基于LABVIEW的智能路燈

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）中文摘要 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車(chē)數(shù)量的不斷增加，陰天夜晚霧霾天嚴(yán)重影響行車(chē)安全，及時(shí)照明的智能路燈成為重要的課題。為此，設(shè)計(jì)了由光敏電阻傳感器和PC機(jī)組成的智能路燈，包括硬件電路的設(shè)計(jì)、LABVIEW的軟件設(shè)計(jì)；實(shí)現(xiàn)了光照強(qiáng)度的測(cè)量，通過(guò)設(shè)置不同的閾值，進(jìn)行路燈的智能控制，且能在前面板顯示實(shí)時(shí)電壓；通過(guò)采集卡，實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)對(duì)下位機(jī)的控制，便于遠(yuǎn)程監(jiān)控路燈的亮滅。通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明，該本裝置可應(yīng)用于公路的照明，也可用于隧道的照明。關(guān)鍵詞 LabVIEW 路燈控制 myDAQ采集卡畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）外文摘要Title Intelligent lighting control sy

2、stem AbstractWith the development of economy, the increasing number of cars, cloudy night haze days seriously affect traffic safety, intelligent street lamp lighting has become an important issue in a timely manner. Therefore, the design of intelligent street lamp is composed of photosensitive resis

3、tance sensor and the PC machine, including software design, hardware circuit of LABVIEW;realize light intensity measurement, by setting the threshold, the intelligent control of street lamps, and in the front panel display real-time voltage; through the acquisition card, to achieve a host machine on

4、 the lower computer control, easy to monitor and control bright lights out. Through the experiment, the device can be used in road lighting, can also be used for tunnel lighting.Keywords LabVIEW street lamp control myDAQ acquisition card目次1 引言11.1設(shè)計(jì)背景11.2 設(shè)計(jì)意義21.3章節(jié)安排32 總體設(shè)計(jì)32.1 設(shè)計(jì)要求32.2 設(shè)計(jì)思路33 智能路燈

5、控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)43.1 受控制的LED 燈模塊43.2 光檢測(cè)模塊43.3 數(shù)據(jù)采集卡64 軟件設(shè)計(jì)94.1 虛擬儀器介紹94.2 LABVIEW的特點(diǎn)及功能114.3 LABVIEW的應(yīng)用205 智能路燈控制調(diào)試結(jié)果215.1 運(yùn)行狀態(tài)一215.2 運(yùn)行狀態(tài)二 215.3 運(yùn)行狀態(tài)三22結(jié)論23致 謝24參考文獻(xiàn)251 引言1.1設(shè)計(jì)背景伴隨著我國(guó)城市的發(fā)展、經(jīng)濟(jì)的繁榮和社會(huì)的進(jìn)步以及人們提高生活水平及環(huán)境質(zhì)量的要求，城市道路照明和城市的夜景照明已經(jīng)成為城市規(guī)劃、建設(shè)和管理中的一項(xiàng)十分重要工作。城市道路照明是方便城市居民必需的生活條件，而城市的夜景照明是美化城市形象、鼓舞民心、振奮精神的

6、一項(xiàng)十分有意義的工作。近幾年來(lái)，全國(guó)許多大城市、甚至一些中小城市的各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)，都格外重視道路照明和夜景照明工作。城市亮化作為形象工程的重要組成部分，越來(lái)越被政府所重視，大量的資金投入進(jìn)行建設(shè)和改造，使得我們的城市夜晚變得燈火輝煌，絢麗多彩，但問(wèn)題也隨之而來(lái)，能耗的逐年攀升，由此產(chǎn)生的某些問(wèn)題亦逐漸顯露出來(lái)，如城市路燈的維護(hù)量增大，帶來(lái)人員不足；維護(hù)費(fèi)用增加，社會(huì)成本過(guò)高，電費(fèi)支出過(guò)多，財(cái)政承擔(dān)相對(duì)困難；光污染現(xiàn)象嚴(yán)重這些問(wèn)題的產(chǎn)生無(wú)疑給當(dāng)?shù)氐穆窡艄芾聿块T(mén)的各方面工作帶來(lái)很大的壓力，急切加以解決。尤其是在當(dāng)前環(huán)境條件每況愈下的形勢(shì)下，低碳、節(jié)能、環(huán)保越來(lái)越收到人們的重視。舊式的控制系統(tǒng)存在功耗大，

