課程設(shè)計(jì)報(bào)告基于LabVIEW的交通燈設(shè)計(jì)

1、虛 擬 儀 器 技 術(shù)課 程 設(shè) 計(jì) 課 題： 虛擬交通燈系統(tǒng)設(shè)計(jì) 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 目 錄1課程設(shè)計(jì)的目的及任務(wù)（1）1.1課程設(shè)計(jì)的目的（1）1.2課程設(shè)計(jì)的任務(wù)（1）1.3課程設(shè)計(jì)的要求及技術(shù)指標(biāo)（1）2總方案的確定并畫出原理框圖（2）3各基本單元原理及設(shè)計(jì)（3）3.1前面板的設(shè)計(jì)（3）3.2定時(shí)信號(hào)的產(chǎn)生（4）3.3時(shí)間信號(hào)的分段（4）3.4各族時(shí)間信號(hào)的動(dòng)作（5）3.5循環(huán)的設(shè)計(jì)（8）4各個(gè)工作階段截圖（10）5電路接線與安裝（12）5.1電路安裝調(diào)試步驟（12）5.2實(shí)驗(yàn)電路圖（12）6體會(huì)(14)附錄1：課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)（15）1 課程設(shè)計(jì)的目的及任務(wù)1.1

2、 課程設(shè)計(jì)目的（1）掌握l(shuí)abview軟件編程方法；（2）培養(yǎng)綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)來(lái)指導(dǎo)實(shí)踐的能力。1.2 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)許多大城市如北京、上海、南京等隨著城市機(jī)動(dòng)車量的不斷增加出現(xiàn)了交通超負(fù)荷運(yùn)行的情況，自80年代后期，這些城市紛紛修建城市高速道路，在高速道路建設(shè)完成的初期，它們也曾有效地改善了交通狀況。然而，隨著交通量的快速增長(zhǎng)和缺乏對(duì)高速道路的系統(tǒng)研究和控制，高速道路沒(méi)有充分發(fā)揮出預(yù)期的作用。而城市高速道路在構(gòu)造上的特點(diǎn)，也決定了城市高速道路的交通狀況必然受高速道路與普通道路耦合處交通狀況的制約。因此，開(kāi)發(fā)一套能夠社會(huì)服務(wù)的交通燈控制器將是非常必要和及時(shí)的。1.3 課程設(shè)計(jì)的要求及技術(shù)指標(biāo)（

3、1）能夠?qū)F(xiàn)實(shí)生活中的交通燈出現(xiàn)順序在電腦上面顯示；（2）還要有時(shí)間顯示和人行橫道；（3）具有友好的人機(jī)界面。2 總方案的確定并畫出原理框圖本次我們是通過(guò)采用基于虛擬儀器的交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),自動(dòng)控制十字路口四組紅、綠交通燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換的方法,指揮各種車輛和行人安全通行,實(shí)現(xiàn)十字路口交通管理的自動(dòng)化。綠燈亮?xí)r，準(zhǔn)許車輛通行，行人通行。紅燈亮?xí)r，禁止車輛通行，為交通安全提供保障。同時(shí)還提供人行橫道的指示和時(shí)間顯示。使這個(gè)虛擬的交通燈程序更好用。我采用的控制邏輯順序如下（因?yàn)橄鄬?duì)的兩個(gè)方向順序一樣所以只列出了北方和東方的邏輯順序）：（1） 北右燈和東左為綠燈，所有人行道為紅燈（30秒）；（2） 北

4、直燈和東右為綠燈，南北的人行橫道為綠燈（30秒）；（3） 北左燈和東直為綠燈，東西的人行橫道為綠燈（30秒）；原理框圖如下：圖2.1 交通燈邏輯圖3 各基本單元原理及設(shè)計(jì)3.1 前面板的設(shè)計(jì)前面板是vi的用戶界面。創(chuàng)建vi時(shí)，通常應(yīng)先設(shè)計(jì)前面板，然后在前面板上創(chuàng)建輸入/輸出任務(wù)。本課程設(shè)計(jì)中前面板比較簡(jiǎn)單，需要用20盞燈、12個(gè)時(shí)間顯示器、一個(gè)停止按鍵即可。其中的20盞燈，在控件選板中選擇指示燈，將它放在前面板合適的位置，單擊鼠標(biāo)右鍵，更改指示燈的屬性，改變指示燈的大小，做出一個(gè)合適的指示燈，再用框?qū)⒚拷M燈框起來(lái)，做成一個(gè)交通燈。在每組交通燈合適的位置放置一個(gè)數(shù)值顯示控件作為交通燈的計(jì)時(shí)器。在

