一、设计背景与核心原理

在城市交通运营中，出租车计价器是保障司机与乘客公平交易的关键设备。传统机械计价器存在计费精度低、功能单一（仅计程计费）、无法记录运营数据等问题，且易受机械磨损影响，后期维护成本高。基于 51 单片机的出租车计价器，以 51 单片机为控制核心，结合里程检测、时间计时、按键交互与显示技术，实现计程计费、计时计费、起步价设置、运营数据统计等功能，能有效解决传统计价器的痛点，同时具备成本低、扩展性强、数据记录准确的特点，适合出租车日常运营场景使用。
该系统核心原理围绕 “里程 / 时间采集 + 单片机计费运算” 展开。系统预设出租车计费规则（如起步价 8 元 / 3 公里，超出后 2 元 / 公里，低速等待时 0.5 元 / 分钟），通过里程检测模块（如霍尔传感器）实时采集车辆行驶里程：霍尔传感器安装在车轮上，车轮每转动一圈，传感器输出一个脉冲信号，单片机计数脉冲数，结合车轮周长（如 1.884 米 / 圈）计算行驶里程（里程 = 脉冲数 × 车轮周长）；同时通过单片机定时器记录行驶时间，当车辆速度低于设定阈值（如 5km/h）时，判定为低速等待，启动计时计费模式。
单片机根据采集的里程与时间数据，结合计费规则计算总费用：行驶里程≤3 公里时，费用为起步价；里程＞3 公里时，费用 = 起步价 +（里程 - 3）× 每公里单价；若存在低速等待时间，总费用叠加等待时间 × 每分钟单价。计算结果通过显示模块实时展示，同时可通过按键设置计费参数、清零当前费用，满足不同城市或时段的计费需求。

二、硬件选型与功能实现

系统硬件由控制模块、里程检测模块、计时模块、输入输出模块及电源模块组成，选型需兼顾数据采集精度、计费准确性与使用稳定性。控制模块选用 AT89C52 单片机，作为核心处理单元，其内置 8KB Flash 存储器、512B 数据存储器，32 个通用 I/O 口可满足里程计数、时间计时、按键检测等需求，且开发门槛低，适配 Keil C51 开发工具，便于程序编写与调试；同时，其工作电压范围宽（4.0V-5.5V），可适配车载电源，提升系统实用性。
里程检测模块选用 A3144 霍尔传感器与磁钢搭配，霍尔传感器输出数字信号，无需额外信号调理电路，直接连接单片机外部中断引脚（如 INT0），车轮转动时，磁钢靠近传感器产生脉冲，触发外部中断，单片机计数脉冲数；磁钢数量可根据精度需求调整（如车轮安装 1 个磁钢，每圈 1 个脉冲），结合车轮周长计算里程，精度可达 ±0.1 公里，满足出租车计价需求。
计时模块通过单片机内置定时器（Timer0、Timer1）实现，Timer0 用于行驶时间计时（1 秒中断一次），Timer1 用于低速等待计时（1 分钟中断一次）；定时器工作在 16 位定时模式，系统时钟 11.0592MHz，12 分频后计数频率 921.6kHz，定时 1 秒需计数 921600 次，通过中断累计时间，为计时计费提供准确时间基准。
输入输出模块包含 4 个功能按键与 LCD1602 液晶显示屏：按键分别为 “起步价设置”“单价设置”“等待计费设置”“费用清零”，采用独立按键设计，一端接地，另一端通过 10kΩ 上拉电阻连接单片机 I/O 口，未按下时为高电平，按下时为低电平，实现计费参数调整与费用重置；LCD1602 显示屏分两行显示：第一行显示行驶里程（如 “Mileage: 5.2 km”）与等待时间（如 “Wait: 2 min”）；第二行显示当前费用（如 “Cost: 14.0 Yuan”）与计费模式（如 “Mode: Normal”），让司机与乘客直观了解计费信息。
电源模块采用车载 12V 电源，通过 LM7805 稳压芯片将 12V 降至 5V，为单片机、传感器、LCD 供电，在电源输入端添加 1000μF 电解电容与 0.1μF 陶瓷电容，滤除车载电源的波动与噪声，确保各模块稳定工作；同时添加反接保护二极管，防止电源正负极接反损坏电路。
功能实现流程：系统上电后，单片机初始化霍尔传感器、定时器、LCD1602 与按键引脚，加载默认计费参数（起步价 8 元、单价 2 元 / 公里、等待 0.5 元 / 分钟），LCD 显示初始界面（里程 0 公里、费用 0 元）；车辆启动后，车轮转动触发霍尔传感器脉冲，单片机通过外部中断计数脉冲，计算行驶里程并在 LCD 更新；定时器实时计时，若通过里程与时间计算的速度＜5km/h，启动等待计时，LCD 显示等待时间；单片机根据里程与等待时间，按计费规则计算总费用，更新 LCD 显示；司机可通过按键调整计费参数，如按下 “起步价设置” 键，通过 “单价设置” 键增减起步价（每次 ±1 元），按下 “费用清零” 键，重置里程、时间与费用，准备下一次载客；车辆停止行驶后，LCD 保持最终费用显示，直至按下 “费用清零” 键。

