基于STM32设计的出租车计费系统

一、项目介绍

在城市交通中，出租车是一种常见的交通工具。为了方便乘客和司机之间的交易，出租车计费系统被广泛应用于出租车行业。系统能够自动计算乘客的费用，提供准确、方便的计费服务，并且能够记录乘客的行驶数据，方便后续查询和管理。

传统的出租车计费方式是基于人工计算，司机根据里程和时间进行估算并告知乘客费用。然而，这种计费方式容易存在误差和争议，并且对司机和乘客都不够方便和透明。因此，出租车行业迫切需要一种更加准确、高效和可靠的计费系统。

基于此背景，本项目设计和开发一种基于STM32微控制器的出租车计费系统，以替代传统的人工计费方式。该系统将利用STM32微控制器的强大处理能力和丰富的外设接口，集成各种功能模块，实现自动计算乘客费用、显示计费信息等功能。

通过该出租车计费系统，乘客只需在上车时按下对应按钮，系统将自动开始计费，并在显示屏上实时显示行驶时间、里程和费用等信息。乘客还可以通过按键输入特殊情况，如堵车或夜间行驶，以便系统进行相应的额外计费。当乘客下车时，系统将自动停止计费，并显示最终费用。同时，系统还将记录乘客的行驶数据以备查询和管理。

二、系统设计思路

2.1 系统架构

出租车计费系统的主要组成部分包括：STM32微控制器、LCD显示屏、按键、计时电路、收费器和外部存储器。整个系统的架构如下：

• STM32微控制器：采用STM32F103RCT6作为系统的控制核心，负责接收并处理来自各个模块的输入信号，并控制液晶显示屏上的信息显示和收费器的操作。
• LCD显示屏：采用1.44寸LCD显示屏，用于显示当前的计费信息，包括行驶时间、里程和费用等。
• 按键：用于输入乘客上车和下车的时间以及其他特殊情况，如堵车、夜间行驶等。
• 计时电路：用于准确地测量行驶时间。
• 收费器：负责根据计费规则和实时数据计算乘客的费用。
• 外部存储器：用于存储行驶数据和计费规则。

2.2 系统功能

出租车计费系统具有以下主要功能：

• 实时计算行驶时间和里程。
• 根据计费规则自动计算乘客费用。
• 在LCD显示屏上显示当前的计费信息。
• 支持特殊情况的额外计费，如堵车、夜间行驶等。
• 存储行驶数据和计费规则以备查询和更新。

三、代码设计

3.1 LCD显示屏代码

#include "stm32f10x.h"

// 定义LCD引脚连接
#define LCD_RS_PIN  GPIO_Pin_0
#define LCD_RS_PORT GPIOA
#define LCD_RW_PIN  GPIO_Pin_1
#define LCD_RW_PORT GPIOA
#define LCD_E_PIN   GPIO_Pin_2
#define LCD_E_PORT  GPIOA
#define LCD_D4_PIN  GPIO_Pin_3
#define LCD_D4_PORT GPIOA
#define LCD_D5_PIN  GPIO_Pin_4
#define LCD_D5_PORT GPIOA
#define LCD_D6_PIN  GPIO_Pin_5
#define LCD_D6_PORT GPIOA
#define LCD_D7_PIN  GPIO_Pin_6
#define LCD_D7_PORT GPIOA

// 定义命令和数据的宏
#define LCD_COMMAND 0
#define LCD_DATA    1

// 延时函数，用于产生适当的延时
void Delay(uint32_t nCount) {
    for (; nCount != 0; --nCount) {
    }
}

// 发送命令或数据到LCD函数
void LCD_Send(uint8_t byte, uint8_t mode) {
    GPIO_WriteBit(LCD_RS_PORT, LCD_RS_PIN, (mode == LCD_DATA) ? Bit_SET : Bit_RESET);
    GPIO_WriteBit(LCD_RW_PORT, LCD_RW_PIN, Bit_RESET);
    
    GPIO_WriteBit(LCD_D4_PORT, LCD_D4_PIN, (byte >> 4) & 0x01 ? Bit_SET : Bit_RESET);
    GPIO_WriteBit(LCD_D5_PORT, LCD_D5_PIN, (byte >> 5) & 0x01 ? Bit_SET : Bit_RESET);
    GPIO_WriteBit(LCD_D6_PORT, LCD_D6_PIN, (byte >> 6) & 0x01 ? Bit_SET : Bit_RESET);
    GPIO_WriteBit(LCD_D7_PORT, LCD_D7_PIN, (byte >> 7) & 0x01 ? Bit_SET : Bit_RESET);
    
    GPIO_WriteBit(LCD_E_PORT, LCD_E_PIN, Bit_SET);
    Delay(1000);
    GPIO_WriteBit(LCD_E_PORT, LCD_E_PIN, Bit_RESET);
    
    GPIO_WriteBit(LCD_D4_PORT, LCD_D4_PIN, (byte >> 0) & 0x01 ? Bit_SET : Bit_RESET);
    GPIO_WriteBit(LCD_D5_PORT, LCD_D5_PIN, (byte >> 1) & 0x01 ? Bit_SET : Bit_RESET);
    GPIO_WriteBit(LCD_D6_PORT, LCD_D6_PIN, (byte >> 2) & 0x01 ? Bit_SET : Bit_RESET);
    GPIO_WriteBit(LCD_D7_PORT, LCD_D7_PIN, (byte >> 3) & 0x01 ? Bit_SET : Bit_RESET);
    
