMEIJ89系列单片机应用技术M北京:北京航空 航天大学出版社,2002,4 4窦振中,汪立森Hc系列单片机应用设计与实例M北京: 北京航空航天大学出版社,2000 作者简介:张晓虎(1978一),男,山东莱芜人,湖南文理学院助教,湖南大学在 读研究生,主要研究方向:复杂系统的智能控制理论与应用。 万方数据 基于单片机的出租车计价器编码传感器的设计 作者: 张晓虎, 刘洁, Zhang Xiao-hu, Liu Jie 作者单位: 张晓虎,Zhang Xiao-hu(湖南文理学院,电气工程系,湖南,常德,415000), 刘洁,Liu Jie(湖 南文理学院,计算机系,湖南,常德,415000) 刊名: 自动化技术与应用 英文刊名: TECHNIQUES OF AUTOMATION AND APPLICATIONS 年,卷(期): 2005,24(10) 引用次数: 0次 参考文献(4条) 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期刊论文-物理实验 2003(7) 2.彭树生.庄志洪.赵惠昌 PIC单片机原理及应用 2001 3.余永权 ATMEL89系列单片机应用技术 2002 4.窦振中.汪立森 PIC系列单片机应用设计与实例 2000 相似文献(10条) 1.学位论文 杨梦霞 单片机实现的寻呼机编码器 2000 该文详细介绍了目前中国流行的两种寻呼机编码格式:POCSAG编码格式和FLEX编码格式,POCSAG码和FLEX码者是由BCH(31:21)分组码字加一位偶校验 位得到的32位码.该设计完成的编码器可针对不同地址的寻呼接收机产生满足POCSAG编码格式的二进制码流.编码器系统以单片机及其扩展电路为主体,控 制人机界面的交互和二电平信号发生电路输出编码码流.系统设计包括硬件设计和软件设计.硬件设计包括系统控制面板设计、单片机扩展电路设计、二 电平信号发生电路设计;软件设计由汇编语言完居.该设计完成的POCSAG编码器使用方便、性能稳定,经检测达到了设计要求,完全可以转化为实际产品.另 外,该文提供FLEX编码器的硬件设计方案,条件成熟时,FLEX编码器的软件纺制也可完成. 2.会议论文 杨光永.何晋 利用可编程系统单片机uPSD3234A改造位置编码器测控系统 2006 可编程系统单片机uPSD3234A以其丰富的外设接口能力、巨大的存储空间和灵活的PSD配置,极大地简化传统设计的多片复杂系统.本文采用 uPSD3234A与位置编码器进行应用系统设计,将位置编码器的输出信号隔离、整形后,与uPSD3234A的可编程逻辑进行配置、固件合并,组成位置编码器测控 系统.该位置编码器测控系统应用于轧钢机控制系统的改造项目,已调试通过,同时也降低了总体设计成本. 3.期刊论文 张宝树.王丽艳.ZHANG Bao-shu.WANG Li-yan 格雷码(Gray)编码器与单片机的接口设计 -承德石油高 等专科学校学报2009,11(2) 介绍了格雷码编码器与89C51单片机的接口设计,给出了详细的接口电路图、格雷码到二进制的转换算法、编码器接口程序实例.对工程实践中针对位 移、角度等物理量的测量、数据采集和处理具有一定的实用参考价值. 4.期刊论文 范腾.张玉芳.张珊珊.王富东 自制增量式编码器及其与单片机的接口设计 -工业控制计算机 2008,21(11) 介绍一种简易增量式光电编码器的制作方法,并设计了能够有效消除反转误差的通用单片机接口电路与接口软件.利用增强型单片机的输入捕捉功能 能够更有效地实现编码器的接口. 5.期刊论文 赵泽 机械测量中编码器与单片机的精简接口 -运城学院学报2003,21(3) 从实用的角度出发,在简要介绍了编码器工作原理的基础上,文章详细研究了单片机与增量式编码器的最简硬件接口,给出了接口电路和实用程序,说 明了程序的使用方法,分析了最高计数频率. 6.期刊论文 王子博.WANG Zi-bo 编码器四倍频电路的单片机高速算法设计 -组合机床与自动化加工技术2007(11) 文章针对增量式光电编码器输出信号的倍频鉴向处理问题,介绍了一种用单片机设计的编码器四倍频电路.通过分析软件倍频鉴向的原理,详细介绍了 一种新颖的高速处理算法.该设计不仅电路简单,响应速度也比一般单片机设计方案大为提高. 7.