基于PLC出租车计价器的设计论文Word文档格式.docx
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当有乘客上车时,首先翻下空车牌,表示重车,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】
2.7I/O分配表
表2.1I/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
2.8PLC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PX2C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
⑴.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)
⑵.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:
①.当行驶里程(RunMilege)超出2.3Km时并且小于35Km时,按2.6元/Km收费,这时行驶费用为:
RunPrice=StartPrice+2.6×
(RunMilege-StartMilege)+1
其中:
StartPrice为起步价=7元
StartMilege为起步里程=2.3Km
RunMilege为行使里程(总行使里程)
RunPrice为行使费用(总行使金额)
②.当行使里程超过35Km后,要加空驶费,即每公里升至3.50元,这时行驶费用为:
RunPrice=StartPrice+3.5×
c)燃油附加费--每车次加收一元。
⑶.语音播放功能
①.当初次按下“start/stop”键,出租车开始启动,系统播放“您好!
欢迎乘坐本公司出租汽车,谢谢!
”播送完毕,计费器开始计费。
②.按下“SpeedUp”键,出租车加速行使,最高速为100Km。
③.按下“SpeedDown”键,出租车减速行使,最低速为0Km。
④.在行使状态下,按下“start/stop”键,表示出租车到站,结束行使。
这时候,系统播放“您好!
行使里程XXX公里,应付XXX元,请检查您的随身物品,欢迎再次乘坐,再见!
”的提示音。
⑤.按下“Reset”键,进入空车状态。
⑷.中文菜单显示功能
①.在空车状态下(启动前),LCD屏幕上显示如下的中文信息:
②.在空车状态下,按下“start/stop”键,系统播放“您好!
”的提示音,同时在LCD屏幕上显示如下的中文信息:
③.播完提示音后,进入行使状态,LCD屏幕显示以下信息:
④.在行使状态,按下“SpeedUp”键,里程显示的公里数增加的速度会不断的变快,金额数值也在作相应的变化。
按下“SpeedDown”键,里程显示的公里数增加的速度会不断的变慢。
⑤.在行使状态,按下“start/stop”键,表示出租车到站,结束行程。
这时屏幕显示以下信息:
同时,系统播放“您好!
行使里程xxx.xx公里,应付xxx.xx元,请检查您的随身物品,欢迎再次乘坐,再见!
⑸.实时时钟功能
本系统采用两种方法实现日历时钟:
(1)用实时时钟芯片-FC8563作为时钟电路,产生年/月/日/时/分/秒等信号,供系统调用。
(2)用单片机中断的方法产生年/月/日/时/分/秒等信号。
(3)两种方法由同学自行选择。
⑹.本系统设置4个按键,各个按键的功能如下:
(1)“start/stop”键—开始进入行使/结束行使(到站)。
(2)“SpeedUp”键—行使加速按键。
按下次按键,可使出租车的速度由0Km上升到100Km。
(3)“SpeedDown”键--行使减速按键。
按下次按键,可使出租车的速度由100K下降到0Km。
(4)“Reset”键--进入空车状态。
3.3电路设计原理图
第四章软件设计
4.1I/O点数的确定
根据课题控制要求及它需要的I/O点数,FX2N-48MR型PLC有足够的点数来完成出租车计价器的设计。
PLC的程序存储容量通常以字或步为单位。
例如叫1K字、4K步等叫法。
PLC的程序步是由一个字构成的,即每个程序步占一个存储器单元。
大多数PLC的存储器采用模块式的存储器卡盒,同一型号的PLC可以选配不同容量的存储器卡盒,实现可选择的多种用户存储器的容量,例如FX2型PLC可以有2K步、8K步等。
根据本课题的控制要求及流程图可大致估算出:
程序步数应为几百步。
因此三菱FX2系列的PLC拥有足够的空间来存储程序。
出租车计价器的工作环境较恶劣,因此对PLC的性能上有一定的要求。
