模组式出租汽车计价器的设计与实现

孙晓斌 倪杭飞

(杭州市质量技术监督检测院，杭州 310019)

0 引言

出租汽车计价器是一种专用计量器具，它安装在出租汽车上，用于测量持续时间及依据里程传感器传送的信号测量里程，并以测得的计时时间及里程为依据，计算并显示乘客租车应付的车费。它是出租汽车经营者和乘客之间贸易结算的工具，属于国家依法重点管理的强制检定计量器具[1]。

出租汽车计价器按传统的设计方法制成1～2块印刷电路板，配备相应的电子元器件和电气连接组合而成，它的缺点：1)印刷电路板中任何一处元件的焊接不良或损坏将直接导致整块印刷电路板出现故障；2)生产测试过程中，由于各功能电路相互连接相互影响，查找故障困难；3)不同型号的计价器使用不同的印刷电路板，焊接于电路板上的元器件难以拆下用于其他型号产品中；4)各功能电路无法脱离其他电路独立测试，维修工作需要一定的技术水平；5)产品没有扩充性与删减性，难以增减不同功能。

模组式出租汽车计价器的设计，能较好地解决传统设计方法存在的缺点和技术问题，通过不同模块组件的组合配置，就可以方便地实现计价器不同功能。模组式出租汽车计价器极大地方便了计价器维修站的工作，当计价器出现故障时，维修人员只对有故障的模块组件进行更换，有故障的模块组件可以在工厂进行修理，降低了维修站人员维修计价器的技术难度；同时也可以根据用户需要，方便对计价器功能的升级，使原有的产品焕发新的活力。

1 模组式硬件电路设计

模组式出租汽车计价器对计价器的构成进行了功能划分，并进而提出模块化设计，每个模块组件可以是单功能，也可以是两种功能或集成更多功能，通过对这些模块基本结构进行选择和组合，组建成不同功能的计价器产品[2]。

模组式出租汽车计价器硬件设有电源、计量主控、税控、存储、时钟，显示、打印、语音、射频卡、安全认证、通讯接口、IC卡卡座信号、信号处理等模块以及模块连接主板，模块连接主板供上述模块安装并实现电气和数据的连接，各模块组件采用插接的方式安装在主板上即可实现计价器产品组建。模组式计价器电路如图1所示。

图1 模组式计价器电路

电源、计量主控、税控、存储、时钟，显示、打印等模块是计价器的基本模块；而通讯接口、语音、信号处理、射频卡、安全认证等模块均为计价器的扩展模块。

1.1 计量主控模块

计量主控模块对脉冲进行计数，然后换算成里程数，并按照出租汽车计价系统的标准进行计程、计时、计费。电路采用ST公司的单片机uPSD3234作为系统的核心部件，它以增强型MCS-51内核8032单片机为基础，具有丰富的外围设备，集成了PSD模块，并含有大容量Flash和RAM的存储器，集成I2C和USB接口电路，数字显示通道，5个脉宽调制控制器，4路8位AD转换器，可编程逻辑电路，是一个典型的具有SOC特征的高速单片机，因此不需要增加复杂的外围电路就完全能满足设计的要求[3]。

1.2 时钟模块

时钟模块是显示计价器的实时时钟，时钟作为白天/晚上单价自动转换的一个基准。电路采用了PCF8563芯片，是一种低功耗的多功能时钟/日历芯片，它提供一个可编程时钟输出，一个中断输出和掉电检测器，所有的地址和数据通过I2C总线接口串行传递，最大总线速度为400kbits/s，每次读写数据后，内嵌的字地址寄存器会自动产生增量[4]。电路中BT1为后备电源，VCC为主电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行，同时也起到保存时间信息及数据作用。时钟模块电路如图2所示。

图2 时钟模块电路

1.3 存储模块

数据存储模块的作用是当计价器电源关闭的时候，存储当前设定的单价信息，电路采用ATMEL公司推出的容量为256kB的串行电可擦除、可编程存储芯片24C256设计，传输方式为2线串行总线和单片机通讯，其优点是电路简单、存储容量大，可保存数据100年[5]。

