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1、河北化工医药职业技术学院毕业论文基于plc出租车计价器的设计第一章引言1.1 出租车计价器的发展概况出租车计价器最早出现在我国是在1911年，当时，美国汽车公司引进的法国雷诺牌汽车就装有计价器，这种计价器，按实用行驶英里计费，路程及车价均可显示，计费起码1英里，以后以每1/4英里递增计费。由于各种原因，这种计价器此后在上海未推广应用出租车行业在我国是八十年代初兴起的一项新兴行业，随着出租车的产生，计价器也就应运而生。但当时在全国还没有一家企业能够生产，因此早期的计价器是由台湾引进的。我国第一家生产计价器的企业是重庆市起重机厂，最早的计价器全部采用机械齿轮结构，只能完成简单的计程功能，可以说，早
2、期的计价器就是一个里程表。台湾是计价器的主要生产场地，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，但由于技术原因，大部分厂家的产品都不能达标，因此生产厂家主要还是集中在北京、上海、沈阳和广州。近年来，随着改革开放的深入，市场日益繁荣，作为现代都市象征之一的出租汽车得到蓬勃发展。经济的发展，人民生活水平的提高，促使出租汽车越来越普及。与此相应，人们对出租汽车的合理收费也提出越来越高的要求。因此，出租汽车计价器得到人们的日益重视，已成为必不可少的营运专用设施。不仅受到客运管理部门的监督，同时还受到国家计量机关定期的强制检定。出租车计价器已成为乘客和驾驶员之间公正合理
3、收费的依据，起到双方“公平秤”的作用。随着汽车行业的发展，出租车计价器已发展到了第三代，这种计价器集税控、IC卡、计价、自动打印等功能于一体，乘客卡、司机卡、管理卡三类IC卡，分别用于运费支付、营运锁定、营运数据采集和营运结算，现在很多地区都在推行这种税控计价器。当汽车不断在中国普及的时候，也有越来越多的人乘坐出租车，这样对于出租车计价器的研究就不断的深入，从只能单一计价到计价记里程的双计数，再到公里调价，再到夜车加价功能。出租车计价器的功能在不断的发展。与此同时，出租车计价器由一种设计方案到多种设计方案的发展也带来了不断的更新。本文主要采用基于三菱FX2N的PLC设计的出租车计价器来实现出租
4、车家计价器的功能。1.2课程设计来源和现状出租车计价器是安装在出租汽车上的专用计量仪器，能连续累加，指示出行程中任一时刻乘客应付费用总额数，作为出租车的一个重要组成部分，计价器关系着出租车司机和乘客双方利益，起着重要的作用，因此，具有良好性能的计价器对广大出租车司机朋友来说是很必要的。随着电子技术的不断发展，使得电子设备给我们的日常生活带来的极大的变化，无论是民用、工业、军用单片机以及PLC都发挥这越来越重要的作用。今年来，电力电子技术和控制理论的发展使得电子设备的具有了多样性，在一个功能相同的电子设备可以使用不同的不同的程序、不同的方法、不同的控制理论。在完成不同方法的同时，可以更加深刻的理
5、解元件的功能以及编程。目前市场上大多用的是基于单片机控制的计价器，虽然其性能较稳定，但在长时间的运行工作中，也很容易出现故障。因此，研究具有更高性能的计价器具有着非常高的现实应用意义。第二章总体方案设计出租车计价器是安装在出租汽车上的专用计量仪器，作用是显示出出租车行驶的里程和乘客所需要付的金额，具有良好性能的计价器是乘客和司机都希望的。2.1 出租车计价器的计价原理乘客应付的金额值是路程和时间的函数，计程和计时是计价器计价的依据，为方便起见，计程划分为起程和续程两部分，计时也分起始时间和后续时间。起程、续程值和起始时间、后续时间值的大小，一般由当地政府有关部门（如客运交通管理、物价部门）视当
6、地诸因素如城市大小、交通情况、生活和物价水平等确定，通常起程、起始时间大于续程、后续时间。起程内的车费通称为基本车费、基价或起步价，乘客乘车计程不足基价里程是按基价收费，超过基价里程时超出部分按后续单价累计；计价器设定有免费等候时间，即运营时乘客要求停车免费等候时间，超过免费等候时间按等候单价累计收费。计价器按照一定间隔作跳跃式变化（例如图2.1），显示金额。 【图 2.1】出租车的行进状态分为两种：一种是在没有乘客情况下的状态，称为空车；一种是在有乘客情况下的状态，称为重车。出租车上备有一个空车牌标志，当处于空车情况下时，空车牌翻上，此时计价器不计价；当有乘客上车时，首先翻下空车牌，表示重车
7、，然后计营运数据。计价器是按计程和计时计价的，它可以有两种不同的计价方式：一种叫做时距并计式，是指重车时等候时间和里程同时收费；另一种叫做时距分离式，是指重车时等候时间和里程分开收费。一般认为时距分离式计价对乘客有利，时距并计式对经营者有利，从采用的情况来看，世界上大多数国家采用时距并计式。在时距并计式收费方式下，切换速度是计价器从计程收费转换为时距并计收费的车速切换点，切换速度是对时距并计式计价器而言的，而对时距分离式计价器，由于计价时不需要进行速度判别，也就不存在切换速度的问题。2.2 基于PLC计费系统的实现 由于出租车计费系统主要的难度在与对数据的分段处理，即在3公里以内为5元，超过3
