如何使用Arduino制作數(shù)字出租車(chē)計(jì)費(fèi)器

今天，無(wú)論是電表還是出租車(chē)計(jì)費(fèi)表，數(shù)字儀表都在取代各個(gè)領(lǐng)域的模擬儀表。主要原因是模擬儀表的機(jī)械部件在長(zhǎng)時(shí)間使用時(shí)容易磨損，并且不如數(shù)字儀表準(zhǔn)確。

一個(gè)很好的例子是模擬車(chē)速表和里程表，用于舊摩托車(chē)測(cè)量速度和行駛距離。它們具有稱(chēng)為小齒輪和齒條裝置的特殊部件，其中當(dāng)車(chē)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，電纜用于旋轉(zhuǎn)速度計(jì)的銷(xiāo)釘。長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)磨損，也需要更換和維護(hù)。

在數(shù)字儀表中，不是使用機(jī)械部件，而是使用一些傳感器，如光斷續(xù)器或霍爾傳感器來(lái)計(jì)算速度和距離。這比模擬儀表更準(zhǔn)確，并且不需要長(zhǎng)時(shí)間維護(hù)。

今天，在本教程中，我們將使用 Arduino 制作數(shù)字出租車(chē)計(jì)費(fèi)器的原型。該項(xiàng)目計(jì)算出租車(chē)車(chē)輪行駛的速度和距離，并在16x2 LCD 顯示屏上連續(xù)顯示。當(dāng)我們按下按鈕時(shí)，它會(huì)根據(jù)行駛的距離生成票價(jià)金額。

下圖顯示了數(shù)字出租車(chē)計(jì)程表項(xiàng)目的完整設(shè)置

這個(gè)原型有一個(gè) RC 汽車(chē)底盤(pán)，帶有一個(gè)速度傳感器模塊和一個(gè)連接到電機(jī)的編碼器輪。一旦測(cè)量了速度，我們可以通過(guò)按下按鈕測(cè)量行駛的距離并找到票價(jià)金額。我們可以使用電位器設(shè)置車(chē)輪的速度。要了解有關(guān)在 Arduino 中使用 LM-393 速度傳感器模塊的更多信息，請(qǐng)點(diǎn)擊鏈接。讓我們看一下速度傳感器模塊的簡(jiǎn)短介紹。

紅外開(kāi)槽光學(xué) LM-393 速度傳感器模塊

這是一種槽型模塊，可用于測(cè)量編碼器輪的旋轉(zhuǎn)速度。該速度傳感器模塊基于插槽式光斷續(xù)器工作，也稱(chēng)為光源傳感器。該模塊需要 3.3V 至 5V 的電壓并產(chǎn)生數(shù)字輸出。因此它可以與任何微控制器接口。

紅外光 傳感器 由光源（IR-LED）和光電晶體管傳感器組成。兩者之間都有一個(gè)小間隙。當(dāng)物體放置在 IR LED 和光電晶體管的間隙之間時(shí)，它將中斷光束，導(dǎo)致光電晶體管停止通過(guò)電流。

因此，對(duì)于這個(gè)傳感器，使用可以連接到電機(jī)的開(kāi)槽盤(pán)（編碼器輪），當(dāng)輪隨電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，它會(huì)中斷 IR LED 和光電晶體管之間的光束，從而使輸出打開(kāi)和關(guān)閉（產(chǎn)生脈沖）。

因此，當(dāng)源和傳感器之間存在中斷時(shí)（當(dāng)任何物體放置在兩者之間時(shí)）它會(huì)產(chǎn)生高電平輸出，而當(dāng)沒(méi)有放置物體時(shí)會(huì)產(chǎn)生低電平輸出。在模塊中，我們有一個(gè) LED 來(lái)指示引起的光中斷。

該模塊帶有LM393 比較器 IC，用于在輸出端產(chǎn)生準(zhǔn)確的 HIGH 和 LOW 信號(hào)。因此這個(gè)模塊有時(shí)被稱(chēng)為L(zhǎng)M393 速度傳感器。

測(cè)量行駛速度和距離以計(jì)算票價(jià)

要測(cè)量旋轉(zhuǎn)速度，我們需要知道編碼器輪中存在的槽數(shù)。我有一個(gè)編碼輪，里面有 20 個(gè)插槽。當(dāng)它們旋轉(zhuǎn)一整圈時(shí)，我們?cè)谳敵龆擞?20 個(gè)脈沖。因此，要計(jì)算速度，我們需要每秒產(chǎn)生的脈沖數(shù)。

