出租車多功能計(jì)費(fèi)器的設(shè)計(jì)

摘要：介紹了出租車多功能計(jì)費(fèi)器的設(shè)計(jì)方法，闡述了MAX813和DS1244Y的使用方法，同時(shí)提出了防止計(jì)費(fèi)器死機(jī)和防止司機(jī)作弊的解決方法。

    關(guān)鍵詞：出租車計(jì)費(fèi)器 防作弊 看門狗 MAX813 DS1244X

隨著出租車行業(yè)的發(fā)展，對(duì)出租車計(jì)費(fèi)器的要求也越來(lái)越高，用戶不僅要求計(jì)費(fèi)器性能穩(wěn)定，計(jì)費(fèi)準(zhǔn)確，有防作弊功能；同時(shí)還要求其具有車票資料打印、IC卡付費(fèi)、語(yǔ)言報(bào)話和電腦串行通信及稅控功能。不同國(guó)家和地址的計(jì)費(fèi)方式存在差異，如有些地區(qū)有夜間收費(fèi)及郊區(qū)收費(fèi)等，而有些地區(qū)則無(wú)夜間收費(fèi)和郊區(qū)收費(fèi)；目前國(guó)內(nèi)有些大城市要計(jì)計(jì)費(fèi)器有稅控功能，而有些城市無(wú)此要求；即使同一地區(qū)，不同車型的出租車其計(jì)費(fèi)方式也有差別；(范文先生網(wǎng)adivasplayground.com收集整理)而且出租車還面臨幾年一次的調(diào)價(jià)或調(diào)整計(jì)費(fèi)方式等問(wèn)題。為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了一款計(jì)費(fèi)器。該計(jì)費(fèi)器內(nèi)設(shè)置了多達(dá)64個(gè)選項(xiàng)（1表示有某項(xiàng)功能，0表示沒(méi)有），幾乎涵蓋了大多數(shù)國(guó)家和地區(qū)的出租車計(jì)費(fèi)方式，無(wú)需更改計(jì)數(shù)器的硬件，只需要改相應(yīng)的選項(xiàng)資料，便可適用于不的國(guó)家和地區(qū)，且計(jì)費(fèi)資料的傳送可由電腦通過(guò)RS-232或?qū)Ｓ玫氖殖质劫Y料傳輸器來(lái)完成，非常方便。目前該計(jì)費(fèi)器已在我國(guó)大陸的一些大中城市，香港、澳門和臺(tái)灣地區(qū)以及越南使用。

1 原理框圖

計(jì)費(fèi)器組成方框圖如圖1所示。

1.1 主控模塊

主控模塊如圖2所示。

CPU選89C51RC2，它的主要特點(diǎn)是：ROM為32K FLASH，RAM為512byte；具有雙DPTR寄存器、一個(gè)硬件看門狗定時(shí)器、3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、7個(gè)中斷源，其它與MCS51基本相同。雙DPTR寄存器給軟件編程帶來(lái)了很大的方便。

復(fù)位、看門狗及電源監(jiān)控由MAX813芯片來(lái)完成。計(jì)費(fèi)器在營(yíng)運(yùn)過(guò)程中，由于干擾等各種因素的影響。有可能出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象導(dǎo)致出租車無(wú)法正常營(yíng)運(yùn)。為了克服這一現(xiàn)象，除了充分利用CPU本身的看門狗定時(shí)器外，還需外加看門狗電路。MAX813的主要特點(diǎn)如下：

（1）系統(tǒng)上電、掉電以及供電電壓降低時(shí)，第7腳產(chǎn)生復(fù)位輸出，復(fù)位脈沖寬度的典型值為200ms，高電平有效，復(fù)位門限為4.65V。

（2）如果在1.6s內(nèi)沒(méi)有觸發(fā)該電路（即第6路無(wú)脈沖輸入），則第8腳輸出一個(gè)低電平信號(hào)，即看門狗電路輸出信號(hào)。

