出租车计价器软硬件一体化检定技术研究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2024 年 01 月 11 日 作者简介：李守龙（1990），男，满族，辽宁北镇人，本科，工程师，研究方向为出租车计价器检定技术。-119-出租车计价器软硬件一体化检定技术研究 李守龙 锦州市检验检测认证中心，辽宁 锦州 121000 摘要：摘要：针对出租车计价器的软硬件一体化检定技术进行了研究，旨在提高出租车计价器的准确性和可靠性，同时降低维护成本。首先介绍了出租车计价器的基本原理和现有的检定技术现状，然后重点阐述了软硬件一体化检定技术的优势、应用前景和如何搭建一套完整的检定系统。通过实验验证，证明了软硬件一体化检定技术可以有效提高出租车计价器的性能和稳定性。关键词：关键词：出租车计价器；软硬件一体化；检定技术；单片机 中图分类号：中图分类号：U463 随着城市化的推进，交通状况日益繁忙，出租车作为主要的公共交通工具之一，其计价器的准确性和可靠性对于维护市场秩序和消费者权益具有不可忽视的影响。然而，传统的出租车计价器检定技术存在着一些问题，如检定时间久、效率低下、计价器显示的里程公里数与实际行驶里程公里数有出入、检定精度不高，维护成本较高等，这些问题不仅影响了出租车计价器的性能和稳定性，还增加了出租车公司运营成本、政府相关管理部门投入和消费者的出行费用。针对这些问题，本文旨在探讨一种新的出租车计价器软硬件一体化检定技术。该技术通过将硬件和软件进行一体化设计，实现了出租车计价器的快速、准确检定，提高了出租车计价器的性能和稳定性。与传统技术相比，该技术具有以下优点：提高了检定效率，缩短了检定时间，降低了检定成本；提高了出租车计价器的准确性和可靠性，保障了消费者的合法权益，为广大消费者提供更加安全、便捷、可靠的出行服务，有望减少出租车司机与消费者发生纠纷的可能性。1 理论概述 1.1 出租车计价器基本概念 出租车计价器是一种集计程、计时和车速等多种计量功能于一体的智能化计量仪器，主要由传感器、处理器和显示器等部分组成。传感器负责监测车辆的行驶信息，如里程和时间、并将这些信息转化为电信号传送给处理器。处理器接收到信号后，根据预设的算法计算出费用，最后将结果显示在显示器上。出租车计价器分为时距并计式和时距分离式两种不同的计价方式。时距并计式是指出租车在载客时等候时间和行驶里程同时收费；时距分离式是指将等候时间与车辆的行驶里程分开收费。目前，世界上大多数国家包含我国出租车都是采用时距并计式。计价器显示的金额值是通过公里里程、每公里里程阶梯价格和计时时间综合计算得出。在科学技术日新月异的今天，特别是在计算机技术和传感器技术迅猛发展的今天，可以清楚地看到检定仪表及设备正逐步走向电子化，智能化。在这一演化过程中出租车计价器是最好的证明。从最初的机械式到电磁式再到半电子式再到集成电路，出租车计价器都可以清晰地看到其发展的足迹。这些型号各异的计价器均不同程度地提升出租车行业运营效率、方便乘客及驾驶员。但是，技术的发展从来就没有间断过，计价器在设计上一直处于创新之中。现在基本所有出租车计价器均以单片机系统为核心。以单片机为中心控制元件发挥着关键作用。它利用敏感霍尔开关型器件如 AE44 收集车轮旋转圈速。这些圈速信号经转换，成为电信号，再输入单片机系统。这些电信号经单片机系统处理后将送到显示码管上，实时显示出租车行驶里程。这样，旅客可随时掌握行程进度，驾驶员可精确计算出旅客的成本，这一智能化和精确化设计大大提高了出租车行业服务的质量1。1.2 出租车计价器核心部件 测量里程的霍尔开关型传感器是出租车计价器的核心部件，它的里程计算是否准确直接决定出租车计价器的准确性。霍尔传感器接近磁性金属，霍尔传感中国科技期刊数据库 工业 A-120-器的输出电平就会升高，霍尔传感器离开磁性金属时，霍尔传感器输出电平就降低，这两种情况就会产生一个波形为正弦的信号2。电路中存在一个电子元件叫电压比较器，当霍尔元件输入的电压信号高于变压比较器反相输入端电压时，输出高电平；当低于电压比较器反相输入端电压时，输出低电平。霍尔传感器借助这一现象可将正弦信号转化为单片机能够识别的方波信号3。有少部分司机为了使乘客所付金额大于实际的运营金额使用作弊手段。针对出租车计价器的作弊手段主要是针对传感器的工作原理。通过一些对传感器产生影响的操作达到虚增里程、从而实现增加出租车计价器金额的目的。最简单的作弊手段就是更换轮胎。