例如

如果一秒內(nèi)有 40 個(gè)脈沖，那么

速度 = Noo。脈沖數(shù)/槽數(shù) = 40/20 = 2RPS（每秒轉(zhuǎn)數(shù)）

為了以 RPM（每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)）計(jì)算速度，請(qǐng)乘以 60。

以 RPM 為單位的速度 = 2 X 60 = 120 RPM（每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)）

測(cè)量距離

測(cè)量車(chē)輪行駛的距離非常簡(jiǎn)單。在計(jì)算距離之前，應(yīng)該知道車(chē)輪的周長(zhǎng)。

車(chē)輪周長(zhǎng) = π* d

其中 d 是車(chē)輪的直徑。

π 的值為 3.14。

我有一個(gè)直徑為 6.60 厘米的輪子（RC 車(chē)輪），所以周長(zhǎng)是（20.7 厘米）。

因此，要計(jì)算行進(jìn)的距離，只需將檢測(cè)到的脈沖數(shù)乘以周長(zhǎng)即可。

行駛距離 = 車(chē)輪周長(zhǎng) x（脈沖數(shù) / 槽數(shù)）

因此，當(dāng)一個(gè)周長(zhǎng)為 20.7 厘米的輪子需要 20 個(gè)脈沖，即編碼器輪轉(zhuǎn)一圈時(shí)，輪子行進(jìn)的距離由下式計(jì)算

行駛距離 = 20.7 x （20/20） = 20.7cm

為了計(jì)算以米為單位的距離，將以厘米為單位的距離除以 100。

注意：這是一個(gè)小型 RC 汽車(chē)車(chē)輪，實(shí)時(shí)汽車(chē)的車(chē)輪比這個(gè)大。所以我假設(shè)本教程中車(chē)輪的周長(zhǎng)為 230 厘米。

根據(jù)行駛距離計(jì)算票價(jià)

要獲得總票價(jià)金額，請(qǐng)將行駛距離乘以票價(jià)（金額/米）。

注意：在本教程中，我假設(shè)每米收費(fèi) 5 盧比。

因此，如果車(chē)輪行駛 20m，則票價(jià)將為 20*5=100 盧比。

所以現(xiàn)在讓我們獲取組件并構(gòu)建電路。

所需組件

Arduino UNO

液晶顯示器 （16x2）

按鈕

電位器 -10k

ULN2003電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC

LM393 速度傳感器模塊 （FC-03）

帶速度編碼器的 RC 智能汽車(chē)底盤(pán)

電池 9V

面包板

連接電線(xiàn)

電路原理圖

使用 Arduino 的數(shù)字出租車(chē)計(jì)費(fèi)器項(xiàng)目的電路圖 如下所示：

用遙控車(chē)底盤(pán)安裝速度傳感器

速度傳感器安裝在傳感器間隙之間的編碼器輪。在我的機(jī)箱中，我有一個(gè)用于放置傳感器的特殊孔。見(jiàn)下圖

速度傳感器模塊和 Arduino 之間的連接

Arduino 和 16x2 LCD 之間的連接

Arduino 與 ULN2003 之間的連接

ULN2003、直流電機(jī)和9v電池之間的連接

我使用了 9V 電池和 ULN2003 IC 為電機(jī)外部供電。

按鈕和電位器連接

帶有下拉電阻的按鈕連接到 Arduino 的引腳 3，用于在按下時(shí)生成票價(jià)金額。

電位器用于向 Arduino 的引腳 A0 提供模擬輸入電壓，以改變電機(jī)輪的速度。

為數(shù)字出租車(chē)計(jì)價(jià)器編程 Arduino

本教程末尾提供了帶有演示視頻的完整代碼。在這里，我們了解了代碼的幾個(gè)重要部分。

在進(jìn)入代碼之前，我們需要了解代碼中使用的中斷和定時(shí)器 One 庫(kù)。

此處使用中斷是因?yàn)槲覀冃枰粩鄼z查在速度傳感器模塊處檢測(cè)到的輸出作為高優(yōu)先級(jí)。所以代碼中使用了ISR。ISR 是中斷服務(wù)程序，當(dāng)中斷引腳 2 和 3 發(fā)生中斷時(shí)調(diào)用。