（3）手動(dòng)復(fù)位輸入，低電平有效，即第1腳輸入一個(gè)低電平，則第7腳產(chǎn)生復(fù)位輸出。

（4）具有1.25V門限值檢測(cè)器，第4腳為輸入，第5腳為輸出。

實(shí)際應(yīng)用時(shí)，將第1腳與第8腳相連，第7腳接CPU的復(fù)位腳（89C51RC2的第9腳），第6腳與CPU的P1.0相連。在營(yíng)運(yùn)過(guò)程中，P1.0不斷輸出脈沖信號(hào)。如果因某種原因CPU進(jìn)入死循環(huán)，則P1.0無(wú)脈沖輸出。于是1.6秒后在MAX813的第8腳輸出低電平，該低電平加到第1腳，使MAX813產(chǎn)生復(fù)位輸出，使CPU有效復(fù)位，擺脫死循環(huán)的困境。另外，當(dāng)電源電壓低于門限值4.65V時(shí)，MAX813也產(chǎn)生復(fù)位輸出，CPU處于復(fù)位狀態(tài)，不執(zhí)行任何指令，直到電源電壓恢復(fù)正常，因此可有效防止因電源電壓較低時(shí)CPU產(chǎn)生錯(cuò)誤的動(dòng)作。

時(shí)鐘及存儲(chǔ)器由芯片DS1244Y來(lái)完成，該芯片是一具有幽靈式（Phantom）時(shí)鐘的32K×8NVSRAM，第1腳為復(fù)位腳，其余和一般SRAM兼容。它提供嵌入式RTC和全靜態(tài)非揮發(fā)性RAM，含有內(nèi)芷式鋰電池和控制電路。此控制電路不斷監(jiān)視Vcc，當(dāng)Vcc>4.5V時(shí)，DS1244Y提供全部功能；當(dāng)Vcc<4.0V時(shí)，寫保護(hù)有效，所有的輸入變成“Don't Care”，所有的輸出處于高阻態(tài)；當(dāng)Vcc≤3.0V時(shí)，電源自動(dòng)切到內(nèi)部的鋰電池。NVSRAM的操作和原來(lái)的SRAM一模一樣，但時(shí)鐘操作有區(qū)別。一次完整的時(shí)鐘操作由D0腳串行輸入預(yù)定的8個(gè)字節(jié)（即64個(gè)bit）給DS1244Y，DS1244Y收到8個(gè)字節(jié)后，再通過(guò)D0腳串行寫入或讀出8個(gè)字節(jié)（即時(shí)鐘數(shù)據(jù)）。編程時(shí)間將NVSRAM的最后一個(gè)字節(jié)地址（7FFFH）定義為時(shí)鐘地址。因此，NVSRAM的最后一個(gè)字節(jié)空間不能作RAM用。實(shí)際設(shè)計(jì)電路時(shí)，將DS1244Y的第1腳（RST）與CPU的P1.1相連。CPU復(fù)位后，由軟件通過(guò)P1.1給出一個(gè)低電平使DS1244Y復(fù)位。須特別注意的是DS1244Y的第1腳不要與Vcc相連。假如與Vcc相連，當(dāng)CPU產(chǎn)生復(fù)位時(shí)（此復(fù)位可由看門狗或手動(dòng)產(chǎn)生），如果此時(shí)CPU正在對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行讀寫，則CPU復(fù)位后，會(huì)對(duì)RAM或時(shí)鐘進(jìn)行讀寫操作，導(dǎo)致意料不到的錯(cuò)誤。有關(guān)DS1244Y的具體用法請(qǐng)見(jiàn)參考文獻(xiàn)[1]。

打印功能，可通過(guò)選項(xiàng)設(shè)定，也可選擇稅控打印。各種打印命令及資料均由電腦通過(guò)RS-232或手持式資料傳輸器傳給計(jì)費(fèi)器，存儲(chǔ)在DS1244Y中。以

