虛擬課設(shè)交通燈

1、課程設(shè)計（論文）用紙 摘要交通燈通常指由紅、黃、綠三種顏色燈組成用來指揮交通的信號燈。綠燈亮?xí)r，準(zhǔn)許車輛通行，黃燈亮?xí)r，已越過停止線的車輛可以繼續(xù)通行；紅燈亮?xí)r，禁止車輛通行。近年來，在快速城市化進(jìn)程和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響下，城市交通迅速增長，交通問題成為困擾許多大城市發(fā)展的通病，已成為日趨嚴(yán)峻的國際性問題。其中，十字路口則是造成交通堵塞的主要”瓶頸”。世界發(fā)達(dá)國家都在積極探索如何最大限度地發(fā)揮道路通行能力，盡量減少交通堵塞造成的各種損失。實現(xiàn)十字路口信號燈控制系統(tǒng)的方法有很多，可以通過可編程控制器PLC、單片機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)邏輯器件等方案實現(xiàn)。但是這些控制方法的功能修改及調(diào)試都需要硬件的支持在一定程度上增

2、加了設(shè)計難度，提高了設(shè)計成本。隨著計算機(jī)技的迅猛發(fā)展，虛擬儀器技術(shù)在數(shù)據(jù)采集、自動測試和儀器控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用促進(jìn)并推動測試系統(tǒng)和測量控制的設(shè)計方法與實現(xiàn)技術(shù)發(fā)生了深刻的變化?！败浖褪莾x器”己經(jīng)成為測試與測量技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)志。我們設(shè)計了基于labview的智能交通燈控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實現(xiàn)3種顏色燈的交替點亮，通過信息提示指揮車輛和行人安全通行，并能實時監(jiān)測交通燈工作狀態(tài)。該系統(tǒng)不僅編程簡單、靈活、具有較高的可靠性，而且成本低、具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)鍵詞：交通燈；labview目錄1.緒論32設(shè)計的目的及任務(wù)52.1設(shè)計目的52.2設(shè)計任務(wù)52.3設(shè)計任務(wù)53設(shè)計原理74系統(tǒng)單元設(shè)計84.

3、1前面板的設(shè)計84.2定時信號的產(chǎn)生94.3時間信號的分段104.4各組時間信號的動作114.5循環(huán)的設(shè)計155運行狀態(tài)176總結(jié)197參考文獻(xiàn)20附錄：211. 緒論虛擬儀器（virtualinstrumention）是基于計算機(jī)的儀器。計算機(jī)和儀器的密切結(jié)合是目前儀器發(fā)展的一個重要方向。粗略地說這種結(jié)合有兩種方式，一種是將計算機(jī)裝入儀器，其典型的例子就是所謂智能化的儀器。隨著計算機(jī)功能的日益強大以及其體積的日趨縮小，這類儀器功能也越來越強大，目前已經(jīng)出現(xiàn)含嵌入式系統(tǒng)的儀器。另一種方式是將儀器裝入計算機(jī)。以通用的計算機(jī)硬件及操作系統(tǒng)為依托，實現(xiàn)各種儀器功能。虛擬儀器主要是指這種方式。虛擬儀器

4、的主要特點有：（1）盡可能采用了通用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件。（2）可充分發(fā)揮計算機(jī)的能力，有強大的數(shù)據(jù)處理功能，可以創(chuàng)造出功能更強的儀器。（3）用戶可以根據(jù)自己的需要定義和制造各種儀器。（4）虛擬儀器實際上是一個按照儀器需求組織的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。虛擬儀器的研究中涉及的基礎(chǔ)理論主要有計算機(jī)數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號處理。目前在這一領(lǐng)域內(nèi)，使用較為廣泛的計算機(jī)語言是美國NI公司的LabVIEW。虛擬儀器實際上是一個按照儀器需求組織的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。虛擬儀器的研究中涉及的基礎(chǔ)理論主要有計算機(jī)數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號處理。目前在這一領(lǐng)域內(nèi)，使用較為廣泛的計算機(jī)語言是美國NI公司的LabVIEW。LabVIEW

5、是一種程序開發(fā)環(huán)境，由NI公司研制開發(fā)的，類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計算機(jī)語言的顯著區(qū)別是：其他計算機(jī)語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。LabVIEW提供很多外觀與傳統(tǒng)儀器（如示波器、萬用表）類似的控件，可用來方便地創(chuàng)建用戶界面。用戶界面在LabVIEW中被稱為前面板。使用圖標(biāo)和連線，可以通過編程對前面板上的對象進(jìn)行控制。這就是圖形化源代碼，又稱G代碼。LabVIEW的圖形化源代碼在某種程度上類似于流程圖，因此又被稱作程序框圖代碼。相對于傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)儀器來說，LabVIEW由于是基于軟件的，所