Arduino UNO 有兩個(gè)中斷引腳 2 和 3。

在引腳 2 處，連接速度傳感器 D0 的輸出。

在引腳 3 處，連接了一個(gè)帶有下拉電阻的按鈕。

此代碼中使用TimerOne 庫(kù)來(lái)檢查一秒鐘內(nèi)檢測(cè)到多少次旋轉(zhuǎn)（多少個(gè)脈沖），據(jù)此我們可以計(jì)算每秒的速度并將其顯示在輸出中。此 ISR 函數(shù)每秒執(zhí)行一次

那么讓我們?cè)敿?xì)看看我們的代碼：

1. 首先，包含程序中要使用的函數(shù)的庫(kù)。

#include "TimerOne.h" 
#include 

2. 接下來(lái)聲明全局變量，因?yàn)樗鼈儗⒃谡麄€(gè)程序中使用。

揮發(fā)性無(wú)符號(hào)整數(shù)計(jì)數(shù)器=0；
揮發(fā)性無(wú)符號(hào)整數(shù)旋轉(zhuǎn)=0；         
浮動(dòng)旋轉(zhuǎn)inm = 0；
無(wú)符號(hào)整數(shù)速度=0；

3. 接下來(lái)定義并初始化連接到 Arduino 的 LCD 引腳。

const int rs = 12, en = 13, d4 = 8, d5 = 9, d6 = 10, d7 = 11; 
LiquidCrystal lcd(rs, en, d4, d5, d6, d7);

4. 接下來(lái)在void setup()

定義引腳模式，此處引腳 A0 用于從電位器獲取模擬輸入，引腳 5 用于寫(xiě)入連接到 ULN2003 IC 的 IN1 引腳的模擬輸出。

pinMode（A0，輸入）；                
pinMode（5，輸出）；

接下來(lái)顯示一些歡迎信息并清除它們。

  lcd.開(kāi)始（16,2）；//設(shè)置 LCD 為 16x2 類(lèi)型
  lcd.setCursor(0,0);               
  lcd.print("電路文摘"); 
  lcd.setCursor(0,1); 
  lcd.print("歡迎來(lái)到出租車(chē)"); 
  延遲（3000）；
  lcd.clear(); 
  lcd.print("開(kāi)始吧:)"); 
  延遲（1000）；
  lcd.clear();

下一個(gè)重要部分是設(shè)置中斷引腳和中斷發(fā)生時(shí)要調(diào)用的 ISR

首先，我們需要將 timer1 設(shè)置為 1 秒，然后為 timer1 附加一個(gè) ISR，以便每秒調(diào)用一次此 ISR。ISR 名稱(chēng)是timerIsr

Timer1.initialize(1000000);         
Timer1.attachInterrupt(timerIsr);

接下來(lái)附加兩個(gè)外部中斷。第一個(gè)中斷使 Arduino 引腳 2 作為中斷引腳，并在引腳 2 檢測(cè)到 RISING（LOW TO HIGH）時(shí)調(diào)用 ISR（計(jì)數(shù)）。此引腳 2 連接到速度傳感器模塊的 D0 輸出。

第二個(gè)使 Arduino 引腳 3 作為中斷引腳，并在引腳 3 檢測(cè)到高電平時(shí)調(diào)用 ISR（generatefare）。該引腳通過(guò)下拉電阻連接到按鈕。

attachInterrupt（digitalPinToInterrupt（2），計(jì)數(shù)，上升）；
attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(3), generatefare , HIGH);

5.接下來(lái)看看我們這里使用的ISR：

ISR1-count()當(dāng)引腳 2（連接到速度傳感器）發(fā)生上升（從低到高）時(shí)調(diào)用 ISR。

void count() // 速度傳感器計(jì)數(shù)的 ISR 
{ 
  counter++; // 將計(jì)數(shù)器值增加
  一圈++；//將旋轉(zhuǎn)值增加一個(gè)
  delay(10); 
}

ISR2- timerIsr()每隔一秒調(diào)用一次 ISR 并執(zhí)行 ISR 中存在的那些行。

無(wú)效 timerIsr() 
{ 
detachInterrupt(digitalPinToInterrupt(2)); 
Timer1.detachInterrupt(); 
lcd.clear();