何種格式打印何種數(shù)據(jù)完全由用戶自動(dòng)選擇，因此可適用不同地區(qū)、不同客戶之需要。

計(jì)費(fèi)器可使用司機(jī)卡、采集卡、收費(fèi)卡及稅控卡等四種IC卡，究竟使用哪種卡可由選項(xiàng)控制。司機(jī)卡表示每次開(kāi)機(jī)均要插入對(duì)應(yīng)卡（一臺(tái)出租車對(duì)應(yīng)兩張司機(jī)卡），計(jì)費(fèi)器才能正常工作；采集卡可采集計(jì)費(fèi)器中存儲(chǔ)的各種營(yíng)運(yùn)資料；收費(fèi)卡表示乘客可使用該卡支持車資；稅控卡由稅務(wù)部門發(fā)行，只有稅控計(jì)費(fèi)器才需要此卡。

計(jì)費(fèi)器通過(guò)一條I/O線控制語(yǔ)言接口電路。乘客上車時(shí)，CPU給出50ms的低脈沖使語(yǔ)音接口電路說(shuō)一段話。乘客下車時(shí)，CPU給出20ms的低脈沖使語(yǔ)音接口電路說(shuō)另一段話。

計(jì)費(fèi)器可通過(guò)RS-232與電腦進(jìn)行串行通信，通過(guò)電腦設(shè)置計(jì)費(fèi)器的各種參數(shù)及采集計(jì)費(fèi)器里存儲(chǔ)的各種數(shù)據(jù)。

1.2 稅控模塊

該模塊由稅部門專門提供，稅控計(jì)費(fèi)器需要此模塊，非稅控計(jì)費(fèi)器則不需要此模塊。主控模塊與稅控模塊實(shí)行串行通信。計(jì)費(fèi)器正常工作時(shí)，主控模塊按要求將各種數(shù)據(jù)串行傳送到稅控模塊，稅控模塊將收到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)或顯示。

1.3 電源模塊

該模塊為一開(kāi)關(guān)電源，將輸入的12V直流電源變?yōu)榉�(wěn)定的5V電源。由于12V電源由出租車上的電瓶提供，其電壓有一定的離散性，當(dāng)電瓶質(zhì)量不好時(shí)12V電源較低。而開(kāi)關(guān)電源的適用范圍較廣，且驅(qū)動(dòng)能力較強(qiáng)，使用開(kāi)關(guān)電源可有效防止因輸入電壓過(guò)低而產(chǎn)生的各種故障現(xiàn)象。設(shè)計(jì)電源模塊應(yīng)注意電源的抗干擾能力。

1.4 按鍵顯示模塊

按鍵顯示模塊如圖3所示，共需4片4511、1片4028、1片2003、20個(gè)數(shù)碼管及一些發(fā)光二極管（作為指示燈，如計(jì)程、計(jì)時(shí)收費(fèi)指示燈）。計(jì)費(fèi)器提供6個(gè)按鍵功能，但稅控計(jì)費(fèi)器不需要6個(gè)按鍵，只需要3個(gè)按鍵，因而無(wú)需4028譯碼器，利用CPU的三條I/O線即可實(shí)現(xiàn)三個(gè)按鍵的功能。