6、以提供了更大的靈活性。通過LabVIEW開發(fā)的虛擬儀器是由用戶而不是儀器生產(chǎn)商定義儀器功能的。一臺計算機(jī)、數(shù)采板卡和LabVIEW的結(jié)合就能夠變成一個可配置的虛擬儀器來完成用戶設(shè)定的任務(wù)。通過LabVIEW就可以用傳統(tǒng)儀器幾分之一的價格創(chuàng)建一個用戶所需要的虛擬儀器。當(dāng)需要改變這個虛擬儀器的時候，只幾分鐘的時間通過LabVIEW修改就可以了。為了便于使用，LabVIEW還集成了大量的函數(shù)庫以及子程序來幫助完成絕大多數(shù)的編程任務(wù)。在使用這些子函數(shù)的時候，可以忘掉傳統(tǒng)編程語言中的令人頭痛的指針操作、內(nèi)存分配等編程問題。除此之外，LabVIEW還包含了針對應(yīng)用的數(shù)據(jù)采集（DAQ）、GPIB、串口、數(shù)據(jù)

7、分析、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)存儲以及Internet網(wǎng)絡(luò)通信的函數(shù)庫。鑒于LabVIEW有諸多優(yōu)點，這次我們將應(yīng)用LabVIEW來完成一個十字路口交通燈系統(tǒng)的2設(shè)計的目的及任務(wù)2.1設(shè)計目的通過本次課程設(shè)計使學(xué)生對虛擬儀器系統(tǒng)有更深一步的了解，培養(yǎng)學(xué)生將理論知識綜合利用的能力，并與實踐緊密結(jié)合，掌握虛擬儀器系統(tǒng)的設(shè)計方法、步驟，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，總結(jié)報告的能力。學(xué)生在本次課程設(shè)計中應(yīng)完成的任務(wù)是：需求分析、子系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)配置、總結(jié)報告。培養(yǎng)學(xué)生正確的學(xué)習(xí)和研究方法。2.2設(shè)計任務(wù)（1）詳細(xì)闡述交通燈控制系統(tǒng)的原理、作用。（2）編寫相應(yīng)的設(shè)計方案。（3）能夠?qū)F(xiàn)實生活中的交通燈出現(xiàn)順序在電腦上面顯示；

8、（4）還要有時間顯示和人行橫道；（5）具有友好的人機(jī)界面。（6）使用LabVIEW實現(xiàn)紅、黃、綠三種燈的定時轉(zhuǎn)換程序，對于紅燈和綠燈的顯示時間可以隨時調(diào)節(jié)，對于每種燈的顯示時間進(jìn)行倒計時處理。2.3設(shè)計任務(wù)許多大城市如北京、上海、南京等隨著城市機(jī)動車量的不斷增加出現(xiàn)了交通超負(fù)荷運行的情況，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和缺乏對高速道路的系統(tǒng)研究和控制，高速道路沒有充分發(fā)揮出預(yù)期的作用。而城市高速道路在構(gòu)造上的特點，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

9、發(fā)一套能夠社會服務(wù)的交通燈控制器將是非常必要和及時的。3設(shè)計原理本次我們是通過采用基于虛擬儀器的交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計,自動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,實現(xiàn)十字路口交通管理的自動化。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。同時還提供人行橫道的指示和時間顯示。使這個虛擬的交通燈程序更好用。我采用的控制邏輯順序如下（因為相對的兩個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

10、的人行橫道為綠燈（30秒）；原理框圖如下：開始北右燈和東左為綠燈，所有人行道為紅燈（30秒）北直燈和東右為綠燈，南北的人行橫道為綠燈（30秒）北左燈和東直為綠燈，東西的人行橫道為綠燈（30秒）圖3.1 交通燈邏輯圖4 系統(tǒng)單元設(shè)計4.1前面板的設(shè)計前面板是VI的用戶界面。創(chuàng)建VI時，通常應(yīng)先設(shè)計前面板，然后在前面板上創(chuàng)建輸入/輸出任務(wù)。本課程設(shè)計中前面板比較簡單，需要用20盞燈、12個時間顯示器、一個停止按鍵即可。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，做出一個合適的指示燈，再用框?qū)⒚拷M燈框起來，做成一個交通燈。在每組