5、前面板合適的位置放置一個(gè)開(kāi)關(guān)按鈕，控制循環(huán)的停止。這樣交通燈系統(tǒng)的前面板就做好了。圖3.1 交通燈前面板3.2定時(shí)信號(hào)的產(chǎn)生毫秒計(jì)時(shí)器在labview中的一個(gè)計(jì)時(shí)單元，它的圖標(biāo)與用途如圖3-2所示。在函數(shù)選板的【編程】【定時(shí)】子選板中選擇時(shí)間計(jì)數(shù)器選定該單元。毫秒計(jì)數(shù)器對(duì)時(shí)間信號(hào)計(jì)數(shù),要產(chǎn)生一個(gè)一秒為單位的時(shí)間信號(hào),所以還得用毫秒計(jì)數(shù)值除以1000，取商得到以秒為單位的時(shí)間信號(hào)。圖3.2時(shí)間計(jì)數(shù)器圖3.3 時(shí)間計(jì)數(shù)器連線圖3.3時(shí)間信號(hào)的分段將得到的時(shí)間信號(hào)除以每個(gè)循環(huán)所用的時(shí)間90s，取余數(shù)。得到的余數(shù)x的范圍為0=x90,當(dāng)0=x30時(shí)，條件滿足，執(zhí)行第一個(gè)條件結(jié)構(gòu)里面的程序，北右和東左燈

6、點(diǎn)綠，且所有的人行橫道的燈為紅燈。當(dāng)30=x60時(shí)，條件滿足，執(zhí)行第二個(gè)條件結(jié)構(gòu)里的程序，北直和東右燈點(diǎn)綠，且南北的人行橫道為綠燈。當(dāng)60=x90時(shí)，條件滿足，北左和東直燈點(diǎn)綠，且東西的人行橫道為綠燈。圖3.4 時(shí)間分段程序這里用到了判定范圍并強(qiáng)制轉(zhuǎn)換控件，應(yīng)用這個(gè)控件可以判定輸入的數(shù)是否在上限和下限之間。它的圖標(biāo)和作用如圖3-5所示。如果輸出信號(hào)在范圍之內(nèi)，“？”接口將產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)，此信號(hào)恰可以輸入到條件結(jié)構(gòu)作為分支選擇器信號(hào)。圖3.5 判定范圍并強(qiáng)制轉(zhuǎn)換控件3.4各組時(shí)間信號(hào)的動(dòng)作條件結(jié)構(gòu)是labview最基本的結(jié)構(gòu)之一，條件結(jié)構(gòu)類似于文本編程語(yǔ)言中的switch語(yǔ)句或者ifthenels

7、e語(yǔ)句。條件結(jié)構(gòu)可以從【結(jié)構(gòu)】子選板中創(chuàng)建，它的圖標(biāo)及功能如圖3-6所示。 圖3.6 條件結(jié)構(gòu)在條件結(jié)構(gòu)中，選擇端口相當(dāng)于switch語(yǔ)句中的“表達(dá)式”，框圖表示符相當(dāng)于“表達(dá)式n”。編程時(shí)，將外部控制條件連接至選擇端口上，程序運(yùn)行時(shí)選擇端口會(huì)判斷送來(lái)的控制條件，引導(dǎo)選擇結(jié)構(gòu)執(zhí)行相應(yīng)框架中的內(nèi)容。在本程序中的控制條件為從判定范圍并強(qiáng)制轉(zhuǎn)換“？”端口輸出地判斷值。當(dāng)各組條件滿足時(shí)，將執(zhí)行各條件結(jié)構(gòu)里的程序。每個(gè)條件結(jié)構(gòu)里的程序基本相同。用需要點(diǎn)亮的燈與布爾真常量連接，不需要點(diǎn)亮的與布爾假常量連接，而時(shí)間顯示器則用一定的值減去輸入的時(shí)間量，以實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)的功能，各結(jié)構(gòu)里的程序略有不同，具體程序如圖3

8、.7到圖3.10所示。第一階段：余數(shù)在0至30秒之間，此時(shí)北右和東左兩個(gè)燈點(diǎn)綠，各個(gè)人行橫道均為紅燈。 圖3.7 條件結(jié)構(gòu)1第二階段：北直燈和東右為綠燈，南北的人行橫道為綠燈（30秒）。 圖3.8 條件結(jié)構(gòu)2 第三階段：北左燈和東直為綠燈，東西的人行橫道為綠燈（30秒） 圖3.9 條件結(jié)構(gòu)33.5循環(huán)的設(shè)計(jì)labview中的循環(huán)結(jié)構(gòu)主要通過(guò)while和for循環(huán)實(shí)現(xiàn)。這兩種循環(huán)的功能基本相同，但使用上有一些差別。for循環(huán)必須確定循環(huán)次數(shù)，循環(huán)一定次數(shù)后自動(dòng)退出循環(huán)；而while循環(huán)不用確定循環(huán)次數(shù)，只需要指定退出循環(huán)的條件。本次課程設(shè)計(jì)中循環(huán)的次數(shù)不能確定，所以就用到了while循環(huán)。lab