三、软件设计与调试优化

软件设计采用模块化编程思想，分为主程序、里程采集程序、计时程序、计费运算程序、按键处理程序及显示控制程序，各模块功能独立，降低开发复杂度，便于后续维护与功能扩展。主程序负责系统初始化，之后进入无限循环，循环中依次调用里程采集、计时判断、计费计算程序，根据采集数据更新费用，确保计费实时准确。
里程采集程序通过外部中断实现：单片机设置 INT0 为下降沿触发中断，霍尔传感器输出脉冲时，触发中断服务程序，脉冲计数变量加 1，同时通过公式 “里程 = 脉冲数 × 车轮周长 / 1000”（转换为公里）计算行驶里程，若里程数据跳变频繁，添加软件滤波（如连续 3 次采集一致才更新里程），减少传感器误触发导致的误差。
计费运算程序是核心模块，程序中定义变量存储计费参数（起步价 start_price、公里单价 mile_price、等待单价 wait_price）与运营数据（里程 mile、等待时间 wait_time、总费用 total_cost）；主循环中，先判断里程是否超出起步里程：mile≤3 时，total_cost=start_price；mile＞3 时，total_cost=start_price+(mile-3)mile_price；再判断是否存在等待时间，若 wait_time＞0，total_cost+=wait_timewait_price；最后对总费用进行四舍五入处理（保留 1 位小数），确保费用计算符合实际收费规则。
按键处理程序采用软件消抖算法，检测到按键电平变化后，延时 10ms 再次检测，确认按键稳定后执行对应功能：“起步价设置” 键触发参数调整模式，“单价设置”“等待计费设置” 键调整对应参数值，“费用清零” 键重置所有运营数据与费用，同时在 LCD 上更新参数或清零后的界面。
调试优化需针对计费精度与数据稳定性：若里程计算偏差大，需重新测量车轮周长并校准脉冲计数与里程的对应关系；若等待计时误触发，需优化速度判断逻辑（如连续 3 秒速度＜5km/h 才启动等待计时）；软件上可添加运营数据存储功能，通过外接 EEPROM 模块（如 AT24C02）记录当日总里程、总费用，便于司机对账；此外，优化 LCD 显示刷新频率，避免频繁刷新导致画面闪烁，同时添加夜间显示模式，通过光敏传感器（如 BH1750）检测环境光照，自动降低 LCD 亮度，避免夜间刺眼影响驾驶安全。

四、结语

基于 51 单片机的出租车计价器，以 AT89C52 单片机为控制核心，结合霍尔传感器里程检测与定时器计时，实现了计程计费、计时计费、参数设置与数据显示功能，解决了传统计价器精度低、功能单一的问题，具备成本低、计费准确、操作便捷的优势，适合出租车运营场景，同时为 51 单片机在交通计费领域的应用提供了典型案例，帮助开发者掌握里程采集、计时中断、计费算法等核心技术。
系统仍有改进空间：当前仅支持本地计费，可集成 GPS 模块（如 NEO-6M），结合卫星定位数据校准里程，避免车轮打滑导致的里程误差；可添加语音播报模块（如 SYN6288），在费用更新或参数调整时自动播报 “当前费用 15 元”“起步价已设置为 9 元”，提升乘客体验；针对多时段计费需求，可添加实时时钟模块（如 DS3231），实现白天与夜间不同单价自动切换；未来，随着物联网技术的发展，还可将计价器与出租车管理平台联动，实时上传运营数据，实现远程监控与费用监管，推动出租车计价向智能化、信息化方向发展。
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