浮動(dòng)速度=（計(jì)數(shù)器/20.0）* 60.0；
浮動(dòng)旋轉(zhuǎn)= 230 *（旋轉(zhuǎn)/ 20）；
rotationinm = 轉(zhuǎn)數(shù)/100；

lcd.setCursor(0,0); 
lcd.print("距離(m):"); 
lcd.print（旋轉(zhuǎn)）；
lcd.setCursor(0,1); 
lcd.print("速度(RPM):"); 
lcd.print（速度）；
  計(jì)數(shù)器=0；

  int 類(lèi)比 = 類(lèi)比讀?。ˋ0）；
  int motorspeed = map(analogip,0,1023,0,255); 
  模擬寫(xiě)入（5，電機(jī)速度）；

Timer1.attachInterrupt(timerIsr); 
attachInterrupt（digitalPinToInterrupt（2），計(jì)數(shù)，上升）；
}

這個(gè)函數(shù)包含實(shí)際上首先分離 Timer1 和 Interrupt pin2 的行，因?yàn)槲覀冊(cè)?ISR 中有 LCD 打印語(yǔ)句。

為了以 RPM 計(jì)算SPEED，我們使用以下代碼，其中 20.0 是編碼器輪中預(yù)設(shè)的插槽數(shù)。

浮動(dòng)速度=（計(jì)數(shù)器/20.0）* 60.0；

并使用以下代碼計(jì)算距離：

浮動(dòng)旋轉(zhuǎn)= 230 *（旋轉(zhuǎn)/ 20）；

這里假設(shè)車(chē)輪周長(zhǎng)為 230 厘米（因?yàn)檫@對(duì)于實(shí)時(shí)汽車(chē)來(lái)說(shuō)是正常的）

接下來(lái)通過(guò)將距離除以 100 來(lái)轉(zhuǎn)換以 m 為單位的距離

 rotationinm = 轉(zhuǎn)數(shù)/100；

之后我們?cè)谝壕э@示屏上顯示速度和距離

 lcd.setCursor(0,0); 
lcd.print("距離(m):"); 
lcd.print（旋轉(zhuǎn)）；
lcd.setCursor(0,1); 
lcd.print("速度(RPM):"); 
lcd.print（速度）；

重要提示：我們必須將計(jì)數(shù)器重置為 0，因?yàn)槲覀冃枰@取每秒檢測(cè)到的加號(hào)數(shù)，因此我們使用此行

計(jì)數(shù)器=0；

接下來(lái)讀取模擬引腳 A0 并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字值（0 到 1023）并進(jìn)一步將這些值映射到 0-255 用于 PWM 輸出（電機(jī)的設(shè)置速度），最后使用連接到 ULN2003 的模擬寫(xiě)入函數(shù)寫(xiě)入這些 PWM 值電機(jī)集成電路。

int 類(lèi)比 = 類(lèi)比讀取（A0）；
int motorspeed = map(analogip,0,1023,0,255); 
模擬寫(xiě)入（5，電機(jī)速度）；

ISR3：generatefare()ISR 用于根據(jù)行駛距離生成票價(jià)金額。當(dāng)檢測(cè)到中斷引腳 3 為高電平（按下按鈕時(shí)）時(shí)調(diào)用此 ISR。該函數(shù)分離引腳 2 的中斷和定時(shí)器中斷，然后清除 LCD。

無(wú)效generatefare ()                           
{ 
   detachInterrupt(digitalPinToInterrupt(2)); 引腳 2 
   Timer1.detachInterrupt();                 
   lcd.clear();                              
   lcd.setCursor(0,0); 
   lcd.print("票價(jià)盧比：");      
   浮動(dòng)盧比=rotationinm * 5；            
   lcd.print（盧比）；                       
   lcd.setCursor(0,1); 
   lcd.print("每米 5 盧比"); 
   }

之后，行駛距離乘以 5（我使用 5 表示 5 盧比/米的費(fèi)率）。您可以根據(jù)自己的意愿進(jìn)行更改。

浮動(dòng)盧比=rotationinm * 5；

計(jì)算金額值后，將其顯示在連接到 Arduino 的 LCD 顯示器上。

   lcd.setCursor(0,0); 
   lcd.print("票價(jià)盧比：");      
   lcd.print（盧比）；                       
   lcd.setCursor(0,1); 
   lcd.print("每米 5 盧比");