8、公路里程数位每公里0.9元，所以在程序的设计是将数据函数化为分段函数。 在函数的统计中，当公里数没有超过起步公里的时候，只输出为额定的起步价格；当超过起步公里数3公里的时候，没超过0.5公里，计价0.9元。同时，计价器还有等待时间的加价功能和夜间加价功能，这些功能均在函数程序中实现。即 应收金额=起步价+日间超额度/夜间超额度+等待时间附加费 功能切换上可利用PLC内部中的各种继电器的相互配合实现里程数和金额的切换显示。同时，夜间和日间的切换功能通过继电器导通不同的函数通路来完成。而等待时间则通过PLC的定时器对时间的延时脉冲来实现。可见，用PLC实现出租车的计费系统是可以实现的。2.3 计价
9、器的计程方法现有的单片机式计价器计价方法是首先累计汽车轮胎转动的圈数，然后将圈数乘以轮胎周长得到行驶的里程。在此次设计中，采用的计程方法略有不同：首先按轮胎周长计算好每公里车轮要转的圈数，因为续乘部分的基本里程为1公里，1公里就成为一个关键值，因此，程序中只需要比较其是否到达一公里所需的圈数，若达到该值，便将里程寄存器中的内容加上1，采用这种方法可以有效的防止误差的累积。2.4计价器的计时方法计时是指营运时乘客要求等候时的时间计算，按找计价标准，1分钟为一个基本单位，因此可以设计一个1分钟的振荡程序，每到一分钟，将时间寄存器中的内容加1。2.5 出租车计价器计价标准本文按照2005年11月30
10、日起新执行的计价标准中的普通型设计。其相关计价标准如下：基价里程为3公里，起租金额为8元，每公里租价为每车1.80元，车辆在营运时乘客要求停车等候的免费等候时间为5分钟，超过5分钟的按每分钟0.40元计收（出租车司机如遇上述情况，按键计费），车辆抛锚、路阻、肇事、待渡等不属于乘客原因造成的停车等候，不得向乘客收取等候费，凡23时至次日5时前租用客运出租车的，每公里加收0.20元，超过基价公里和免费等候时间计程和计时金额按实际四舍五入到元计价器显示金额为整元。2.6 计价器工作程序流程图在主程序模块中，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
11、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。 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。【图2.5】2.7 I/O
12、分配表表2.1 I/O分配表X0空车牌D12等候时间D24续程单价Y24-Y27里程百位X1轮胎手动脉冲D13等候金额D25等候单价备注：当里程及金额的较高位为零时，Y4-Y27相应的输出点将作为消隐信号输出。X2开始等候D15总额暂存D26时间（时）X3计算总额D16总额（角）Y0-Y3金额个位X4轮胎自动脉冲D17总额（元）Y4-Y7金额十位D8超出基价的金额D18总额（角）余数Y10-Y13金额百位D10轮胎圈数D19显示的里程Y14-Y17里程个位D11行驶里程D23起步价Y20-Y23里程十位图2.2 程序流程图2.8 PLC的选型PLC是一种通用工业控制装置，功能的设置总是面向大多
13、数用户的。众多PLC产品既给用户提供了广阔的选择余地。PLC的选用不同于继电器接触器控制系统的元件的选用，它在应用设计的开始即可根据工艺提供的资料及控制要求等预先进行。本文从以下几个放面考虑PLC的选型。目前，工业控制上所用到的PLC大致有三菱、欧姆龙、西门子三大类。设计控制系统时，成本是一项很重要的考虑因素，因此在保证系统质量的前提下，要尽可能地减少成本。相比之下，三菱PLC的价格较其它两类更为实惠。PLC的选型基本原则是满足控制系统的功能需要。控制系统需要什么功能，就选择具有什么样功能的PLC。当然也要兼顾维修、备件的通用性。对于小型单机仅需要开关量控制的设备，一般的小型PLC都可以满足要
14、求。到了90年代，小型、中型和大型PLC已普遍进行PLC与PLC、PLC与上位机的通信与联网，具有数据处理、模拟量控制等功能，例如三菱的FX2与P X2C系列小型PLC。对于设计出租车计价器，需要有数据处理能力及逻辑控制功能，另外，在设计中加进了昼夜单价自动转换，也就是用到了特殊功能（时钟），对此，FX2型PLC是一个比较好的选择。第三章系统总体介绍3.1系统组成此出租车计费系统以单片机为系统核心，利用PIC16F877单片机配合TG12864液晶模组及ISD1420语音模块等，实现基本的出租车计价器功能。本系统是由PIC单片机、液晶显示模块、计数脉冲发生器、系统实时时钟及语音等模块组成。系统
15、框图如图(1)所示:【图3.1系统功能框图】3.2系统各部分功能里程计量功能a)单片机对传感器输出脉冲进行计数，并将脉冲数换算成公里数；b)每一个脉冲代表轮胎旋转一周，设轮胎的直径为520mm，轮胎的周长为：（即每转一圈的距离）520x3.14159=1634mm=1.634m c)每公里的脉冲数:PulsePerKM=1000m/1.634m=612（个脉冲） 费用计算功能（参照广州市出租车收费标准）费用计算包括三部分：起步费、行使费和燃油附加费：a)起步费用（StartPrice） 当行驶里程（RunMilege）在2.3Km(含2.3Km)以内按起步价（StartPrice）7元计费。即行使费用（RunPrice）为： RunPrice = StartPrice + 1 = 8（元）行使费用（RunPrice）-行使费用分短途与长途两种情况：.当行驶里程（RunMilege）超出2.3Km时并且小于35Km时，按2.6元/Km收费，这时行驶
