基于STM32的出租车计价器实验例程

一、实验概述

出租车计价器是嵌入式系统经典应用，核心功能是里程计量、费用计算、时间计费及人机交互。本实验基于STM32F103C8T6，通过霍尔传感器测里程、定时器计时、LCD显示费用，实现“起步价+里程费+等候费”的计费逻辑，支持按键设置和参数存储。

二、系统架构

graph TD
    A[霍尔传感器] -->|里程脉冲| B(STM32外部中断)
    C[按键模块] -->|设置参数| B
    B -->|数据处理| D[计费算法]
    D -->|费用/里程| E[LCD1602显示]
    F[定时器] -->|计时/低速检测| D
    G[EEPROM] -->|存储参数| D

• 传感器：霍尔传感器（安装在车轮，每转1圈输出1个脉冲，车轮周长≈2m）；
• 主控：STM32F103C8T6（72MHz，定时器、外部中断、GPIO控制）；
• 显示：LCD1602（并行接口，显示里程、费用、时间）；
• 存储：AT24C02 EEPROM（存储起步价、单价等参数）；
• 按键：4个独立按键（启动/停止、设置、加、减）。

三、硬件设计

1. 核心组件选型

组件	型号/规格	功能说明
主控芯片	STM32F103C8T6	32位ARM Cortex-M3，72MHz
里程传感器	AH3144霍尔传感器	开关型，输出脉冲（5V TTL）
显示模块	LCD1602（并行）	16×2字符显示（里程、费用）
存储芯片	AT24C02（I2C）	256字节EEPROM，存储参数
按键	4×轻触开关	启动/停止、设置、加、减
电源	5V DC	供电（STM32+LCD+传感器）

2. 硬件连接

模块	引脚	STM32引脚	说明
霍尔传感器	OUT	PA0（EXTI0）	外部中断0，上升沿触发
LCD1602	RS	PB0	寄存器选择
	RW	PB1	读写控制（接地=只写）
	EN	PB2	使能信号
	D4-D7	PB4-PB7	4位数据线（简化驱动）
AT24C02	SDA	PB10（I2C2_SDA）	I2C数据线
	SCL	PB11（I2C2_SCL）	I2C时钟线
按键	启动/停止	PC0	低电平有效
	设置	PC1	低电平有效
	加	PC2	低电平有效
	减	PC3	低电平有效

四、STM32CubeMX配置

1. 时钟配置

• 系统时钟树：HSE=8MHz → PLL×9 → 72MHz SYSCLK；
• APB1/APB2：36MHz/72MHz（定时器时钟源为APB1/APB2）。

2. 外设配置

（1）外部中断（霍尔传感器）

• 引脚：PA0（EXTI0），上升沿触发；
• NVIC：启用EXTI0中断（优先级中等）。

（2）定时器（计时/低速检测）

• TIM2：通用定时器，1ms中断（用于计时和脉冲计数）；
• 预分频器：72-1（72MHz/72=1MHz，1μs计数）；
• 自动重装载值：1000-1（1ms中断）。

（3）I2C（AT24C02）

• I2C2：标准模式（100kHz），PB10（SDA）、PB11（SCL），开漏输出+4.7kΩ上拉。

（4）GPIO（按键与LCD）

• 按键：PC0-PC3，输入模式，上拉电阻；
• LCD：PB0（RS）、PB1（RW）、PB2（EN）、PB4-PB7（D4-D7），推挽输出。

五、软件设计

1. 核心模块实现

（1）霍尔传感器脉冲计数（外部中断）

// 全局变量
volatile uint32_t pulse_count = 0; // 脉冲总数（1脉冲=2m）
volatile float total_distance = 0.0f; // 总里程（km）

// 外部中断0回调函数（PA0，霍尔传感器）
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin) {
  if (GPIO_Pin == GPIO_PIN_0) {
    pulse_count++; // 每脉冲计数+1
    total_distance = (pulse_count * 2.0f) / 1000.0f; // 2m/脉冲 → km
  }
}

（2）定时器计时（低速检测与等候费）

// 全局变量
uint32_t timer_count = 0; // 1ms计数
uint32_t wait_time = 0; // 等候时间（秒）
uint8_t is_moving = 0; // 行驶状态（1=行驶，0=等候）

// TIM2中断回调函数（1ms）
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) {
  if (htim->Instance == TIM2) {
    timer_count++;
    if (timer_count % 1000 == 0) { // 1秒
      if (is_moving) {
        // 行驶中：检测速度（假设车速<12km/h为低速）
        float speed = (pulse_count * 2.0f) / (timer_count * 0.001f) * 3.6f; // km/h
        if (speed < 12.0f) {
          wait_time++; // 低速→等候时间+1秒
        }
      } else {
        wait_time++; // 停车等候→时间+1秒
      }
      timer_count = 0;
    }
  }
}