1.5 防作弊及脈沖輸入模塊

防作弊及脈沖輸入模塊如圖4所示。為了提高計(jì)費(fèi)器的防作弊功能，采用了兩片PIC508，傳感器中裝一片PIC508，計(jì)費(fèi)器中裝一片PIC508。其工作原理如下：每次計(jì)費(fèi)器復(fù)位后，計(jì)費(fèi)器中的PIC508送一隨機(jī)數(shù)（1個(gè)字節(jié)）作為密碼給傳感器中的PIC508，車輛每產(chǎn)生一個(gè)脈沖，傳感器中的PIC508均要將此密碼送回到計(jì)費(fèi)器的PIC508。只有密碼正確，計(jì)費(fèi)器中的PCI508才發(fā)正確信息給CPU，表示輸入了一脈沖，否則發(fā)錯(cuò)誤信息給CPU。當(dāng)CPU收到三次錯(cuò)誤信息（次數(shù)可任意設(shè)置）時(shí)，CPU報(bào)警表示有作弊現(xiàn)象。由于不同時(shí)刻，即使同一個(gè)計(jì)費(fèi)器的密碼也不相同且是隨機(jī)，因此采用該方法能效地防止司機(jī)作弊。

2 軟件設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題

由于計(jì)數(shù)器的選項(xiàng)多達(dá)64個(gè)，功能齊全，能適應(yīng)不同地區(qū)的需要，軟件編程及調(diào)試比較復(fù)雜，需要特別小心。為了使計(jì)費(fèi)器穩(wěn)定、可靠地工作，軟件設(shè)計(jì)主要考慮了以下幾個(gè)方面：

（1）為了防止計(jì)費(fèi)器死機(jī)，軟件編程時(shí)采用了指令冗余技術(shù)、軟件陷阱技術(shù)以及軟件看門狗技術(shù)。請(qǐng)參見(jiàn)參考文獻(xiàn)[2]。

（2）為了防止程序“亂飛”而非法修改計(jì)費(fèi)器所設(shè)置好的各種參數(shù)，從軟件的角度對(duì)計(jì)費(fèi)器的各種參數(shù)進(jìn)行了多重保護(hù)。必須通過(guò)“合法”的途徑才能修改參數(shù)，而程序“亂飛”也不能修改計(jì)費(fèi)器所設(shè)置好的參數(shù)。

（3）司機(jī)卡、采集卡、收費(fèi)卡、稅控卡共用一個(gè)IC卡接口，稅控模塊優(yōu)先訪問(wèn)插入的IC卡并進(jìn)行判斷，直接與稅控初始化卡稅務(wù)信息卡和稅務(wù)稽查卡交換信息。如果不是稅控卡，則將控制權(quán)交給主控模塊，主控模塊要注意區(qū)分卡的類型，按照IC卡的有關(guān)控制命令正確編程。

（4）對(duì)DS1244Y時(shí)鐘操作時(shí)，串行輸入數(shù)據(jù)的第5字節(jié)的第5位（RST）須置0，以便DS1244Y能接收復(fù)位信號(hào)。每次上電后，由軟件對(duì)其復(fù)位。

（5）任何時(shí)候均要注意保存好計(jì)費(fèi)器所處的狀態(tài)及各種數(shù)據(jù)，復(fù)位后計(jì)費(fèi)器能夠回到原來(lái)的狀態(tài)。如計(jì)費(fèi)器處于載客狀態(tài)，復(fù)位后計(jì)費(fèi)器仍然回到載客狀態(tài)，且車資、收費(fèi)里程、收費(fèi)時(shí)間及單價(jià)同復(fù)位前一樣。

（6）計(jì)費(fèi)器與PC機(jī)串行通信時(shí)，PC機(jī)最好選用VB6.0語(yǔ)言。VB6.0提供了串行通訊MSComm控件來(lái)為應(yīng)用程序提供串行通信，其良好的用戶界面、簡(jiǎn)單方便的串行通信和實(shí)用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，無(wú)須借用其它語(yǔ)言就可以開(kāi)發(fā)出優(yōu)秀的通信軟件。

目前，該計(jì)費(fèi)器在使用過(guò)程中用戶反應(yīng)良好，返修率很低。另外，個(gè)別地方要求計(jì)費(fèi)器能存儲(chǔ)2000條客次記錄，而每條客次記錄約點(diǎn)50byte，這樣選用DS-1244Y顯示不夠。此時(shí)，可改用DS1248，該芯片的容量為128Kbyte，其它與DS1244Y完全一樣。

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