11、交通燈合適的位置放置一個數(shù)值顯示控件作為交通燈的計時器。在前面板合適的位置放置一個開關(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4.1 交通燈前面板4.2定時信號的產(chǎn)生毫秒計時器在LabVIEW中的一個計時單元，它的圖標(biāo)與用途如圖4.2所示。在函數(shù)選板的【編程】【定時】子選板中選擇時間計數(shù)器選定該單元。毫秒計數(shù)器對時間信號計數(shù),要產(chǎn)生一個一秒為單位的時間信號,所以還得用毫秒計數(shù)值除以1000，取商得到以秒為單位的時間信號。圖4.2時間計數(shù)器圖4.3 時間計數(shù)器連線圖4.3時間信號的分段將得到的時間信號除以每個循環(huán)所用的時間90s，取余數(shù)。得到的余數(shù)x的范圍為0=x90,當(dāng)0=x3

12、0時，條件滿足，執(zhí)行第一個條件結(jié)構(gòu)里面的程序，北右和東左燈點綠，且所有的人行橫道的燈為紅燈。當(dāng)30=x60時，條件滿足，執(zhí)行第二個條件結(jié)構(gòu)里的程序，北直和東右燈點綠，且南北的人行橫道為綠燈。當(dāng)60=x90時，條件滿足，北左和東直燈點綠，且東西的人行橫道為綠燈。圖4.4 時間分段程序這里用到了判定范圍并強制轉(zhuǎn)換控件，應(yīng)用這個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4.5所示。如果輸出信號在范圍之內(nèi)，“？”接口將產(chǎn)生一個信號，此信號恰可以輸入到條件結(jié)構(gòu)作為分支選擇器信號。圖4.5 判定范圍并強制轉(zhuǎn)換控件4.4各組時間信號的動作條件結(jié)構(gòu)是LabVIEW最基本的結(jié)構(gòu)之一，條件結(jié)構(gòu)類

13、似于文本編程語言中的switch語句或者ifthenelse語句。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4.6所示。 圖4.6 條件結(jié)構(gòu)在條件結(jié)構(gòu)中，選擇端口相當(dāng)于switch語句中的“表達(dá)式”，框圖表示符相當(dāng)于“表達(dá)式n”。編程時，將外部控制條件連接至選擇端口上，程序運行時選擇端口會判斷送來的控制條件，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制轉(zhuǎn)換“？”端口輸出地判斷值。當(dāng)各組條件滿足時，將執(zhí)行各條件結(jié)構(gòu)里的程序。每個條件結(jié)構(gòu)里的程序基本相同。用需要點亮的燈與布爾真常量連接，不需要點亮的與布爾假常量連接，而時間顯示器則用一定的值減去輸入的時間量，

14、以實現(xiàn)倒計時的功能，各結(jié)構(gòu)里的程序略有不同，具體程序如圖4.7到圖4.9所示。第一階段：余數(shù)在0至30秒之間，此時北右和東左兩個燈點綠，各個人行橫道均為紅燈。圖4.7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4.8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4.9 條件結(jié)構(gòu)34.5循環(huán)的設(shè)計LabVIEW中的循環(huán)結(jié)構(gòu)主要通過while和for循環(huán)實現(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)計中循環(huán)

15、的次數(shù)不能確定，所以就用到了while循環(huán)。LabVIEW中的while循環(huán)相當(dāng)于C語言中的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)包括兩個端口：條件端口和重復(fù)端口。它的功能、圖標(biāo)及說明如圖所示。在此課程設(shè)計中，用按鍵連接條件端口，當(dāng)按鍵按下時，循環(huán)停止。圖4.10 while循環(huán)5運行狀態(tài)這次所設(shè)計的十字路口交通燈有四種運行狀態(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講到。運行狀態(tài)一：北右燈和東左為綠燈，所有人行道為紅燈（30秒）；圖5.1 運行狀態(tài)一運行狀態(tài)二：北直燈和東右為綠燈，南北的人行橫道為綠燈（30秒）；圖5.2 運行狀態(tài)二運行狀態(tài)三：北左燈和東直為綠燈，東西的人行橫道為綠燈（30秒）；圖5.3 運行狀態(tài)三6總結(jié)此次課程設(shè)計結(jié)束了，對于我經(jīng)過努力所得的結(jié)果，我感到非常滿意。我做的是十字路口交通燈系統(tǒng)。通過對LabVIEW進(jìn)行了幾天的摸索學(xué)習(xí)，我終于把課程設(shè)計做好了，并發(fā)現(xiàn)LabVIEW很實用。通過這次課程設(shè)計我基本學(xué)會了虛擬儀器設(shè)計的步聚和基本方法，提高了動手能力，增強了理論聯(lián)系實際的能力，在這個