绪  论

出租车是现代人类的重要交通工具，而出租车的计费系统的安全性和先进性是人们普遍关心的问题，要求计费器性能稳定，计费准确，以及预防司机xx行为等等都关系到乘客的切身利益。因此，设计出符合人们普遍要求及放心的产品具有重要的意义。同时，设计该系统所应用的知识涉及范围广，通过设计可以牢固掌握所学理论知识，对电子信息工程专业的就业方向有初步认识，将理论与实际有机联系起来。应该是对以前所学知识的一次审核吧！
　　本设计主要介绍了出租车计费系统的设计思路和过程，并给出了所涉及的相关知识的详细介绍。数字电子技术的具体应用如555定时器的功能及应用，传感器检测技术及74160的应用。　　

目前，普遍的出租车计费器不仅具有时钟，起步价，里程计费，等待计费及显示几个功能。将来的产品还会增加如下功能：防xx功能，IC卡付费：顾客能在制定点购买一定额度的"顾客IC卡"，乘车后可用IC卡付帐，付帐是否成功有相应的提示。车主可定期将总营业额写入"车主IC卡"中，并据此IC卡向所属公司领取报酬。车票资料打印：顾客付费后可打印xx，打印内容包括车主信息和车费信息等。可打印车主总营业额信息。语音播报：当乘客上车时，可自动问候乘客，当到达目的地，自动播报乘车费用并礼貌再见，表达希望下次乘坐的意思。增加的这些功能将会更好地为乘客服务。
　　本系统设计也可应用于其他计费系统中，如电脑计费系统等等，其应用技术也有相当范围的应用面，如显示和播报部分也可应用于智能饭卡﹑智能电动车﹑机器人等电子相关产品中。可见掌握了该系统的设计和分析可实现对电子专业知识的具体应用，增强理论联系实际的能力。除此以外，所涉及的知识面也联系到现实生活中很多相关电子产品，也将对其他电子产品有一定理论基础。

出租车自动计费器设计

? 2.1 设计任务书

（1）、设计任务：

    设计出租车自动计费器。

（2）、设计要求：

    1、设计一个出租车自动计费器，具有行车里程计费、等候时间计费、及起价三部分，用四位数码管显示总金额，{zd0}值为99.99元。

    2、 行车里程单价1元/公里，等候时间单价0.5元/10分钟，起价3元（3公里起价）均能通过人工输入。

3、行车里程的计费以一个脉冲模拟汽车前进十米， 

4、用LED显示行驶公里数和两个数码管显示收费金额。

? 2.2 设计目的及意义

随着电子技术的发展,出租车计价器技术也在不断进步和提高,国内出租车计价器已经经历了四个阶段的发展,从传统的全部由机械元器件组成的机械式,到半电子式即用电子线路代替部分机械元器件的出租车计价器,再从集成电路式到目前的555定时器系统设计的出租车计价器。 

本设计是以555定时器为核心,以74160智能芯片为外设的出租车计价器的微机系统设计，该系统满足集计程、计时、计费、存储、查看、统计等多种计量功能为一体的出租车计价器的实用要求。

三、设计所用仪器

   555定时器、74160芯片、MC34063等

四、部分所选元器件及仿真软件介绍 

?  4.1   555定时器

    555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为 555，用 CMOS 工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V~16V 工作，7555 可在 3~18V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。 

　　555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555 定时器的内部电路框图如图所示。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3 

　　555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 A1 的反相输入端的电压为 2VCC /3，A2 的同相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 A2 的输出为 1，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 A1 的输出为 1，A2 的输出为 0，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。

555的应用：（1）构成施密特触发器，用于TTL系统的接口，整形电路或脉冲鉴幅等；

（2）构成多谐振荡器，组成信号产生电路；如右图，振荡周期：T=0.7（R1+R2）C

（3）构成单稳态触发器，用于定时延时整形及一些定时开关中。

　　555应用电路采用这3种方式中的1种或多种组合起来可以组成各种实用的电子电路，如定时器、分频器、脉冲信号发生器、元件参数和电路检测电路、玩具游戏机电路、音响告警电路、电源交换电路、频率变换电路、自动控制电路等。