7、公共資源得不到充分應(yīng)用，效率低等消極影響。近幾十年來(lái),基于LABVIEW的智能路燈控制系統(tǒng)對(duì)城市路燈系統(tǒng)進(jìn)行全面的升級(jí),不僅實(shí)現(xiàn)了智能控制，而且降低了運(yùn)行成本。因此，智能路燈控制系統(tǒng)的推廣，可以改變城建系統(tǒng)企業(yè)傳統(tǒng)的管理服務(wù)方式，提高服務(wù)效率，并對(duì)提高城市形象起到了極大的推動(dòng)作用。虛擬儀器技術(shù)如今是利用具有高性能的模塊化硬件，同時(shí)結(jié)合高效靈活的軟件來(lái)完成各種測(cè)試、測(cè)量和自動(dòng)化的應(yīng)用。其推出以來(lái)至今，涉及到應(yīng)用工程師和來(lái)自世界各地的科學(xué)家們已經(jīng)利用圖形化開(kāi)發(fā)工具，更形象模擬出產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期的各個(gè)方面，由此使產(chǎn)品的質(zhì)量得到了大幅度的改善、產(chǎn)品投放市場(chǎng)的時(shí)間得到了縮減，同時(shí)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)及其生產(chǎn)效率也得到

8、了提高。使用集成化的虛擬儀器環(huán)境與現(xiàn)實(shí)世界的信號(hào)相連，分析數(shù)據(jù)以獲取實(shí)用信息，共享信息成果，有助于在較大范圍內(nèi)提高生產(chǎn)效率。虛擬儀器提供的各種工具能滿足我們?nèi)魏雾?xiàng)目需要。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，虛擬儀器技術(shù)也在數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)測(cè)試和儀器控制領(lǐng)域中發(fā)揮其重要作用，對(duì)測(cè)試系統(tǒng)和測(cè)量控制的設(shè)計(jì)方法有著促進(jìn)并推動(dòng)的作用，同時(shí)深刻影響了技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。“軟件即儀器”是虛擬儀器理念的核心思想，從這一思想出發(fā)，基于電腦或工作站、軟件和I/O部件來(lái)構(gòu)建虛擬儀器1。I/O部件可以是獨(dú)立儀器、模塊化儀器、數(shù)據(jù)采集板（DAQ）或傳感器。鑒于虛擬儀器的諸多性能，將用LabVIEW來(lái)完成一個(gè)智能路燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)。此系統(tǒng)不僅編程

9、簡(jiǎn)單、方便靈活、具有可靠性較高的性能，而且成本低、具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。1.2 設(shè)計(jì)意義路燈節(jié)能系統(tǒng)產(chǎn)生的直接及間接的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益是巨大的。a）我們可以通過(guò)直觀的計(jì)算來(lái)判斷：?jiǎn)螐碾娰M(fèi)支出上可以看出，采用智能路燈節(jié)能控制設(shè)備后，以最低節(jié)電率計(jì)算，每年可節(jié)省大量的財(cái)政支出；b）路燈控制系統(tǒng)技術(shù)的提升，又可大大降低全市路燈的維護(hù)量，縮減運(yùn)行維護(hù)成本，節(jié)約財(cái)政支出。 c）倘若全國(guó)路燈管理部門(mén)都能積極采用新技術(shù)的話，除了節(jié)約大量電費(fèi)和維護(hù)資金以外，同時(shí)還可節(jié)約大批的原煤等資源，更有利于環(huán)境保護(hù)，既節(jié)約了能源又落實(shí)了國(guó)家可持續(xù)發(fā)展的方針政策。 高科技技術(shù)節(jié)能產(chǎn)品的應(yīng)用如果能夠在我國(guó)城市路燈行業(yè)得以全面推廣和

