防作弊出租車計價器的設計與研究＊

王 睿 ， 李 楊

（安徽三聯學院機械工程學院，安徽 合肥 230000）

從傳統的單純機械式到半電子式的計價器，再從集成電路到當下基于單片機出租車的計價器，出租車計價器的發展經歷了四個主要階段[1]。一直以來，由于計價器技術水平的不完善以及相關市場監督部門管理上存在的漏洞，給出租車計價器作弊行為提供了可乘之機。目前，最常用的出租車計價器作弊手段有利用傳感器作弊、輪胎尺寸作弊、更改內部計量參數、利用計價器時鐘作弊、加裝信號發生裝置等[2]。為了保護廣大消費者的正當權益以及出租車行業的穩定發展，有必要使出租車計價器具有防作弊功能。

1 出租車計價器工作原理

出租車計價器一般由三部分組成，分別是計價器主機、空車燈以及傳感器。計價工作原理是將車輪轉動信息利用傳感器轉化為一種電信號，并且電信號能被計價器主機識別。當計價器處于計價工作狀態時，空車燈將這一狀態的信息傳遞給計價器主機[3]。出租車的行駛里程能否被計量準確，主要取決于每單位行程中計價器所獲得的脈沖信號K是否與發動機輸出軸的轉數一致。出租車的行駛里程S與脈沖信號數N之間的關系見公式（1），式中K值與車輛的齒輪數n和輪胎直徑D有關，見公式（2），從該公式可看出，若出租車齒輪數和輪胎直徑配置不同，K值就不同。

通過以上兩個公式可知，若人為降低K值或者增大N值，都可以增加車輛行駛里程數，從而實現計價器作弊。

2 出租車計價器作弊方法

2.1 利用輪胎尺寸作弊

出租車每兩次年檢之間會間隔一定的時間，所以不少司機會在兩次年檢跨度時間內對出租車系統進行改造。因為輪胎直徑不同，在路程不變的前提下輪胎轉動的圈數就不同[4]。不少司機利用這一點為車輛更換小尺寸輪胎，那么在同樣的行程下輪胎轉動的圈數就會增加，即發動機輸出軸轉動圈數也會增加，意味著傳感器接收到的脈動信號N增大，由公式（1）可知，出租車計價器顯示的行駛公里數增加。

2.2 更改內部計量參數

由公式（1）可看出，K值的大小也會影響行駛里程數。K值是在設計計價器時，根據出租車的齒輪數及輪胎直徑配置情況，直接設定的一個值[5]，不同配置的出租車，其計價器中的K值就不同。而有些不法出租車司機認為調小K值，根據公式（1），即使脈沖數N值不變，也會造成行駛里程數S增加，從而實現作弊行為。

2.3 利用傳感器作弊

出租車計價器的工作原理是利用傳感器將其獲得的車輪轉動轉化為電信號再輸入給計價器主機，因此傳感器的信號采集是關鍵。通過調整傳感器也可以改變車輛的行駛里程。傳感器中磁鐵數量普遍設置為2個，傳感器獲得的脈沖數量與磁鐵數量成正比關系，要想使脈沖數量增加，通過增加磁鐵數量就可以實現[6]。計價器的傳感器一般是裝在車輛的變速箱輸出軸上，人為減小轉軸的齒數，那么在同樣的行駛里程下，車輪的轉動圈數會增加，導致計價器計量的行駛里程數多于實際里程數。

2.4 利用計價器時鐘作弊

出租車運行時間段不同，計價標準就不同。一般而言，晚上的收費標準高于白天，計價器一般是根據其內部設置的時鐘來判斷計價價格。因此，有的司機就利用這一點對計價器作弊，通過調整計價器的時鐘，把白天運行的里程全部按照晚上的計價標準來計費。

2.5 加裝信號發生裝置

由公式（1）可知，K值不變的情況下，通過調整N值也可以改變行駛里程數S。通過技術手段在出租車計價器中本身脈沖數基礎上再增加部分脈沖數，使計價器中脈沖個數N增加，也會實現出租車運行里程數S增加。

在以上五種作弊手段中，由于更改輪胎和更改計價器時鐘更容易被發現，更改設定K值又過于復雜，所以目前最常用的還是更改脈沖信號N，也稱人為外加脈沖信號[7]。

3 防作弊出租車計價器設計

3.1 硬件部分設計

本文所設計的防作弊出租車計價器硬件部分中單片機選擇的是AT89C52系列[8]。該型號單片機可應用于控制較為復雜的系統，標準參數如下：8 000字節閃速存儲器，246字節隨機存取存儲器，32個I/O線口，引腳共44個，在這些引腳中，最主要的引腳是P0、P1、P2，這三個輸入輸出口的功能如下：

1）P0口：它是地址和數據總線的復用口，即八位雙開型輸入輸出口。

2）P1口：P1口是帶內部上拉電阻的八位雙開型輸入輸出口，其輸出緩沖級可驅動四個TTL邏輯門電路。當對端口寫1時，其可作為輸入端。

3）P2口：是一個8位雙開型輸入輸出口，帶有上拉電阻。當對P2口寫1時，可作為輸入口，并且可通過上拉電阻把端口拉到高電平，而被拉低的引腳會輸出一個電流。

該單片機中有一個高增益反向放大器，可與反饋元件通過用于單片機時鐘周期的兩個引腳（XTAL1和XTAL2）共同構成自激振蕩器，其中XTAL1引腳是作為單片機時鐘周期的輸入端，XTAL2作為輸出端。自激振蕩器的電路見圖1所示。

圖1 自激振蕩器電路圖

單片機的外圍電路需要用到運算放大器，本文所使用的運算放大器型號為LM324的集成放大器。其具有差動輸入集、短路保護輸出，允許的單電源電壓范圍是3V～32V，低偏置電流最大可達100mA，引腳排列具有標準的行列標準，具有內部自動補償功能，并且輸入端具備靜電保護功能等。

在該集成運算放大器中每組運算放大器示意圖見圖2所示。引出腳數量為5個，其中“Vi+”“Vi-”代表信號輸入端口，“Vi+”為同相輸入端口，“Vi-”為反向輸入端口，“V+”代表正電源端口、“V-”代表負電源端口，“Vo”代表輸出端口。圖3所示LM324的引腳排列。

3.2 軟件部分設計

本文軟件系統可實現將出租車計價作弊信號利用無線傳輸模塊傳遞到中繼系統，傳輸方式采用的是格式傳輸。數據格式主要由四部分構成，分別是功能碼、地址碼、同步頭以及數據信息構成。本文軟件系統中的數據格式包括同步頭、地址碼以及功能碼，見圖4所示。

圖2 運算放大器示意圖

圖3 LM324的引腳排列

圖4 計價器系統信息傳輸格式

為了降低系統功耗，當系統不接收數據時計價器將自動進入省電模式，當要發放數據時，需先喚醒省電模式，并將其轉化為正常工作模式，所以需要在同步頭中加上一定的高電平。在始端設置了一個5ms低電平同步頭，是為了給上位機留出接收數據的時間，以使整個接收電路始終處于穩定的工作狀態。

本設計系統可實現當檢測到作弊行為后，計價器主動向中繼系統發出作弊信息。為了判斷具體哪一輛出租車有作弊行為，需事先對一片區域內的每輛出租車各進行編碼，為此在數據中設置了一個地址碼。

4 結語

隨著科技不斷進步，目前計價器作弊手段各種各樣難以分辨，本文對計價器的硬件及軟件部分進行改進，使計價器具有一定的防作弊功能。