? 4.2  74160芯片

1.异步清零功能 

只要（CR的非）有效电平到来，无论有无CP脉冲，输出为“0”。在图形符号中，CR的非的信号为CT=0，若接成七进制计数器，这里要特别注意，控制清零端的信号不是N-1（6），而是N（7）状态。其实，很容易解释，由于异步清零端信号一旦出现就立即生效，如刚出现0111，就立即送到（CR的非）端，使状态变为0000。所以，清零信号是非常短暂的，仅是过度状态，不能成为计数的一个状态。清零端是低电平有效。 

2.同步置数功能 

当（LD的非）为有效电平时，计数功能被禁止，在CP脉冲上升沿作用下D0～D3的数据被置入计数器并呈现在Q0～Q3端。若接成七进制计数器，控制置数端的信号是N（7）状态，如在D0～D3置入0000，则在Q0～Q3端呈现的数据就是0110。

? 4.3  EWB仿真软件简介

电子工作平台Electronics Workbench (EWB)(现称为MultiSim) 。

1、各元器件选择范围广，参数修改方便，不会象实际操作那样多次地把元件焊下而损坏器件和印刷电路板。使电路调试变得快捷方便。对《模拟电子技术基础》课程中的绝大部分电路都能应用，不仅能用于对单个电路特性和原理进行验证，也能就用于多级的组合电路。

2、元件库不但提供了各种丰富的分立元件和集成电路等元器件,是一个全开放性的仿真实验和课件制作平台,给我们提供了一个实验器具完备的综合性电子技术实验室。可以在任意组合的实验环境中，搭建实验。通过元件复制或单级电路的复制来完成整个电路的组装。因此也适用于较大型的设计性实验。

3、EWB（电子学工作平台）为我们提供了一个很好的实用工具，使我们能够在教学过程中随时提供实验、演示和电路分析。教师可以在多媒体教室中深入浅出地分析各种电路的特性，讲解各种参数改变对电路的影响。学生可结合学习内容，进行接近于实际电路的调试分析，有利于对加深对理论理解。特别是一些大中专院校和广播电视大学，通过这样的计算机模拟仿真实验，把电子技术的理论教学和实验教学有机地结合了起来。

五、方案选择及论证

u  5.1 总体设计思路

出租车计价器根据乘客乘坐汽车行驶距离和等候时间的多少进行计价,并在行程中同步显示车费值。从起步价开始,当汽车程行驶未满3公里时,均按起步价计算。过3公里后,实现每1公里单价收费,中间遇暂停时,计程数不再增加,开始计时收费,测距收费和测时收费的和便构成了一位乘客的车费。完整的出租车计价器还应包括存储,查看,统计等功能项目。（默认起步价为3元/公里，里程单价为1元/公里，等待计时单价为0.5元/10分钟）

该计价器设计采用74160、555定时器等芯片实现。其原理框图如图1所示。

n  5.2单位模块设计分析

ü   5.2.1 电源模块设计

     由于出租车提供的电源是12V的直流电源，所以我们要设计一个DC-DC转换模块给系统电路提供一个16V电源，开关电源控制芯片采用MC34063，MC34063是一单片双极型线性集成电路，专用于直流-直流变换器控制部分。它能使用最少的外接元件构成开关式升压变换器、降压式变换器和电源反向器，输出电压V0= 1.25 (1 + RB/RA)，RB、RA为反馈电阻。为防止电源反接在输入端添加一个保护二极管。

ü 5.2.2计费及显示要求　　

   ① 里程，即汽车行程里程，用四位数字显示，显示方式为"XXX.X"，单位为㎞，xx到0.1㎞。                                                    

   ②  单价，即里程单价，用三位数字显示，显示方式为"X.XX"，单价为元/㎞。                          
　　③  等候时间，用四位数字显示分钟和秒，显示方式为"XX：XX"，等候的定义是：当汽车处于PAUSE状态时，出租车处于等候状态，必须对等候时间进行统计计算。
　　④  等候单价：将等候时间转化成脉冲，用每个脉冲表示的金额与脉冲数相乘即得计费数。                                                                  
　　⑤  费用的计算：费用=里程*里程单价+等候时间*等候单价+基本价。
　　⑥  费用的显示，用四位数字显示，显示方式为"XX.XX"，单价为元。
时钟及显示 
　　当出租车在通常运行状态下，应能显示当前的时间，在汽车熄火的情况下，时钟必须正常运行，但是可以不显示时钟.
计费开始提示   
　　当出租车载上乘客并起步后，将空车指示牌扳倒时，空车指示牌里的指示灯熄灭，并有灯光提示信号。