（3）计费算法（核心逻辑）

// 计费参数（存储在EEPROM）
typedef struct {
  float start_price; // 起步价（3km内，元）
  float per_km;      // 超起步里程单价（元/km）
  float per_minute;  // 等候费（元/分钟）
  float start_km;    // 起步里程（km）
} PriceParam;

PriceParam price = {10.0f, 2.0f, 0.5f, 3.0f}; // 默认参数
float total_fee = 0.0f; // 总费用

// 计算费用
void CalculateFee(void) {
  if (total_distance <= price.start_km) {
    total_fee = price.start_price; // 未超起步里程
  } else {
    // 超起步里程费用 + 等候费
    float extra_km = total_distance - price.start_km;
    total_fee = price.start_price + extra_km * price.per_km;
  }
  // 等候费（每分钟0.5元）
  total_fee += (wait_time / 60.0f) * price.per_minute;
}

（4）LCD1602显示驱动

// LCD写命令/数据
void LCD_WriteCmd(uint8_t cmd) {
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_RESET); // RS=0（命令）
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_RESET); // RW=0（写）
  GPIOB->ODR = (GPIOB->ODR & 0x0F) | (cmd & 0xF0); // 高4位
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_SET); // EN=1
  HAL_Delay(1);
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_RESET); // EN=0
  // 低4位
  GPIOB->ODR = (GPIOB->ODR & 0x0F) | ((cmd << 4) & 0xF0);
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_SET);
  HAL_Delay(1);
  HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_RESET);
}

// 显示里程和费用
void LCD_ShowData(void) {
  char buf[16];
  // 第一行：里程
  sprintf(buf, "Dist:%.2fkm", total_distance);
  LCD_WriteCmd(0x80); // 第一行首地址
  for (uint8_t i=0; i<16; i++) LCD_WriteData(buf[i]);
  // 第二行：费用
  sprintf(buf, "Fee:%.2f Yuan", total_fee);
  LCD_WriteCmd(0xC0); // 第二行首地址
  for (uint8_t i=0; i<16; i++) LCD_WriteData(buf[i]);
}

（5）按键处理（设置参数）

// 按键扫描（消抖）
uint8_t Key_Scan(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin) {
  if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOx, GPIO_Pin) == GPIO_PIN_RESET) {
    HAL_Delay(20); // 消抖
    if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOx, GPIO_Pin) == GPIO_PIN_RESET) {
      while (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOx, GPIO_Pin) == GPIO_PIN_RESET); // 等待释放
      return 1;
    }
  }
  return 0;
}

// 主循环按键处理
void Key_Process(void) {
  if (Key_Scan(GPIOC, GPIO_PIN_0)) { // 启动/停止
    is_moving = !is_moving;
  }
  if (Key_Scan(GPIOC, GPIO_PIN_1)) { // 设置
    // 进入参数设置模式（略，可切换显示参数并调整）
  }
  if (Key_Scan(GPIOC, GPIO_PIN_2)) { // 加
    price.start_price += 1.0f;
  }
  if (Key_Scan(GPIOC, GPIO_PIN_3)) { // 减
    price.start_price -= 1.0f;
  }
}

参考代码 基于STM32出租车计价器实验例程 www.youwenfan.com/contentcss/180355.html

六、实验步骤

1. 硬件连接

• 霍尔传感器OUT接PA0，VCC接5V，GND接GND；
• LCD1602按并行接口连接PB0-PB7；
• AT24C02的SDA/SCL接PB10/PB11，VCC接3.3V，GND接GND；
• 按键接PC0-PC3，另一端接地。

2. STM32CubeMX配置

• 按“四、STM32CubeMX配置”步骤配置时钟、中断、I2C、GPIO；
• 生成MDK-ARM工程（Keil5）。

3. 代码烧录与调试

• 编写各模块驱动（中断、定时器、LCD、按键）；
• 烧录程序，通过LCD观察里程和费用变化；
• 测试按键功能（启动/停止、设置参数）。

七、实验结果

• 里程显示：车轮转动时，LCD实时显示里程（如0.5km、1.0km）；
• 费用计算：3km内显示10元，超过3km后每公里+2元，等候时间每分钟+0.5元；
• 按键功能：按“启动/停止”键切换行驶状态，按“设置”键进入参数调整模式。

八、扩展功能

1. 语音播报：添加SYN6288语音模块，播报费用；
2. GPS定位：通过NEO-6M模块获取位置，显示在LCD；
3. 夜间模式：添加光敏电阻，夜间自动加收20%费用；
4. 数据存储：用AT24C02存储历史行程记录。

九、注意事项

1. 霍尔传感器安装：确保与车轮磁铁对齐，每转1圈输出1个脉冲；
2. LCD对比度调节：通过10kΩ电位器调节V0引脚电压；
3. 参数存储：修改参数后需写入AT24C02，避免掉电丢失；
4. 低功耗设计：停车时STM32进入停止模式，通过按键唤醒。

十、总结

本实验基于STM32实现了出租车计价器核心功能，涵盖传感器数据采集、定时器中断、LCD显示、按键交互和计费算法，通过模块化设计可快速扩展功能