??? 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? DS1244Y

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??? 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)、語言報(bào)話和電腦串行通信及稅控功能。不同國家和地區(qū)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)則無夜間收費(fèi)和郊區(qū)收費(fèi);目前國內(nèi)有些大城市要求計(jì)費(fèi)器有稅控功能,而有些城市則無此要求;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;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表示沒有),幾乎涵蓋了大多數(shù)國家和地區(qū)的出租車計(jì)費(fèi)方式,無需更改計(jì)費(fèi)器的硬件,只需更改相應(yīng)的選項(xiàng)資料,便可適用于不同的國家和地區(qū),且計(jì)費(fèi)資料的傳送可由電腦通過RS-232或?qū)Ｓ玫氖殖质劫Y料傳輸器來完成,非常方便。目前該計(jì)費(fèi)器已在我國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。?

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1.1 主控模塊?

??? 主控模塊如圖2所示。

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??? 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MCS-51基本相同。雙DPTR寄存器給軟件編程帶來了很大的方便。?

??? 復(fù)位、看門狗及電源監(jiān)控由MAX813芯片來完成。計(jì)費(fèi)器在營運(yùn)過程中,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)致出租車無法正常營運(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)沒有觸發(fā)該電路(即第6腳無脈沖輸入),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。在營運(yùn)過程中,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,直至電源電壓恢復(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)可將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腳與CPU的P1.1相連。CPU復(fù)位后,由軟件通過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)見參考文獻(xiàn)[1]。?

??? 打印功能,可通過選項(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)完全由用戶自行選擇,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)的各種營運(yùn)資料;收費(fèi)卡表示乘客可使用該卡支付車資;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)器通過一條I/O線控制語言接口電路。乘客上車時(shí),CPU給出50ms的低脈沖使語音接口電路說一段話。乘客下車時(shí),CPU給出20ms的低脈沖使語音接口電路說另一段話。?

??? 計(jì)費(fèi)器可通過RS-232與電腦進(jìn)行串行通信,通過電腦設(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?

??? 該模塊由稅控部門專門提供,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。而開關(guān)電源的適用范圍較廣,且驅(qū)動(dòng)能力較強(qiáng),使用開關(guān)電源可有效防止因輸入電壓過低而產(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。?

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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)器中的PIC508。只有密碼正確,計(jì)費(fèi)器中的PIC508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。由于在不同的時(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)的,因此采用該方法能有效地防止司機(jī)作弊。?

2 軟件設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題?

??? 由于計(jì)費(fèi)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“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語言。VB6.0提供了串行通訊MSComm控件來為應(yīng)用程序提供串行通信,其良好的用戶界面、簡單方便的串行通信和實(shí)用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),無須借用其它語言就可以開發(fā)出優(yōu)秀的通信軟件。?

??? 目前,該計(jì)費(fèi)器在使用過程中用戶反應(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,而每條客次記錄約占50byte，這樣選用DS-1244Y顯然不夠。此時(shí),可改用DS1248,該芯片的容量為128K byte，其它與DS1244Y完全一樣。?

參考文獻(xiàn)?

1 薛棟梁.MCS-51/151/251 單片機(jī)原理與應(yīng)用(二).北京:?中國水利水電出版社， 2001?

2 王幸之,王 雷.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾技術(shù).北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2001?

3 范逸之. Visual Basic與RS232 串行通訊控制.北京:中國青年出版社， 2001(1)?

4 李東星.PIC16C5X系列單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì). 北京:電子工業(yè)出版社， 1996