10、應(yīng)用，那么它所創(chuàng)造巨大的社會(huì)效益及其產(chǎn)生的深遠(yuǎn)影響都是不可估量的。1.3章節(jié)安排 本系統(tǒng)主要工作包括光敏電阻的選型、各模塊硬件電路的設(shè)計(jì)和上位機(jī)LABVIEW的編程。第1章 為引言。第二章說(shuō)明了本裝置的功能及整體設(shè)計(jì)方案，介紹了系統(tǒng)功能和整體框架圖。第三章說(shuō)明了整個(gè)系統(tǒng)中的硬件電路設(shè)計(jì)。第四章說(shuō)明了整個(gè)系統(tǒng)中的軟件設(shè)計(jì)，包括LABVIEW軟件。第五章說(shuō)明了系統(tǒng)的三個(gè)運(yùn)行狀態(tài)。2 總體設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)一個(gè)由計(jì)算機(jī)控制的智能路燈控制器，可以對(duì)室內(nèi)外的光強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，如果外界燈光過(guò)低,智能路燈自行進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)是夜晚的時(shí)候，路燈全開(kāi)，當(dāng)是陰天的時(shí)候，路燈只開(kāi)一小部分，當(dāng)是晴天的時(shí)候，路燈全部

11、熄滅。2.2 設(shè)計(jì)思路本次設(shè)計(jì)的題目是智能路燈控制系統(tǒng)。要求實(shí)現(xiàn)以路燈為控制對(duì)象，完成軟件和硬件的設(shè)計(jì),利用光敏傳感器,實(shí)現(xiàn)路燈的亮滅功能。其中硬件電路部分主要包括以下部分：受控制的LED部分、光檢測(cè)電路部分、信號(hào)采集卡，設(shè)計(jì)的總體框圖如圖2.1。上位機(jī)采集卡下位機(jī)上位機(jī)采集卡圖2.1 總體框圖3 智能路燈控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1 受控制的LED 燈模塊本次設(shè)計(jì)中共使用了12個(gè)高亮紅LED燈，采用共陽(yáng)接法如圖3.1，以免采集卡的I/O端口無(wú)法驅(qū)動(dòng)LED燈或者使LED燈亮度過(guò)低。圖3.1采用共陽(yáng)接法選取發(fā)光二極管的壓降為2v，工作電流為20mA。壓降不要太小，以免亮度過(guò)低。串聯(lián)電阻R=（5-2）

12、v/20ma=150 功率P=5v*20ma=0.1W。3.2 光檢測(cè)模塊3.2.1 光敏電阻簡(jiǎn)介光敏傳感器是最常見(jiàn)的傳感器之一，它的種類繁多，主要有：光電管、光電倍增管、光敏電阻、光敏三極管、太陽(yáng)能電池、紅外線傳感器、紫外線傳感器、光纖式光電傳感器、色彩傳感器、CCD和CMOS圖像傳感器等。它的敏感波長(zhǎng)在可見(jiàn)光波長(zhǎng)附近，包括紅外線波長(zhǎng)和紫外線波長(zhǎng)。圖3.2光敏電阻工作原理圖光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器；入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測(cè)量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。常用的光敏電阻器硫化鎘光敏電