v 5.2.3 各功能模块的设计　

根据系统的设计要求，将整个系统分为六个模块，它们分别是：等待判别模块，里程计算模块，里程计费模块，等待计时模块，等待计费模块，输出数据选择模块。
　　（一）、等待判别模块：根据速度传感器脉冲信号CLK1，计算单位时间里CLK1的脉冲个数（每㎞产生100个脉冲信号，即每米产生10个脉冲信号），亦即出租车行驶速度，从而判别出租车是否处于等待状态，发出等待标志信号。

（二）、里程计算模块：根据速度传感器脉冲信号CLK1，对出租车行驶的里程数进行计算，同时发出里程标志信号和里程计费标志信号。

（三）、里程计费模块：在计费标志信号，等待标志信号，里程标志信号和时段标志信号等信号的控制下，计算行驶里程超过3㎞以上里程的费用LCFY。当里程计数器显示数小于3km时按起价计费为3元。当里程计数器显示数大于3km时单价1元/㎞。　　

（四）、等待计时模块：在等待标志信号的控制下，进行等待时间的计算，并予以显示。

（五）、等待计费模块：在等待标志信号控制下，进行等待费用的计费操作。该模块的程序包括两个进程：60S周期性跳变信号产生进程，等待费用计算进程。等待费用计算的条件是在等待标志信号控制下并且在60S周期性跳变信号T60S的上升沿，0.05元/分钟。

（六）输出数据选择模块：通过LED数码管将数据显示出来。　

六、测试数据及测试结果分析

测试中我们主要按照不同的单价，车轮长度，计算里程和总价，测试标准为3公里以内以起步价3元计，超过3公里以每公里按单价计价，假设模拟车轮转一圈实际车轮转10圈，测试结果如表1所示。

 表1  里程计价测试数据

测试结果与理论值相符，达到设计要求。

七、收获与体会

通过本次设计，我系统的学习了multisim软件。系统的掌握了我们所学的知识，并且得以应用。

在设计过程认真学习了相关的知识，极大地拓宽了我的知识面,我感到收获不小。从开始熟悉这些知识到对整体设计的了解，再从概要设计、详细设计到开始使用软件，以及{zh1}的调试，整个过程感觉很充实。虽然遇到了不少困难，但当我通过自己查资料，向指导老师请教以及与同学互讨论，而设计出解决方案并成功实现时，那种成就感和满足感足以忘却所有的辛苦。但是由于课程设计时间较短和自己知识的不足，所以该设计还有许多不尽如人意的地方，可能在实际应用中有些功能不到位。

八、参考资料

[1] 周常森，《电子电路计算机仿真技术》，山东科技出版社，2000

[2] 周正新，《电子设计自动话实践与训练》，中国民航出版社，1988

[3] 吴培明，《电子技术虚拟实验》，机械工业出版社，1999

[4] 钟问耀，《EWB电路设计入门与应用》，清华大学出版社，2000

[5] 康华光，《电子技术基础》，高等教育出版社，1998

[6] 刘润华，《现代电子系统设计》，石油大学出版社，1998

[7] 邱关源，《电路》，高等教育出版社，1997

[8] 陆  坤，《电子设计技术》，电子科技大学出版社，1997

[9] 姚福安，《电子电路设计与实践》，山东科学技术出版社，2002

[10] 何书森、何华斌，《实用数字电路与设计速成》，福建科学出版社，

九、谢词

本课题在选题及设计过程中得到程秀芝老师的悉心指导。程老师曾多次为我们指点迷津，帮助我们开拓设计思路，精心点拨、热忱鼓励。出租车计价器系统的设计能全部完成，并按预期的效果进行计时、计费、计程。这都是在程老师的指导下进行的，再次衷心的感谢程老师。

在此，我还要感谢在一起设计讨论的同学，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个又一个的困难和疑惑，直至本设计的顺利完成。 感谢你们给予我的帮助。

在本系统的设计过程和论文编写过程中，还有很多老师、同学和朋友都给予了我许多无私的帮助，尤其是我的导师张莹老师给我提出了很多宝贵的修改意见，在这里，我向这些无私帮助我的人表示衷心的感谢！