出租车计价器的霍尔传感器是测量的车轮圈数，出租车计价里程和轮胎转数成正比，通常是更换比原厂尺寸小一号的轮胎，减小轮胎转动一圈的长度，更换轮胎后出租车需要更多的圈数行驶相同的距离，计价器计算出的里程就会大于实际里程4。还有一种是使用能产生脉冲信号的设备，该设备使得脉冲次数增多，单片机会计算更多的圈数也能达到增加运营里程的目的。2 现有出租车计价器检定技术现状 为了防止作弊等不法行为，出租车计价器要进行检定。出租车计价器检定主要分为本机检定和使用误差检定两种。本机检定是指出租车计价器厂家生产制造、修理后对产品进行的检定，只有检定通过后才能安装到出租车上。这个阶段主要由出租车计价器厂家负责完成，本机检定一般在厂家专门设计的实验室中进行的，有专门的本机检定装置。从上述作弊手段可以看出基本都是利用传统的里程计计价存在的问题，使计价器显示的里程与实际出租车行驶的里程存在差异，通常是大于实际行驶里程。为了减少因计价器里程不准产生的纠纷，出租车检定部门一般是每一年对出租车进行使用误差检定。主流的出租车计价器使用误差的检定采用模拟出租车行驶的方式进行检定，采用车辆专用台架滚筒模拟出租车在硬质路面行驶的过程，将滚筒或转鼓计算的距离与计价器测量的距离作对比，实现对计价器的使用误差检定。或者采用行车测距法。车辆右前门安装行车检定法传感器装置，检定装置采样的里程与检定点的距离对比5。出租车计价器检定时要求检定的场地平整整洁，被检出租车的轮胎应处于正常状态、干燥清洁、没有污物和金属碎屑；车辆轮胎充气至制造厂所规定的轮胎压力，无出厂规定的压力值时，应以计量检定机构的规定为标准。经本机检定合格的出租车计价器安装到出租车以后，必须在专门场所连同车辆一起，在计价器使用误差检定装置上进行使用误差的检定。计价器的使用误差只在基本收费挡进行检定。3 软硬件一体化检定技术的优势与应用前景 3.1 软硬件一体化的优势 大数据数字化时代，借用计算机技术软件硬件结合建立系统变得越来越重要。稳定的系统运行，不仅需要恰当的硬件选择、焊接及良好的电磁兼容设计，更重要是对于数据的修正和加工。这样才能实现较精准的出租车计价器检定功能。在之前的硬件设备基础上，加入软件系统、计算修正，软硬件结合的方式来增强检定技术。3.2 软件系统设计 一个稳定的软硬件一体化系统，不仅需要功能正常运行的元器件和装置，合理的焊接及较强的抗电磁干扰，还需要配套软件系统设计，这样才能实现较精准的出租车计价器检定功能。软件系统主控模块主要由单片机的芯片来负责主要工作流程控制，包括检定、数据传输和通信。主控制模块为整个系统的核心部分。该模块主要负责将处理后的数据封装成通讯协议消息包，随之以 GPRS 通讯方式与数据库建立通讯，服务器按照一定的协议进行解包获得数据。计价器模块记录车辆检定过程中发生的所有的数据信息，包括行驶起始点，终点，行驶时间，行驶里程，价格等，把这些数据信息汇总送入主控模块，通过 GPRS 通信，将数据上传数据库保存。GPRS 模块负责主控模块与数据库进行单向通信6。检定系统使用的测量汽车行驶里程传感器为光电编码器，其输出的信号为高低电平信号。通过高低电平脉冲的个数以及滚筒的周长可以得到汽车的实际行驶里程数。检定系统需要记录下传感器转过的脉冲数，单片机内部自带有两个 16 位的定时器都可以充当计数器。本系统直接采用单片机自带的内部计数器来实现传感器脉冲累加计数，避免了额外增加外部计数器元件，简化了电路的同时还提升了可靠性。系统主框图如下所示：中国科技期刊数据库 工业 A-121-图 1 软件系统结构图 3.3 其他重要模块 计价器检定装置为了达到提高检定效率、简化线路等目的采用了无线通讯方式。无线收发一体芯片NRF24L01 工作处于 2.4GHz 自由频段，支持多点间通信。NRF24L01 使用高效 GMSK 调制方式，具有极强的抗电磁干扰能力。NRF24L01 还有一个优势在于其没有复杂的通信协议，完全对用户开放，同种产品之间可以自由通信。由此可见，NRF24L01 的性能指标完全符合本系统要求。各个设备间，采用标准的 MODEBUS-RTU 通信协议进行通信，通信信号为 RS232 电平，而单片机 I/O口输出的信号都为 TTL 电平，TTL 电平转换为 RS232电平后才能在设备间进行通信7。系统采用 MAX232 电平转换集成芯片，内部采用独立的 5V 电源供电，经过电压放大电路，驱动内部集成的 RS-232C 驱动器和接收器，实现发送信号和接收信号。出租车计价器用于记录车辆的行驶数据、状态等，理想情况下应连接打印机打印乘客所需要的票据，同时将相关信息通过 GPRS 通讯发送到数据库中，方便后期查询。