13、阻器，它是由半導(dǎo)體材料制成的。光敏電阻器的阻值隨入射光線（可見(jiàn)光）的強(qiáng)弱變化而變化，在黑暗條件下，它的阻值（暗阻）可達(dá)110M歐,在強(qiáng)光條件（100LX）下，它阻值（亮阻）僅有幾百至數(shù)千歐姆。光敏電阻器對(duì)光的敏感性（即光譜特性）與人眼對(duì)可見(jiàn)光（0.40.76）m的響應(yīng)很接近，只要人眼可感受的光都會(huì)引起它的阻值變化。設(shè)計(jì)光控電路時(shí)，都用白熾燈泡（小電珠）光線或自然光線作控 。 3.2.2光敏電阻參數(shù)根據(jù)光敏電阻的光譜特性，可分為三種光敏電阻器： a）紫外光敏電阻器：對(duì)紫外線較靈敏，包括硫化鎘、硒化鎘光敏電阻器等，用于探測(cè)紫外線。 b）紅外光敏電阻器：主要有硫化鉛、碲化鉛、硒化鉛。銻化銦等光敏電阻

14、器，廣泛用于導(dǎo)彈制導(dǎo)、天文探測(cè)、非接觸測(cè)量、人體病變探測(cè)，紅外通信等國(guó)防、科學(xué)研究。 圖3.3光敏電阻實(shí)物圖c）可見(jiàn)光光敏電阻器：包括硒、硫化鎘、硒化鎘、碲化鎘、砷化鎵、硅、鍺、硫化鋅光敏電阻器等。主要用于各種光電控制系統(tǒng)，如光電自動(dòng)開(kāi)關(guān)門(mén)戶，航標(biāo)燈、路燈和其他照明系統(tǒng)的自動(dòng)亮滅，自動(dòng)給水和自動(dòng)停水裝置，機(jī)械上的自動(dòng)保護(hù)裝置和“位置檢測(cè)器”，極薄零件的厚度檢測(cè)器，照相機(jī)自動(dòng)曝光裝置，光電計(jì)數(shù)器，煙霧報(bào)警器，光電跟蹤系統(tǒng)等方面，如圖3.3所示。 光敏電阻的主要參數(shù)是： a）光電流、亮電阻。光敏電阻器在一定的外加電壓下，當(dāng)有光照射時(shí)，流過(guò)的電流稱為光電流，外加電壓與光電流之比稱為亮電阻，常用“10

15、0LX”表示。 b）暗電流、暗電阻。光敏電阻在一定的外加電壓下，當(dāng)沒(méi)有光照射的時(shí)候，流過(guò)的電流稱為暗電流。外加電壓與暗電流之比稱為暗電阻，常用“0LX”表示。 c）靈敏度。靈敏度是指光敏電阻不受光照射時(shí)的電阻值（暗電阻）與受光照射時(shí)的電阻值（亮電阻）的相對(duì)變化值。 d）光譜響應(yīng)。光譜響應(yīng)又稱光譜靈敏度，是指光敏電阻在不同波長(zhǎng)的單色光照射下的靈敏度。若將不同波長(zhǎng)下的靈敏度畫(huà)成曲線，就可以得到光譜響應(yīng)的曲線。 e）光照特性。光照特性指光敏電阻輸出的電信號(hào)隨光照度而變化的特性。從光敏電阻的光照特性曲線可以看出，隨著的光照強(qiáng)度的增加，光敏電阻的阻值開(kāi)始迅速下降。若進(jìn)一步增大光照強(qiáng)度，則電阻值變化減小，

16、然后逐漸趨向平緩。在大多數(shù)情況下，該特性為非線性。 f）伏安特性曲線。伏安特性曲線用來(lái)描述光敏電阻的外加電壓與光電流的關(guān)系，對(duì)于光敏器件來(lái)說(shuō)，其光電流隨外加電壓的增大而增大。 g）溫度系數(shù)。光敏電阻的光電效應(yīng)受溫度影響較大，部分光敏電阻在低溫下的光電靈敏較高，而在高溫下的靈敏度則較低。 h）額定功率。額定功率是指光敏電阻用于某種線路中所允許消耗的功率當(dāng)溫度升高時(shí)，其消耗的功率就降低。3.2.3 光敏電阻的應(yīng)用 本設(shè)計(jì)采用光敏電阻。光敏電阻傳感器對(duì)外界光線最敏感，用來(lái)檢測(cè)外界周?chē)h(huán)境光線的亮度，模塊在光線不足時(shí)輸出高電平，光線亮度超過(guò)設(shè)定值時(shí)輸出低電平。利用光敏電阻傳感器輸出信號(hào)干凈，波形好，驅(qū)