通过了解,三菱PLC的性能比较好。
综上所述,并结合实际情况,最终选用三菱FX2N-48MR型PLC,编程工具使用FX-20P型简易编程器。
4.2程序梯形图
【图 4.2】
4.3程序语句
LD
62
T204
118
ANI
M12
1
ZRST
40
63
OUT
T205
119
T10
Y0
K2
K50
Y20
66
M11
122
6
67
123
INCP
24
68
OR
D22
69
126
11
70
127
M0
128
M26
M30
73
PLS
M10
129
CMP
10
16
MOV
12
75
K5
K80
76
M23
21
136
M24
K18
137
M25
83
M1
138
26
84
139
K4
140
87
RST
141
SUBP
31
90
LDI
M16
D8015
91
K3
36
ZCP
148
M3
149
K23
98
M4
150
MUL
22
99
M27
100
M9
45
101
46
M29
104
157
47
105
158
ADD
20
K86
106
107
52
108
K20
109
165
T200
K1
57
169
58
59
116
117
176
T203
213
247
Y11
214
248
Y12
179
249
Y13
180
DIV
23
250
BIN
19
K10
221
M17
K1Y10
222
255
187
223
BCD
18
256
Y21
257
Y22
K3Y0
258
Y23
M6
228
259
Y24
194
M8
260
Y25
195
AND
K3Y14
261
Y26
196
233
Y4
262
Y27
234
Y5
263
235
Y6
236
Y7
K1Y20
203
T0
237
Y10
268
204
T1
238
269
239
270
207
240
271
208
241
272
211
K1Y4
K1Y24
212
246
277
END
程序语句是由梯形图转化而来,主要意思说明如下:
第1到第11步是在运行前对相应的输出点、数据寄存器、辅助继电器进行清零;
第16到第31步是对相应的寄存器进行赋值,例如D23中存放的是起步价,D24中存放的是续程单价,D25中存放的是等候续时的单价,D26中存放的是起租时的时间(时);
第36到第52步是比较是否在昼夜单价转换的时间段内,如是,则在单价上作相应的调整,如不是则按原来的程序进行;
第57到第68步是在模拟运行时的两种轮胎圈数脉冲产生方式,其中一种是频率为150次/分钟的自动脉冲,另一种则是手拨开关,每拨动一次代表轮胎转一圈,两种方式可自由选择;
第70到第109步为正常行驶时的里程计算和续程部分金额的计算,其中第76到第87步是比较轮胎转动圈数是否到达一公里所需的圈数(K的相应值,为了调试及演示时方便,此处K值设为50,实际中k=1km/c,c为轮胎周长),若到达,则在里程寄存器中加1,同时对D10清零,以便再次累计,第90到第107步为比较行驶里程是否到达基价里程数,若到达,则对里程寄存器D11清零,M16及其联锁开关让其只比较一次,以正确累计续程部分里程,第109步是计算续程部分的金额;
第116到第150步为中途停车等待时的计时及计费,第119步是比较是否到达免费等候的时间(为了调试及演示的方便,此处K值设为50,实际中应设为5分钟即K=3000)。
每到一分钟,在时间寄存器中加1,当等候结束并时间大于5分钟时,计算超出部分的时间并计算相应的金额;
第157到第228步是分步计算出总金额并完成单位转换,以及显示金额和里程;
第233到第272步是在金额和里程的较高位为零时对相应的数码管进行消隐。
第五章硬件设计
5.1元器件介绍
LED数码管是目前最常用的数字显示器,图4.2(a)所示为共阴管的电路,图4.2(b)为共阴型数码管的引出脚功能图。
(b)引脚图
(a)共阴连接(“1”电平驱动)
【图 5.1LED数码管】
在数码管的前面需要接合适的电阻进行限流,电阻的规格也有要求,即要能完成限流功能,还要让通过的电流足够点亮数码管,同时,功率不能超过电阻的额定功率。
根据实验室现有的元件,这里选择510欧、0.25瓦的电阻,据测量,通过的电流能驱动数码管(大约6ma),功率上也能符合电阻的额定功率。
CC4511是共阴型BCD码锁存/七段译码/驱动器,其引脚排列如图4
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- 基于 PLC 出租车 计价器 设计 论文