PLC 出租车计价器的设计.doc

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1、目录一 设计目的及要求二 工作原理、系统方框图三 各部分选定方案及电路组成、相关器件说明四 系统调试与检测五. 设计结论六. 设计心得与总结七参考文献 附录一：元器件清单 附录二：小组各成员所做工作说明，每个成员对最终方案的贡献一设计目的及要求 汽车在行驶时，里程传感器将里程数转换成与之成正比的脉冲个数，然后由计数译码电路变成收费金额。每行驶1公里，里程传感器输出一个脉冲信号，即10个脉冲/公里。设计要求（1）设计制作自动计费器，金额总数包括行车里程计费、等车时间计费和起步价三部分，金额用数码管显示。（2）里程单价设2.1元/公里，等车单价为0.6元/10分钟，起步价设为5元（3）行车单价、等

2、车单价、起步价可分别预置。 二 工作原理、系统方框图 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。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

3、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。.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，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

4、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 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

5、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1三 各部分选定方案及电路组成、相关器件说明3.1 元器件介绍3.1.1 七段数码显示管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（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）LED数码管3.1.2 电阻的选择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

6、上也能符合电阻的额定功率。3.1.3 CC4511译码驱动器CC4511是共阴型BCD码锁存/七段译码/驱动器，其引脚排列如图4.1所示。 CC4511引脚排列其中：A、B、C、D为BCD码输入端。a、b、c、d、e、f、g为译码输出端，输出“1”有效，用来驱动共阴极LED数码管。测试输入端，=“0”时，译码输出全为“1”。为消隐输入端，=“0”时，译码输出全为“0”。LE为锁定端，LE=“1”时，译码器处于锁定（保持）状态，译码输出保持在LE =“0”时的数值，LE=“0”为正常译码。表4.1为CC4511功能表。CC4511内接有上拉电阻，故只需在输出端与数码管笔端之间串入限流电阻即可工作

7、。译码器还有拒伪码功能，当输入码超过1001时，输出全为“0”，数码管熄灭。CC4511 功能表3.2 主电路的设计根据要求，计价器要显示金额和里程，也就是要将PLC中相应寄存器中的内容通过硬件显示出来，根据4.1中的元件说明，可设计出总的硬件电路图如图所示。图中，1、2、3、4、5、6号元件为4511译码驱动芯片，1号译码百位金额，输入信号为PLC上的Y13、Y12、Y11、Y10的BCD码输出信号；2号译码十位金额，输入信号为PLC上的Y7、Y6、Y5、Y4的BCD码输出信号；3号译码个位金额，输入信号为PLC上的Y3、Y2、Y1、Y0的BCD码输出信号；其中，每个译码器的和端和Vcc端都

8、接高电平（5V电源正极），LE端和Vss端都接低电平（5V电源负极），；a、b、c、d、e、f号元件为七段发光（LED）数码管，信号经译码器译码后，由七个输出端经限流电阻输入至数码管相应端口，该数码管为共阴型数码管，因此每个管中都有两个端口需要接地（图中未标出），否则数码管不能工作。图中的译码器及数码管的详细资料和功能可参照4.1中的介绍。根据实际情况，当金额及里程的较高位为零时，应该不显示数值（消隐），由于硬件上的这种接线无法完成消隐，因此这项功能需在软件中通过编程实现，这个在软件设计中已作相应说明。四 系统调试与检测 软硬件调试程序编写完成之后，就要对所编的程序进行调试。调试前先将程序通过

9、编程器输入到PLC中，再模拟运行同时监控PLC的工作状态，以判定是否达到控制目的。在调试期间，我发现了很多问题，程序上也作了很大的改动，具体情况叙述如下：第一阶段是对初步的设计程序进行调试。该部分程序完成的功能主要是正常的行驶计价，不包括金额、里程的显示和中途等候计费，按照预先的设想，调试比较成功，但同时发现了几点不足之处： 存放行驶里程的寄存器中的数值比较大； 没有完成最终金额的四舍五入功能； 系统运行前没有对相应的寄存器及其它部件复位。这些问题在调试中未能解决。第二阶段是在第一次的程序基础上加入了中途等候计费及部分的运行前复位功能，调试时较好的解决了、两个问题，同时也存在着诸多问题： 运行