17、動(dòng)能力強(qiáng)。本設(shè)計(jì)中利用光敏電阻與一普通電阻串聯(lián)，當(dāng)白天有光照時(shí)，電阻很小，輸出高電平，夜晚無(wú)光照時(shí)，電阻增大，輸出低電平。3.3 數(shù)據(jù)采集卡3.3.1數(shù)據(jù)采集的概念及應(yīng)用數(shù)據(jù)采集 (Data Acquisition, 簡(jiǎn)稱DAQ)，自動(dòng)從布置于工廠、實(shí)驗(yàn)室、現(xiàn)場(chǎng)的傳感器、設(shè)備等收集獲取數(shù)據(jù)的過(guò)程，如圖3.4所示。狹義的數(shù)據(jù)采集主要是模擬輸入(AI)，其目的是為了測(cè)量某種電信號(hào)或物理信號(hào)，如電壓、電流、溫度、壓力、加速度、聲強(qiáng)等。廣義的數(shù)據(jù)采集還包括模擬輸出、數(shù)字I/O等。例如, 目前市面上的多功能數(shù)據(jù)采集設(shè)備通常包括模擬輸入、模擬輸出、數(shù)字I/O、計(jì)數(shù)器/定時(shí)器等功能，如NI的M系列多功能DA

18、Q卡?，F(xiàn)在一些傳感器/變送器已經(jīng)集成了A/D轉(zhuǎn)換功能，直接通過(guò)數(shù)字接口讀取數(shù)據(jù)，從而不需要模擬輸入采集。數(shù)據(jù)采集的應(yīng)用十分廣泛，幾乎涵蓋所有工程專業(yè)和科學(xué)研究方向。電子、電氣、機(jī)械、車(chē)輛工程、海洋工程、環(huán)境、化工、生物醫(yī)學(xué)、土木工程、能源電力、高能物理。 I/O數(shù)據(jù)采集軟件數(shù)據(jù)采集硬件總線信號(hào)調(diào)理傳感器/ 信號(hào)圖3.4信號(hào)采集流程3.3.2選擇數(shù)據(jù)采集設(shè)備時(shí)的考慮因素a）通道數(shù)b）總線c）帶寬是否足夠數(shù)據(jù)傳輸速度的需求d）最高采樣率e）根據(jù)乃奎斯特定律，采樣率應(yīng)為最高頻率分量的兩倍以上，實(shí)上最好能做到5-10倍f）分辨率g）夠用就好，不一定越高越好3.3.3 NI myDAQ圖3.5外部接線圖

19、其中NI myDAQ，USB線纜，LED燈，20位螺栓端子連接器，音頻線纜，DMM香蕉線纜。圖3.6信號(hào)連接圖a）模擬輸入(AI)在通用模式下，測(cè)量信號(hào)范圍為±10 V，如圖3.7所示。在音頻模式下，兩個(gè)通道分別表示左右立體聲信號(hào)輸入。模擬輸入用于NI ELVISmx 示波器、動(dòng)態(tài)信號(hào)分析器和Bode 分析儀。b）模擬輸出(AO)在通用模式下，生成信號(hào)范圍為±10 V。在音頻模式下，兩個(gè)通道分別表示左右立體聲信號(hào)輸出。模擬輸出用于NI ELVISmx 函數(shù)發(fā)生器、隨機(jī)波形生成器和Bode 分析儀。c）數(shù)字輸入/ 輸出(DIO)NI myDAQ 帶有8 個(gè)DIO 數(shù)據(jù)線。每條

