??? 摘? 要: 介紹了出租車多功能計費器的設計方法,闡述了MAX813和DS1244Y的使用方法,同時提出了防止計費器死機和防止司機作弊的解決方法。?

??? 關鍵詞: 出租車計費器? 防作弊? 看門狗? MAX813? DS1244Y

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??? 隨著出租車行業的發展,對出租車計費器的要求也越來越高,用戶不僅要求計費器性能穩定,計費準確,有防作弊功能;同時還要求其具有車票資料打印、IC卡付費、語言報話和電腦串行通信及稅控功能。不同國家和地區的計費方式存在差異,如有些地區有夜間收費及郊區收費等,而有些地區則無夜間收費和郊區收費;目前國內有些大城市要求計費器有稅控功能,而有些城市則無此要求;即使同一地區,不同車型的出租車其計費方式也有差別;而且出租車還面臨幾年一次的調價或調整計費方式等問題。為此,我們設計了一款計費器。該計費器內設置了多達64個選項(1表示有某項功能,0表示沒有),幾乎涵蓋了大多數國家和地區的出租車計費方式,無需更改計費器的硬件,只需更改相應的選項資料,便可適用于不同的國家和地區,且計費資料的傳送可由電腦通過RS-232或專用的手持式資料傳輸器來完成,非常方便。目前該計費器已在我國大陸的一些大中城市,香港、澳門和臺灣地區以及越南使用。?

1 原理框圖?

??? 計費器組成方框圖如圖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,它的主要特點是:ROM為32K FLASH,RAM為512byte;具有雙DPTR寄存器、一個硬件看門狗定時器、3個16位定時/計數器、7個中斷源,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。?

??? 復位、看門狗及電源監控由MAX813芯片來完成。計費器在營運過程中,由于干擾等各種因素的影響。有可能出現死機現象導致出租車無法正常營運。為了克服這一現象,除了充分利用CPU本身的看門狗定時器外,還需外加看門狗電路。MAX813的主要特點如下:?

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

??? (2)如果在1.6s內沒有觸發該電路(即第6腳無脈沖輸入),則第8腳輸出一個低電平信號,即看門狗電路輸出信號。?

??? (3)手動復位輸入,低電平有效,即第1腳輸入一個低電平,則第7腳產生復位輸出。?

??? (4)具有1.25V門限值檢測器,第4腳為輸入,第5腳為輸出。?

??? 實際應用時,將第1腳與第8腳相連,第7腳接CPU的復位腳(89C51RC2的第9腳),第6腳與CPU的P1.0相連。在營運過程中,P1.0不斷輸出脈沖信號。如果因某種原因CPU進入死循環,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產生復位輸出,使CPU有效復位,擺脫死循環的困境。另外,當電源電壓低于門限值4.65V時,MAX813也產生復位輸出,CPU處于復位狀態,不執行任何指令,直至電源電壓恢復正常,因此可有效防止因電源電壓較低時CPU產生錯誤的動作。?

??? 時鐘及存儲器由芯片DS1244Y來完成,該芯片是一具有幽靈式(Phantom)時鐘的32K×8NVSRAM,第1腳為復位腳,其余和一般SRAM兼容。它提供嵌入式RTC和全靜態非揮發性RAM,含有內芷式鋰電池和控制電路。此控制電路不斷監視Vcc,當Vcc>4.5V時,DS1244Y提供全部功能;當Vcc<4.0V時,寫保護有效,所有的輸入變成“Don′t Care”,所有的輸出處于高阻態;當Vcc≤3.0V時,電源自動切到內部的鋰電池。NVSRAM的操作和原來的SRAM一模一樣,但時鐘操作有區別。一次完整的時鐘操作由D0腳串行輸入預定的8個字節(即64個bit)給DS1244Y,DS1244Y收到8個字節后,再通過D0腳串行寫入或讀出8個字節(即時鐘數據)。編程時可將NVSRAM的最后一個字節地址(7FFFH)定義為時鐘地址。因此,NVSRAM的最后一個字節空間不能作RAM用。實際設計電路時,將DS1244Y的第1腳與CPU的P1.1相連。CPU復位后,由軟件通過P1.1給出一個低電平使DS1244Y復位。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CPU產生復位時(此復位可由看門狗或手動產生),如果此時CPU正在對時鐘進行讀寫,則CPU復位后,會對RAM或時鐘進行讀寫操作,導致意料不到的錯誤。有關DS1244Y的具體用法請見參考文獻[1]。?

??? 打印功能,可通過選項設定,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費器,存儲在DS1244Y中。以何種格式打印何種數據完全由用戶自行選擇,因此可適用不同地區、不同客戶之需要。?