10、前虽对相应的寄存器等作了复位，但用的是RST指令，由于程序中用到的寄存器和辅助继电器较多，占用的指令步数也较多，程序不简洁； 当出租车行驶里程到一定值时，寄存器出现了溢出； 中途等候部分的程序单独调试成功，但在串入之后，原先程序中的几个寄存器里的内容出现了异常；期间通过反复的查找及修改，发现了问题的原因是：等候部分的程序中也用到了寄存器，由于寄存器的安排有点乱，执行除法指令时占用了原来程序中的个别寄存器，导致计算出错。该问题已成功解决，但第一阶段调试中发现的问题仍未解决。第三阶段调试期间，经过指导老师的指导，对前面的梯形图做了完善性的修改，主要内容是：原来计算里程是按圈计算的，即轮胎每转一圈，

11、就乘以周长送入寄存器，PLC中不能输入小数，而实际轮胎周长往往是小数，若将其放大10倍或100倍，再加上单价也需按角为单位计算，总的算起来数据会比较大，如果可以将轮胎周长设为整数，又会发生误差累积的问题，而现在宁波所执行的计价标准中说明，里程1公里是一个基本的计量单位，因此，计程方法改成了现行的按每公里轮胎转动圈数来计算，这样即解决了程序中轮胎周长设定的困难，也有效防止了误差的累积，这样一来，问题及问题也得到了一定的改善，但问题仍未有效解决。第四阶段调试时，将原先的RST复位指令改成了现行的ZRST成批复位指令，这样一来，大大地减少了指令步数，有效解决了问题，同时，还加入了显示功能，用的是七段

12、译码指令SEGD，并调试成功，至此，出租车计价器已初具雏形。但经过反复研究，亦发现了新的问题： 运用SEGD指令虽然可以显示出数据，但在这之前，需要将寄存器中的数据分成一个个一位数存放在不同的寄存器中，因为SEGD指令只对低四为进行译码，而且，每条SEGD指令需占用至少7个输出点，而我们所选择的PLC总共只有24个输出点，这样一来，便只能显示金额，为了增加计价器的功能，必须寻找更简洁的显示指令。经过反复比较PLC的指令功能，最后采用BCD码转换指令，它很好地解决了上述问题，除此之外，还利用了BIN变换指令将数据为零的较高位数码管进行消隐。之后，经过很多次反复修改和调试，终于完成了出租车计价器的

13、软件设计。软件完成之后便开始了硬件上的调试，由于电路中所用到的元件比较多，接线也比较复杂，尽管焊接的时候非常仔细，在调试时仍出现了很多的问题，比如数码管显示不清楚，有的根本不工作，但通过查手册、书本并反复仔细的检查每个焊点，问题都一一解决了。在完成硬件的单独调试之后，便将PLC与硬件连接，进行联合调试。虽然软件硬件单独调试都已成功，但在联合调试中也出现了不少问题。刚开始数码管无显示，经过多次的反复检查，发现是排线的接法错误，通过了解排线的结构，重新安排每根线的走向，再次运行，数码管已能显示，但是数值仍有出错，经过反复多次的排查测试，调试终于成功。五. 设计结论出租车计价器是安装在出租汽车上的专

14、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。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。六 设计心得与总结七 参考文献 PLC原理与应用，齐从谦，机械工业出版社，2005PLC编程实用指南，宋伯生，机械工业出版社，2007PLC应用技术，徐国林，机械工业出版社，2007可编程逻辑设计技术及应用，高书莉，邮电出版社，2001附录一：元器件清单 PLC 七段数码显示管 CC4511 附录二：小组各成员所做工作说明丁冠宇： 确定初步设计方案， 程序调试、硬件设计、制作及调试高庆瑜与杨柳:检索、消化资料， 设计程序流程图、程序梯形图、程序指令，I/0元件分配表