期刊论文 张明波 基于单片机的磁性编码器信号细分系统的设计 -电子质量2004(6) 文章阐述了利用低成本单片机系统提高低分辨力的磁性编码器的分辨率的硬件电路和软件设计方案:给出了一种测量旋转角度的计算方法,该方法可 以简化程序设计并缩短计算时间;并介绍了实现细分脉冲实时输出的控制方法. 8.学位论文 蒋利勇 基于单片机的光电编码器数据采集系统设计 2007 光电编码器作为一种角度传感器,它以高精度计量圆光栅为检测元件,通过光电转换,将输入的角位置信息转换成相应的数字代码。由于光电编码 器可与计算机及显示装置相连接,不仅能够实现数字测量与数字控制,而且与其它同类用途的传感器相比,具有精度高,测量范围广,体积小、使用可 靠,易于维护等优点,具有较高的性能价格比,因此已普遍应用在雷达、机器人、数控机床等诸多领域,是自动化设备理想的角度传感器。 根据 形成代码的方式不同,光电编码器分为增量式和绝对式两大类。与增量式编码器相比,绝对式编码器具备抗干扰能力强,拥有固定零点,掉点后再启动 无需重新标定,无累计误差的优点,因而其应用领域逐步得到推广。绝对式编码器信号输出主要有并行输出和串行输出。相对于并行输出,采用SSI(同 步串行输出)输出规范的绝对式编码器输出连接线少,传输距离远,对于编码器的保护和可靠性大大提高,一般高位数的绝对式编码器大多采用这种数据 输出方式。 对于国内的编码器用户,在工程实践中用到采用SSI(同步串行输出)输出规范的绝对式编码器,往往需要解决编码器与上位机及其他设 备的接口不匹配问题,否则无法读取编码器采集到位置信息。 本文通过对光电编码器输出信号处理与提取方法的研究,设计基于单片机的光电编 码器数据采集平台,既可实现对增量式编码器的数据采集,同时,通过对绝对式编码器同步串行输出规范的研究,使数据采集平台能够完成对其数据的 读取与编码转换。并且通过数据采集系统的数字通信模块将编码器检测到的位置信息传送到上位机及其他外部设备,以解决前面所提到接口不匹配问题 。此外,通过RS232/485通信转接模块,可将多个单片机编码器数据采集子系统与一台上位机组成主从分布式数据采集系统,实现对多个编码器数据的远 程采集与监控。 9.期刊论文 张迁.常菁.卢超.Zhang Qian.Chang Jing.Lu Chao 利用编码器对单片机中断功能的扩展 -电子技术 2009,36(8) 以74LS148为例,结合Proteus仿真软件实例提出了利用优先编码器的优先级扩展输出端(GS)与51系列单片机外中断端口(INT0或INT1)相连,用8个开关 (SW1-SW8)来仿真控制编码器8个输入端口(I0-I7)的高低电平的输入,从而实现对外中断扩展的方法,并给出了参考程序.结合程序观察仿真现象,可以清楚 的看到编码器已从硬件电路上实现了对中断源优先级的高低排序,以及实现了外中断的嵌套. 10.学位论文 肖作江 24位绝对式光电轴角编码器的研究 2003 该文研究的是24位绝对式光电轴角编码器,此编码器在结构设计上与传统的编码器的不同之处在于:1)粗码道光强的自动补偿系统.2)照明系统采用了 固体光源,非球面聚光系统.去掉了复杂的光学照明系统,使编码器轴向尺寸大大缩小,较以往同类编码器相比,其尺寸压缩量在一倍以上.3)采用密珠轴系 提高了轴系精度.4)用多头读数即四个精读数头和一个粗读数头同时工作,减少了码盘及轴系长周期误差.电路设计上的不同之处在于:单片机软件细分取 代原来的电阻链细分装置,该细分装置的主要优点是:1.电路简单,易于调试.2.通过结构上的改进,改善了原始莫尔条纹信号的质量,提高了细分精度.3.经 单片机软件细分,可获得较高的细分倍数,进而提高了绝对式光电轴角编码器的分辨率和精度.该编码器角分辨率为0.078;测角精度,0.8;工作温度 范围较宽,一般为-3040;最大速度和角加速度为100°/s和100°/s.因此可实现角位置的高精度检测与实时控制,从而满足空间科学、自动化和 国防建设等领域对高精度、高分辨率绝对式光电轴角编码器的需要. 本文链接:http:/d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_hljzdhjsyyy200510022.aspx 下载时间:2010年1月10日

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