9、view中的while循環(huán)相當(dāng)于c語(yǔ)言中的while循環(huán)和dowhile循環(huán)。while循環(huán)可以從程序框圖中的【結(jié)構(gòu)】子選板中創(chuàng)建，while循環(huán)包括兩個(gè)端口：條件端口和重復(fù)端口。它的功能、圖標(biāo)及說(shuō)明如圖所示。在此課程設(shè)計(jì)中，用按鍵連接條件端口，當(dāng)按鍵按下時(shí)，循環(huán)停止。圖3.10 while循環(huán)4 各個(gè)工作階段截圖這次所設(shè)計(jì)的十字路口交通燈有四種運(yùn)行狀態(tài)：狀態(tài)1、狀態(tài)2、狀態(tài)3、狀態(tài)4。各種狀態(tài)的效果在下文中將會(huì)講到。運(yùn)行狀態(tài)一：北右燈和東左為綠燈，所有人行道為紅燈（30秒）；圖4.1 運(yùn)行狀態(tài)一運(yùn)行狀態(tài)二：北直燈和東右為綠燈，南北的人行橫道為綠燈（30秒）；圖4.2 運(yùn)行狀態(tài)二運(yùn)行狀態(tài)三：北

10、左燈和東直為綠燈，東西的人行橫道為綠燈（30秒）；圖4.3 運(yùn)行狀態(tài)三5 電路接線與安裝5.1電路安裝調(diào)試步驟（1）根據(jù)原理框圖設(shè)計(jì)程序；（2）檢查程序接線和各個(gè)判斷框?qū)?yīng)情況；（4）根據(jù)情況分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。5.2實(shí)驗(yàn)電路圖電路一：圖5.1 電路接線圖1電路二：圖5.2 電路接線圖26 體會(huì)此次課程設(shè)計(jì)圓滿結(jié)束了，對(duì)于我經(jīng)過(guò)努力所得的結(jié)果，我感到非常滿意。此次設(shè)計(jì)以分組的方式進(jìn)行，每組有一個(gè)題目。我做的是十字路口交通燈系統(tǒng)。由于平時(shí)大家都是學(xué)理論，沒(méi)有過(guò)實(shí)際開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，雖然上課的時(shí)候講過(guò)很多關(guān)于labview的應(yīng)用，但課后也從沒(méi)真正地應(yīng)用過(guò)這個(gè)軟件，對(duì)它一點(diǎn)都不熟悉，拿到的時(shí)候都不知道怎么做

11、。但通過(guò)對(duì)labview進(jìn)行了幾天的摸索學(xué)習(xí)，我終于把課程設(shè)計(jì)做好了，并發(fā)現(xiàn)labview很實(shí)用。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)我基本學(xué)會(huì)了虛擬儀器設(shè)計(jì)的步聚和基本方法，提高了動(dòng)手能力，增強(qiáng)了理論聯(lián)系實(shí)際的能力，分組工作的方式給了我與同學(xué)合作的機(jī)會(huì)，提高了與人合作的意識(shí)與能力，同時(shí)也培養(yǎng)和發(fā)展了同學(xué)之間的感情，對(duì)此我感到非常欣慰?？傊?，在這次課程設(shè)計(jì)中我受益匪淺。在這個(gè)課程設(shè)計(jì)中，我真正的感受到了虛擬儀器的優(yōu)越性，“軟件即儀器”，僅僅在labview上寫入一些圖形程序，就可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的儀器的功能，只需要借助一臺(tái)計(jì)算機(jī)，一個(gè)labview軟件，就可以實(shí)現(xiàn)很多儀器的功能，真的好方便！這真的是儀器界的一場(chǎng)偉大的革

12、命，可以斷定不久的將來(lái)虛擬儀器之風(fēng)將刮到世界上每個(gè)角落。課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我遇到了不少的問(wèn)題，但最終我終究還是戰(zhàn)勝困難，取得了成功，當(dāng)然其中很大一部分功勞都要?dú)w功于指導(dǎo)老師王老師和同學(xué)們，要不是沒(méi)有指導(dǎo)老師的指導(dǎo)和與同學(xué)們的相互交流學(xué)習(xí)，我的課程設(shè)計(jì)肯定不會(huì)如此輕松。附錄1：1.設(shè)計(jì)目的（1）掌握l(shuí)abview軟件編程方法（2）掌握l(shuí)abview硬件的應(yīng)用（3）培養(yǎng)綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)來(lái)指導(dǎo)實(shí)踐的能力2.設(shè)計(jì)所用儀器及器件(1) ni公司的數(shù)據(jù)采集和信號(hào)調(diào)理卡。ni dqa-6024卡，ni sc-2075卡各一套。(2) p計(jì)算機(jī)一臺(tái)。(3)各種相關(guān)的實(shí)驗(yàn)材料和設(shè)備。 3.實(shí)物內(nèi)容及要求（1）設(shè)計(jì)成果一份。（2）課程設(shè)計(jì)論文一份。4.進(jìn)程安排1布置任務(wù)、查閱資料，方案設(shè)計(jì)（兩天）根據(jù)設(shè)計(jì)要求，查閱參考資料，進(jìn)行方案設(shè)計(jì)及可行性論證，確定設(shè)計(jì)方案，畫出詳細(xì)的原理圖。2上機(jī)在labview環(huán)境下按要求進(jìn)行設(shè)計(jì) （三天）要求在虛擬儀器上觀測(cè)到正確的波形并達(dá)到規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)。3硬件的裝配及調(diào)試（三天）使用數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行裝配調(diào)試，使其全面達(dá)到規(guī)定的技術(shù)