需求分析报告

课题名称：基于单片机的出租车计价器

学院：计算机学院

专业：计算机科学与技术

指导老师：周林

参与人员：罗嘉楷  陈统亚

                刘广远  马奥迪

                姚  磊  陈  飞

河南大学

20##-12-19

 

 

1. 选题背景和意义

 随着我国经济的迅速发展，人民生活水平的显著提高，城市的交通日趋完善，出租车计价器的应用也越来越广泛。虽然私家车的拥有量在大幅度地提高，但是出租车还是在我国的交通运输中承担着重要的角色，出租车计价器是出租车上必不可少的重要仪器，它是负责出租车营运收费的专用智能化仪表。用户不仅要求计价器性能稳定、计价准确而且对它的要求也越来越高。

近年来，我国出租汽车行业迅猛发展，出租汽车已经成为我国城市公共交通的重要组成部分和现代化城市必备的基础设施，成为人们工作、生活中不可缺少的交通工具。出租汽车服务行业和出租汽车计价器紧密相关，因为出租汽车必须安装出租汽车计价器才能投入营运。出租汽车计价器是一种能根据乘客乘坐汽车行驶距离和等候时间的多少进行计价，并直接显示车费值的计量器具。计价器是出租汽车的经营者和乘坐出租汽车的消费者之间用于公平贸易结算的工具，因而计价器计价准确与否，直接关系到经营者和消费者的经济利益。依据国家有关法律、法规，出租汽车计价器是列入国家首批强制检定的工作计量器具之一，也是近年来国家质量技术监督部门强化管理的六类重点计量器具之一。

出租车行业在我国是八十年代初兴起的一项新兴行业，随着我国国民经济的高速发展，出租汽车已成为城市公共交通的重要组成部分。多年来国内普遍使用的计价器只具备单一的计量功能。目前全世界的计价器中有90%为台湾所生产。现今我国生产计价器的企业有上百家，主要是集中在北京，上海，沈阳和广州等地。

在出租车是城市交通的重要组成部分，行业健康和发展也获得越来越多的关注。汽车计价器是乘客与司机双方的交易准则，它是出租车行业发展的重要标志，是出租车中最重要的工具。它关系着交易双方的利益。具有良好性能的计价器无论是对广大出租车司机朋友还是乘客来说都是很必要的。

2.1项目需求分析

2.1.1产品需求

出租车行业在我国是八十年代初兴起的一项新兴行业，随着我国国民经济的高速发展，出租汽车已成为城市公共交通的重要组成部分。多年来国内普遍使用的计价器只具备单一的计量功能。采用模拟电路和数字电路设计的计价器整体电路的规模较大，用到的器件多，造成故障率高，难调试，对于模式的切换需要用到机械开关，机械开关时间久了会造成接触不良，功能不易实现。为此我们采用了单片机进行设计，相对来说功能强大。易于编程且控制简单，而且成本低廉，设计电路简单。

2.1.2功能需求

本课程设计所设计的出租车计价器的主要功能有：里程计量及费用计算功能、实时时钟功能、按键功能。

该系统能够模拟实际出租汽车的启动、停止、暂停、空车等状态,可以显示计费金额、行驶公里数、计费开始时间等参数,而且各关键参数可以进行调整, 同时还可以进行白天/黑夜模式的切换以适应在实际应用中起步价、每公里价格和计费方式等参数的变化。

本出租车自动计费，上电后显示最初的起步价，里程计费单价，等待时间计费单价，通过按键可以调节起步价，里程计费单价，等待时间计费单价。

2.2研究的内容及可行性分析

2.2.1研究的内容及要求

计价器显示的营运金额是营运里程与价格的函数（等候时间一般折算成一定比例的里程来计算）。出租车计价器通过传感器与行驶车辆连接。出租汽车的实际里程通过传感器的脉冲信号在计价器里折算成一定的计价营运里程。针对这一点我们来利用单片机作为控制核心，设计一款出租车计价器，具有计价显示、等待时间计价，公里数显示，时间显示等相关功能。

所设计的出租车计价系统,要求可以设置起步价，(如5 公里内10 元) ,5 公里后开始按每公里增加费用,每公里的单价为1.0 元。在出租车运营过程中,当遇到堵车等情况而导致出租车处于等待状态,则每等到五分钟(时速低于每小时5 公里) 费用加1 元。该电路系统能够模拟实际出租汽车的启动、停止、暂停、空车等状态,可以显示计费金额、行驶公里数、计费开始时间等参数,而且各关键参数可以进行调整,以适应在实际应用中起步价、每公里价格和计费方式等参数的变化。

2.2.2可行性分析

本设计采用AT89C51单片机为主控器，实现对出租车的多功能的计价设计，并采用掉电存储单元AT24C02来实现在系统掉电的时候保存单价和系统时间等信息，输出采用8段数码显示管。本电路设计的计价器不但能实现基本的计价，而且还能根据白天，黑夜，中途等待来调节单价，但同时在不计价的时候还能作为时钟为司机同志提供方便。