完整代碼

#include "TimerOne.h" //包含使用Timer1函數(shù)的Timer1庫(kù)

#include //包含使用LCD顯示函數(shù)的LCD庫(kù)


const int rs = 12, en = 13, d4 = 8, d5 = 9, d6 = 10, d7 = 11; //定義 LCD 引腳

LiquidCrystal lcd(rs, en, d4, d5, d6, d7);


揮發(fā)性無(wú)符號(hào)整數(shù)計(jì)數(shù)器=0；

揮發(fā)性無(wú)符號(hào)整數(shù)旋轉(zhuǎn)=0；

浮動(dòng)旋轉(zhuǎn)inm = 0；

無(wú)符號(hào)整數(shù)速度=0；


void count() // 速度傳感器計(jì)數(shù)的 ISR

{

counter++; //將計(jì)數(shù)器值增加

一圈++；//將旋轉(zhuǎn)值增加一個(gè)

delay(10);

}


無(wú)效 timerIsr()

{

detachInterrupt(digitalPinToInterrupt(2)); //停止中斷引腳2

Timer1.detachInterrupt(); //停止timer1中斷


lcd.clear();



浮動(dòng)速度=（計(jì)數(shù)器/20.0）* 60.0；//以分鐘為單位計(jì)算速度（20-編碼器輪中的槽數(shù)）

浮點(diǎn)旋轉(zhuǎn) = 230*（旋轉(zhuǎn) / 20）；//以厘米為單位計(jì)算距離（230-車(chē)輪周長(zhǎng)假設(shè)為 20-槽數(shù)）

rotationinm = rotations/100;


lcd.setCursor(0,0);

lcd.print("距離(m):");

lcd.print（旋轉(zhuǎn)）；//在LCD顯示rotationinm

lcd.setCursor(0,1);

lcd.print("速度(RPM):");

lcd.print（速度）；//在 RPM



計(jì)數(shù)器中顯示速度=0；//重置計(jì)數(shù)器為0


int 類(lèi)比 = 類(lèi)比讀?。ˋ0）；// 從引腳 A0 讀取模擬

量 int motorspeed = map(analogip,0,1023,0,255); //將數(shù)字值 0-1023 轉(zhuǎn)換為 0-255 模擬寫(xiě)入

（5，電機(jī)速度）；//設(shè)置引腳 5 的 PWM 值



Timer1.attachInterrupt( timerIsr ); //再次啟動(dòng)timer1

attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(2), count, RISING); //再次在pin2處附加中斷

}


void generatefare() //ISR 生成票價(jià)

{

detachInterrupt(digitalPinToInterrupt(2)); //在 2 處禁用中斷引腳

Timer1.detachInterrupt(); //禁用Timer1中斷

float rupees = rotationinm*5; //行駛距離乘以 5（每米 5 盧比）

lcd.clear(); //清除 LCD

lcd.setCursor(0,0);

lcd.print("票價(jià)盧比：");

lcd.print（盧比）；//顯示票價(jià)金額

lcd.setCursor(0,1);

lcd.print("每米 5 盧比");

}


無(wú)效設(shè)置（）

{

pinMode（A0，INPUT）；//將引腳A0設(shè)置為INPUT

pinMode(5,OUTPUT); //將引腳 5 設(shè)置為 OUTPUT



lcd.begin(16,2); //設(shè)置 LCD 為 16x2 類(lèi)型

lcd.setCursor(0,0); //以下代碼顯示歡迎信息

lcd.print("CIRCUIT DIGEST");

lcd.setCursor(0,1);

lcd.print("歡迎來(lái)到出租車(chē)");

延遲（3000）；

lcd.clear();

lcd.print("開(kāi)始吧:)");

延遲（1000）；

lcd.clear();


Timer1.initialize(1000000); //初始化 timer1 1 秒

Timer1.attachInterrupt( timerIsr ); //每隔一秒調(diào)用一次 ISR 例程



attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(2), count, RISING); // 引腳 2 作為中斷引腳，計(jì)數(shù) ISR 在發(fā)生從低到右時(shí)被調(diào)用。

attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(3), generatefare, HIGH); //當(dāng)檢測(cè)到高電平時(shí)，引腳 3 作為帶有 generatefare ISR 的中斷引腳被調(diào)用。

}


無(wú)效循環(huán)（）

{





}