计价器检定系统为了方便监控管理，必须要实现数据上传，因此网络通讯模块也是检定系统重要的一环。GPRS 是建立在 TCP/IP 基础上的一种通讯协议，GPRS 加 SIM 卡即可实现联网，单片机主芯片按照服务器提供的 IP 地址和服务端口发送连接命令，与服务器进行第一次握手，待服务器返回确认命令后则说明握手成功，GPRS 模块与服务器建立握手，随后单片机主芯片采集 GPS 返回的数据及出租车行驶数据，并按照通讯协议将这些数据封装，单片机主芯片发送检定指令至服务器，待服务器返回确认指令后，单片机主芯片把检定数据发送过去，服务器后台按照通讯协议解包，将具体的数值信息（车牌、日期、时间、行驶里程、行驶时间、价钱等）保存到数据库中，以备后面查验。3.4 计算修正 出租汽车计价器检定规程中指出计价器检定时要在平齐干净的专有检定场地进行，被检出租汽车的轮胎应处于正常的工作状态。即轮胎保持干燥、清洁，表面没有大的污渍或者可能会对检定设备造成损伤的金属碎块。出租车轮胎的气压也要处于厂家建议的气压范围之内。无出厂规定的压力值时，应以计量检定机构的规定为标准。经本机检定合格的计价器安装到出租汽车上以后，必须在专门场所连同车辆一起，在计价器使用误差检定装置上进行使用误差的检定6-7。即使是这样，每次轮胎对检定结果的影响也不能完全消除，在此深度挖掘数据资源。分析同一辆车多次检定的数据，找出合理的轮胎修正值范围，用于里程计量计算，使检定结果精度更高。4 实验验证与结果分析 通过之前软硬件结合的方式，搭建了一个实验平台。该平台基于软硬件一体化检定技术，集成了多种出租车检定使用的硬件设备和软件算法。通过这个平台，能够全面地测试软硬件一体化检定技术的实际表现和性能。以下数据表格展示了查询数据库获得的实验结果中的一些关键数据：如表 1 所示。表 1 实验数据表 检定技术 计价精度（误差率）稳定性（波动率）效率（检定时间）传统检定技术 5%3%20 分钟 软硬件一体化检定技术 1%1%5 分钟 通过对比实验结果，可以清晰地看到软硬件一体化检定技术的误差率和波动率显著降低，同时检定时间也大大缩短。这些数据充分证明了软硬件一体化检定技术的可行性和优越性。5 结语 软硬件一体化检定技术对出租车计价器的性能及稳定性等优点已被普遍接受。对这一技术进行深入的研究与实践就会发现，其不仅提高了出租车计价器的准确性与可靠性，而且成本低、操作方便。该技术在主控模块 计价器模块 GPRS 模块 数据库 电平转换模块 数据采集模块 中国科技期刊数据库 工业 A-122-给我国出租车行业带来有效监管手段的同时，还有利于维护消费者权益和市场公平竞争。试验验证与分析结果表明，软硬件一体化的检定技术对出租车计价器的性能与稳定性有明显的改善作用。对这一技术进行研究与探索，可进一步发掘它在出租车行业的应用价值，从而为中国出租车市场良性发展提供强大支撑。要想充分挖掘软硬件一体化检定技术潜能，就必须加强进一步研究。在实践中，应重视技术的革新及优化，持续提升检定设备性能及稳定性，适应出租车市场多变的需求。与此同时，还需要加强对相关规定及标准的建立及完善，以保证软硬件一体化检定技术的合法性及合规性。总之，软硬件一体化检定技术应用前景广阔，有理由认为通过对这一技术的深入研究与改进，它必将在出租车行业中得到更大的发展，以期对中国出租车市场监管提供强有力支撑，帮助产业持续健康地发展。参考文献 1Xiao Weichu,Chen Weihong,Yang Ming.Design of Multi-function Taximeter Based on Singlechip MicrocomputerJ.Modern Electronics Technique,2008(16):1-3.2杨正祥.基于单片机和霍尔传感器的出租汽车计价器设计J.信息系统工程,2018(7):99-100.3乔志敏,杨慧刚.基于单片机的出租车计价系统设计J.太原学院学报(自然科学版),2017,35(04):54-57.4史遵琴.出租车计价器检定装置的研制D.浙江:中国计量大学,2020.5舒涛,伍远超,李明.基于 AT89S51 单片机的出租车计价器系统设计J.现代电子技术,2010,33(22):57-59.6于宝良,钱大鼎.出租汽车计价器检定规程S.北京:中国质检出版社,2016:5-10.7徐殷,吴承琦.出租汽车计价器标准装置检定规程S.北京:中国质检出版社,2005:2-5.