??? 計費器可使用司機卡、采集卡、收費卡及稅控卡等四種IC卡,究竟使用哪種卡可由選項控制。司機卡表示每次開機均要插入對應卡(一臺出租車對應兩張司機卡),計費器才能正常工作;采集卡可采集計費器中存儲的各種營運資料;收費卡表示乘客可使用該卡支付車資;稅控卡由稅務部門發行,只有稅控計費器才需要此卡。?

??? 計費器通過一條I/O線控制語言接口電路。乘客上車時,CPU給出50ms的低脈沖使語音接口電路說一段話。乘客下車時,CPU給出20ms的低脈沖使語音接口電路說另一段話。?

??? 計費器可通過RS-232與電腦進行串行通信,通過電腦設置計費器的各種參數及采集計費器里存儲的各種數據。?

1.2 稅控模塊?

??? 該模塊由稅控部門專門提供,稅控計費器需要此模塊,非稅控計費器則不需要此模塊。主控模塊與稅控模塊實行串行通信。計費器正常工作時,主控模塊按要求將各種數據串行傳送到稅控模塊,稅控模塊將收到的數據存儲或顯示。?

1.3 電源模塊?

??? 該模塊為一開關電源,將輸入的12V直流電源變為穩定的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,當電瓶質量不好時12V電源較低。而開關電源的適用范圍較廣,且驅動能力較強,使用開關電源可有效防止因輸入電壓過低而產生的各種故障現象。設計電源模塊應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個數碼管及一些發光二極管(作為指示燈,如計程、計時收費指示燈)。計費器提供6個按鍵功能,但稅控計費器不需要6個按鍵,只需要3個按鍵,因而無需4028譯碼器,利用CPU的三條I/O線即可實現三個按鍵的功能。?

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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。為了提高計費器的防作弊功能,采用了兩片PIC508,傳感器中裝一片PIC508,計費器中裝一片PIC508。其工作原理如下:每次計費器復位后,計費器中的PIC508送一隨機數(1個字節)作為密碼給傳感器中的PIC508,車輛每產生一個脈沖,傳感器中的PIC508均要將此密碼送回到計費器中的PIC508。只有密碼正確,計費器中的PIC508才發正確信息給CPU,表示輸入了一脈沖,否則發錯誤信息給CPU。當CPU收到三次錯誤信息(次數可任意設置)時,CPU報警表示有作弊現象。由于在不同的時刻,即使同一個計費器的密碼也不相同且是隨機的,因此采用該方法能有效地防止司機作弊。?

2 軟件設計應注意的問題?

??? 由于計費器的選項多達64個,功能齊全,能適應不同地區的需要,軟件編程及調試比較復雜,需要特別小心。為了使計費器穩定、可靠地工作,軟件設計主要考慮了以下幾個方面:?

??? (1)為了防止計費器死機,軟件編程時采用了指令冗余技術、軟件陷阱技術以及軟件看門狗技術。請參見參考文獻[2]。?

??? (2)為了防止程序“亂飛”而非法修改計費器所設置好的各種參數,從軟件的角度對計費器的各種參數進行了多重保護。必須通過“合法”的途徑才能修改參數,而程序“亂飛”也不能修改計費器所設置好的參數。?

??? (3)司機卡、采集卡、收費卡、稅控卡共用一個IC卡接口,稅控模塊優先訪問插入的IC卡并進行判斷,直接與稅控初始化卡稅務信息卡和稅務稽查卡交換信息。如果不是稅控卡,則將控制權交給主控模塊,主控模塊要注意區分卡的類型,按照IC卡的有關控制命令正確編程。?

??? (4)對DS1244Y時鐘操作時,串行輸入數據的第5字節的第5位須置0,以便DS1244Y能接收復位信號。每次上電后,由軟件對其復位。?

??? (5)任何時候均要注意保存好計費器所處的狀態及各種數據,復位后計費器能夠回到原來的狀態。如計費器處于載客狀態,復位后計費器仍然回到載客狀態,且車資、收費里程、收費時間及單價同復位前一樣。?

??? (6)計費器與PC機串行通信時,PC機最好選用VB6.0語言。VB6.0提供了串行通訊MSComm控件來為應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用性強的優點,無須借用其它語言就可以開發出優秀的通信軟件。?

??? 目前,該計費器在使用過程中用戶反應良好,返修率很低。另外,個別地方要求計費器能存儲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,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?

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

2 王幸之,王 雷.單片機應用系統抗干擾技術.北京:北京航空航天大學出版社,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系列單片機應用設計. 北京:電子工業出版社， 1996