20、數(shù)據(jù)線為一個(gè)可編程函數(shù)接口(PFI)，表示其可被配置為通用軟件定時(shí)數(shù)字輸入或輸出，或可用作數(shù)字計(jì)數(shù)器的特殊函數(shù)輸入或輸出。圖3.7 myDAQ的差分輸入方式d）電源NI myDAQ 有3 個(gè)可供使用的電源。+15 V 和15 V 可用于電源模擬組件。例如，運(yùn)算放大器和線性穩(wěn)壓器。+5 V 可用于電源數(shù)字組件。例如，邏輯設(shè)備。4 軟件設(shè)計(jì)4.1 虛擬儀器介4.1.1虛擬儀器的概念 虛擬儀器是美國(guó)國(guó)家儀器公司1986年提出的概念，是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和儀器技術(shù)深層次的產(chǎn)物，是計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試領(lǐng)域的一項(xiàng)重要技術(shù)。虛擬儀器的出現(xiàn)是測(cè)量?jī)x器領(lǐng)域的一個(gè)突破，它徹底改變了傳統(tǒng)的儀器觀，從根本上更新了測(cè)量?jī)x器的概念

21、，帶給了人們一個(gè)全新的儀器觀念。虛擬儀器是基于計(jì)算機(jī)的儀器。計(jì)算機(jī)和儀器的密切結(jié)合是目前儀器發(fā)展的一個(gè)重要方向。粗略地說(shuō)這種結(jié)合有兩種方式，一種將計(jì)算機(jī)裝入儀器，其典型的例子就是智能儀器。隨著計(jì)算機(jī)功能的日益強(qiáng)大以及體積的日趨縮小，這種儀器功能也越來(lái)越強(qiáng)，已經(jīng)出現(xiàn)含嵌入式的儀器。另一種是將儀器裝入計(jì)算機(jī)，以通用的計(jì)算機(jī)硬件及操作系統(tǒng)為依托，實(shí)現(xiàn)各種儀器功能2。 虛擬儀器是利用硬件來(lái)完成信號(hào)采集和處理，利用計(jì)算機(jī)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜計(jì)算，利用計(jì)算機(jī)的顯示器模擬傳統(tǒng)的控制面板，以多種形式輸出檢測(cè)結(jié)果，從而完成所需的各種功能。虛擬儀器中的“虛擬”有以下兩個(gè)層面的含義。a）虛擬的控制面板 傳統(tǒng)儀器通過(guò)設(shè)置在

22、面板上的各種“控件”來(lái)完成一些簡(jiǎn)單的操作，如通過(guò)開(kāi)關(guān)控件顯示器等實(shí)現(xiàn)儀器的“通”“斷”。傳統(tǒng)儀器面板上的“控件”都是實(shí)物，而且是用手動(dòng)和觸摸屏進(jìn)行操作，而虛擬儀器面板上的各種“控件”，它們的外形與實(shí)物和圖4.1傳統(tǒng)儀器和模擬儀器傳統(tǒng)儀器“控件”相像的圖標(biāo)，實(shí)際功能通過(guò)相應(yīng)的軟件程序來(lái)實(shí)現(xiàn),如圖4.1所示。 b）虛擬的測(cè)量與分析 傳統(tǒng)的儀器是通過(guò)設(shè)計(jì)具體的模擬或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)儀器的測(cè)量。而虛擬儀器是利用軟件程序?qū)崿F(xiàn)這些功能。可見(jiàn)虛擬儀器是由計(jì)算機(jī)硬件資源和用于數(shù)據(jù)分析的以及通信的測(cè)控系統(tǒng)，是一種由計(jì)算機(jī)操作的模塊化儀器系統(tǒng)。4.1.2 虛擬儀器的結(jié)構(gòu)和硬件 虛擬儀器系統(tǒng)包括儀器硬件和軟件兩大部分。