2.3系统整体的方案

2.3.1 系统整体的方案选择

方案一：采用数字电路实现。首先将传感器输出的脉冲信号，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保准，电路也不够实用。

方案二：用FPGA（可编程门阵列）实现：利用硬件描述语言编程，仿真调试后下载到可编程期间上（CPLD）上实现。可以对计程车整个过程进行判断、处理。整个过程完全实现了自动化和智能化。

方案三：采用单片机控制。以单片机为核心,设计上采用89C51单片机为主控器，利用单片机丰富的I/O端口，及其控制的灵活性，实现基本的里程计价功能和价格选择功能。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。

2.3.2方案确定

本电路设计的计价器不但能实现基本的计价，而且还能根据白天，黑夜，中途等待来调节单价。单片机计算总价的公式为：总价=起步价+单价*（总里程-起步里程）。AT89C51作为一个单片微型计算系统，灵活性高，其强大的控制处理功能和可扩展功能为设计电路提供了很好的选择。

通过比较以上三种方案，我们知道采用数字电路设计的计价器整体电路的规模较大，用到的器件多，造成故障率高，难调试，对于模式的切换需要用到机械开关，机械开关时间久了会造成接触不良，功能难以实现。为此我们决定采用单片机进行设计，相对来说功能强大，用较少的硬件和适当的软件相互配合可以很容易的实现设计要求，且灵活性强，有较大的活动空间，可以通过软件编程来完成更多的附加功能，方便对系统进行升级和功能扩展。所以我们采用第三方案，用AT89C51单片机实现出租车计价的功能。利用555电路产生脉冲计数来模拟实际车轮的转数。555电路来产生一个脉冲来模拟霍尔传感器输出的里程脉冲，选择P1口作为信号的输入端，内部采用外部中断0，555脉冲产生电路输出一个脉冲信号直接加到I/O口P3.2(外部中断0)上(产生的频率F=1/T=1.414/[(R1+2R2)C1])，由单片机的内部算法对脉冲计数，通过计算将脉冲增加体现在金额和里程上。

3.系统整体设计需求分析   

本设计由软硬件相结合的方法，其中硬件设计主要包括单片机AT89C51，数据存储及时钟模块，输入模块，里程计算单元模块，显示模块和掉电保护模块。设计的整体电路框图如下图所示：

3.1系统硬件需求

整个硬件系统由单片机AT89C51控制电路、A44E霍尔传感器电路、AT24C02存储电路、8563时钟电路、按键键盘电路、LED驱动显示电路及电源电路组成。

我们通过时钟电路和存储电路来实现计价器的时间显示以及数据的存储，同时确保其准确性、稳定性以及安全性。

 时钟模块电路

时钟电路可提供万年历时间的正常显示，且可实现自动调整时钟操作。

此模块同时还具有定时器功能，复位功能，存储功能，掉电检测和时钟监控功能。

输入模块的主要功能是实现计价器的金额和里程的改变上。通过按键模拟出租车的运行，暂停，停止。同时还可以切换白天，黑夜模式。

显示模块的主要功能是显示时间，里程以及金额。

    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。

    里程单元计算模块的功能是根据所走里程来计算所付金额。在这一模块的设计中主要是控制算法的设计。

3.2系统流程图

3.2.1里程和费率计算流程图：

3.2.2主程序流程图

主程序流程图如下，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。

整个程序的流程图如下： 

系统程序流程图

4.开发和运行环境

开发环境：Microsoft Visual C++ 6.0 

硬件平台：PCB电路板

5.系统调试需求

根据系统设计方案，本系统的调试共分为三大部分：硬件调试，软件调试和软硬件联调。

    在软件编程时，应充分利用原理图，不然会在编程时导致硬件与软件不能对应起来，使程序无法实现功能，还有在编程时子程序的名称应与其功能对应，否则会使别人在读程序的时候不能及时理解程序含义，而且在软件调试时逻辑一定要清晰，不然在找错时会浪费很多时间

    通过软件调试后，最终能实现实时时钟显示、里程数的显示、单价的显示、总价的显示、时间的调整、等待时间的显示。

6.人员分工

数据存储及时钟模块：刘广远

输入模块：马奥迪

里程计算单元模块：罗嘉楷、陈统亚

掉电保护模块：陈飞

显示模块：姚磊

7.验证需求

需求分析阶段的工作是开发产品系统的重要基础，大量统计数字表明，软件系统中15%的错误起源于错误的需求。为了提高出租车计价器系统的质量，确保该应用产品开发成功，降低此产品开发成本，一旦目标系统提出一组要求之后，必须严格验证这些需求的正确性。

8.结论

经过我们的大量调查以及分析，我们小组初步完成了所选课题的需求分析报告。经过需求分析可以为以后我们的工作减轻很多不必要的花费。