1.4 通讯接口模块

通讯接口是计价器与外部设备进行数据通信的交接部分，起着数据缓冲、隔离、数据格式交换、寻址、同步联络和定时控制等作用。通讯接口模块由MAX485接口芯片、光电耦合器等组成，采用RS-485接口标准差模信号传输方式，抗干扰能力强，即使在信号电压较小的情况下也能获得稳定的传输。通讯接口模块电路如图3所示。

图3 通讯接口模块电路

1.5 打印模块

打印模块是将每一次营运的里程、等待时间、单价、金额、日期及上下车时间等数据打印成出租车专用发票。打印模块由单片机89C2052、EPSON公司P150Ⅱ打印机、驱动电路、检零电路等组成，打印机与单片机通过并行接口相连,单片机89C2052的接口经驱动电路控制打印机A、B、C、D四根打印针，同时还控制打印机直流电机的起动和停止。

1.6 电源模块

电源模块是对输入的汽车电瓶供电电压进行滤波、稳压，输出符合电路各功能模块所需要的电源[6]。电路采用了MC34063集成芯片，电源模块电路如图4所示。

图4 电源模块电路

1.7 显示模块

显示模块的作用是显示计价器时钟、单价、计程、计时、金额等数据的窗口，电路由HT1622台湾合泰公司推出的256段内置存储器的多功能LCD驱动器和上海钟晶电子有限公司的SHZJ-M003C出租车计价器专用LCD液晶屏组成。HT1622可以驱动多段LCD字符是其主要特征，构成LCD显示模块和显示系统，单片机与HT1622之间的接口只需要三根控制线。通过送入的数据和指令，就可使显示模块正常工作，实现数据的显示[7]。

1.8 模块连接主板

计价器的各种模块组件只要通过模块连接主板就能实现电气和数据的连接。计价器制造商只要做好各种模块组件批量生产的前期工作，并将各种模块组件单独调试测试好后，采用插接的方式安装在模块连接主板上，通过不同模块组件的选择和组合，可以组合成不同功能的计价器产品，满足客户对计价器功能的需要。模块连接主板电路如图5所示。

另外，在设计中各个模块板安装在模块连接主板上应加装安全盖等措施，避免在日常营运中受到汽车的颠簸和震动使模块组件与模块连接主板接触不良。

图5 模块连接主板

2 实验与分析

用我院的出租汽车计价器本机检定装置对GH-4001型模组式出租汽车计价器误差进行检定，实验数据如表1～表4所示。

表1 计程误差

续表

表2 计时误差

表3 切换速度误差、低速切换响应时间

表4 永久时钟误差

从表1～表4的数据分析可见，GH-4001型模组式出租汽车计价器的各项计量性能符合JJG 517—2009出租汽车计价器检定规程的技术要求[8]。

3 结语

经实验验证，所设计模组式出租汽车计价器的各项计量性能符合JJG 517—2009出租汽车计价器检定规程的技术要求，GH-4001型模组式出租汽车计价器已通过了计量器具型式批准，并投入批量生产和安装使用。同时，模组式出租汽车计价器设计还获得了国家专利(专利号为：ZL200920193180.4)。总之，模组式出租汽车计价器使得模块化组件生产和调试变得更容易，各种模块采用插接的连接方式，使得安装、维修、更换、拆卸更方便迅速，提高了出租汽车计价器产品生产的灵活性，有广泛的应用前景和极大的市场竞争力。

[1] 于宝良．出租汽车计价器检定与维修[M].北京：中国质检出版社，2012

[2] 童时中．模块化原理设计方法及应用[M].北京：中国标准出版社，2000

[3] 刘焕成．工程背景下的单片机原理及系统设计[M].北京：清华大学出版社，2008

[4] 卞丽，张国华.时钟芯片PCF8563接口及驱动设计[J].中国科技信息，2007(17)

[5] 周巧娣，刘敬彪．AT24C256在单片机系统中的应用[J].电子元器件应用2002(9)

[6] 童诗自，华成英．模拟电子技术基础[M]．北京：高等教育出版社，2003

[7] 李维諟，郭强．液晶显示应用技术[M]．北京：电子工业出版社2005

[8] JJG 517—2009出租汽车计价器．北京：中国计量出版社，2009