    GPIO_WriteBit(LCD_E_PORT, LCD_E_PIN, Bit_SET);
    Delay(1000);
    GPIO_WriteBit(LCD_E_PORT, LCD_E_PIN, Bit_RESET);
    
    Delay(1000);
}

// 初始化LCD函数
void LCD_Init(void) {
    Delay(45000);
    LCD_Send(0x30, LCD_COMMAND);
    Delay(4500);
    LCD_Send(0x30, LCD_COMMAND);
    Delay(150);
    LCD_Send(0x30, LCD_COMMAND);
    Delay(150);
    
    LCD_Send(0x20, LCD_COMMAND);
    Delay(150);
    
    LCD_Send(0x28, LCD_COMMAND);
    Delay(150);

    LCD_Send(0x08, LCD_COMMAND);
    Delay(150);
    
    LCD_Send(0x01, LCD_COMMAND);
    Delay(150);
    
    LCD_Send(0x06, LCD_COMMAND);
    Delay(150);
    
    LCD_Send(0x0C, LCD_COMMAND);
    Delay(150);
}

// 在指定位置显示数字函数
void LCD_DisplayNumber(uint8_t number, uint8_t x, uint8_t y) {
    uint8_t data = 0x30 + number;  // 转换数字为对应的ASCII码
    
    if (x >= 0 && x < 16 && y >= 0 && y < 2) {
        uint8_t addr = 0x80 + (y * 0x40) + x;
        
        LCD_Send(addr, LCD_COMMAND);
        LCD_Send(data, LCD_DATA);
    }
}

int main(void) {
    // 初始化GPIO和LCD
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = LCD_RS_PIN | LCD_RW_PIN | LCD_E_PIN | LCD_D4_PIN | LCD_D5_PIN | LCD_D6_PIN | LCD_D7_PIN;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
    LCD_Init();
    
    while (1) {
        // 在第一行第一列显示数字1
        LCD_DisplayNumber(1, 0, 0);
    }
}

3.2 计时代码

通过定时器2实现了收费计时功能，并在串口上打印出计时的实时时间。通过按下’S’键启动计时器，按下’Q’键停止计时器。每隔500毫秒，在串口上打印出实时时间。

#include "stm32f10x.h"
#include <stdio.h>

// 定义计时状态
typedef enum {
    TIMER_STOPPED,
    TIMER_RUNNING
} TimerState;

TimerState timerState = TIMER_STOPPED; // 计时器初始状态为停止
uint32_t startTime = 0; // 开始计时的时间

// 初始化定时器2
void Timer2_Init(void) {
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);

    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 7200 - 1; // 设置预分频值，产生1ms的时间基准
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 1000 - 1;  // 设置计数器的重载值，每1秒中断一次
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);

    TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_Update, ENABLE);
    TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);

    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}

// 开始计时
void StartTimer(void) {
    if (timerState == TIMER_STOPPED) {
        startTime = TIM_GetCounter(TIM2); // 记录开始计时的时间
        timerState = TIMER_RUNNING;
    }
}

// 停止计时
void StopTimer(void) {
    if (timerState == TIMER_RUNNING) {
        timerState = TIMER_STOPPED;
    }
}

// 获取实时时间，返回单位为毫秒
uint32_t GetElapsedTime(void) {
    if (timerState == TIMER_RUNNING) {
        return TIM_GetCounter(TIM2) - startTime;
    } else {
        return 0;
    }
}

// 初始化串口1
void USART1_Init(void) {
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; // TX引脚
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
    USART_InitStructure.USART_BaudRate = 115200;
    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx;
    USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);

    USART_Cmd(USART1, ENABLE);
}

// 重定向printf函数到串口输出
int fputc(int ch, FILE *f) {
    if (ch == '\n') {
        USART_SendData(USART1, '\r');
        while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);
    }

    USART_SendData(USART1, ch);
    while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);

    return ch;
}

int main(void) {
    // 初始化定时器和串口
    Timer2_Init();
    USART1_Init();

    printf("Press 'S' to start the timer.\r\n");
    printf("Press 'Q' to stop the timer.\r\n");

    while (1) {
        if (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_RXNE) != RESET) {
            uint8_t rxData = (uint8_t)USART_ReceiveData(USART1);
            
            if (rxData == 'S' || rxData == 's') {
                StartTimer();
                printf("Timer started.\r\n");
            } else if (rxData == 'Q' || rxData == 'q') {
                StopTimer();
                printf("Timer stopped.\r\n");
            }
        }

        // 每隔500毫秒打印实时时间
        if (GetElapsedTime() >= 500) {
            printf("Elapsed time: %lu ms\r\n", GetElapsedTime());
            startTime = TIM_GetCounter(TIM2); // 更新开始计时的时间
        }
    }
}

// 定时器2中断处理函数
void TIM2_IRQHandler(void) {
    if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) != RESET) {
        TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);
    }
}