23、儀器硬件是計(jì)算機(jī)的外圍電路，與計(jì)算機(jī)一起構(gòu)成了虛擬儀器系統(tǒng)的硬件環(huán)境，是應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)；應(yīng)用軟件則是虛擬儀器的核心，在最基本硬件確定后，軟件通過(guò)不同功能模塊構(gòu)成儀器，賦予系統(tǒng)特有的功能，以實(shí)現(xiàn)不同的測(cè)量功能。目前市場(chǎng)上提供的模塊化硬件產(chǎn)品也非常豐富，比如，總線類型支持PCIPXIUSB和1394總線等，產(chǎn)品總類也從數(shù)據(jù)采集信號(hào)調(diào)理震動(dòng)、視覺(jué)、儀器控制、運(yùn)動(dòng)、分布式I/O到CAN接口等工業(yè)通信等3。按照硬件接口的不同，虛擬儀器可分為基于PC總線、GPIB總線、VXI總線和PXI總線的4種標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)。4.1.3 虛擬儀器的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì) 虛擬儀器技術(shù)利用高性能的模塊化，結(jié)合高效的軟件完成各種測(cè)試和自

24、動(dòng)化的應(yīng)用。靈活高效的軟件能創(chuàng)建完全自定義的用戶界面，模塊化的硬件能方便地提供全方位的系統(tǒng)集成，標(biāo)準(zhǔn)的軟硬件平臺(tái)能滿足對(duì)同步和定時(shí)應(yīng)用的需求。 與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器具有以下四個(gè)特點(diǎn)。a)性能高b)擴(kuò)張性強(qiáng) c)開(kāi)發(fā)時(shí)間少 d)無(wú)縫集成4.2 LABVIEW的特點(diǎn)及功能4.2.1 LABVIEW的特點(diǎn) LABVIEW是一種圖形化的編程語(yǔ)言，它被廣泛應(yīng)用于工業(yè)界和實(shí)驗(yàn)室研究，視為一個(gè)采集和儀器控制軟件。LABVIEW集成與滿足GPIB、VXI、RS232和RS485協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡的全部功能。它還內(nèi)設(shè)了便于應(yīng)用TCP/IP、ActiveX等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫(kù)函數(shù)。這是一個(gè)功能強(qiáng)大且靈活的軟件。

25、利用它可以建立自己的虛擬儀器。其圖形化的界面使得編程及使用過(guò)程都很方便。 圖形化的程序語(yǔ)言，又稱為“G”語(yǔ)言，使用這種語(yǔ)言編程時(shí)，基本上不用寫(xiě)程序代碼，取而代之的是流程圖，它盡可能利用了技術(shù)人員和工程師所熟悉的專業(yè)術(shù)語(yǔ)，所以說(shuō)LABVIEW是一個(gè)面向最終用戶的工具。它可以增強(qiáng)用戶構(gòu)建自己的科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力，提供實(shí)現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。使用它進(jìn)行原理研究、設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)時(shí)，可以提高工作效率。LABVIEW的出現(xiàn)大大提高了虛擬儀器的開(kāi)發(fā)效率，降低了對(duì)開(kāi)發(fā)人員要求，LABVIEW所提供的交互式的圖形化開(kāi)發(fā)環(huán)境徹底顛覆了以往“一種開(kāi)發(fā)工具擁有強(qiáng)大開(kāi)發(fā)功能的同時(shí)不可能簡(jiǎn)單易用”的思

26、想。4.2.2 LABVIEW的功能 LABVIEW結(jié)合了簡(jiǎn)單易用的圖形式開(kāi)發(fā)環(huán)境與強(qiáng)大的G編程語(yǔ)言，提供了一個(gè)非常直接的編程環(huán)境。LABVIEW具有專為大型應(yīng)用開(kāi)發(fā)、集體開(kāi)發(fā)及應(yīng)用配置設(shè)計(jì)的附加開(kāi)發(fā)工具，包括應(yīng)用程序生產(chǎn)器、代碼源控制及復(fù)雜矩陣運(yùn)算等工具。 LABVIEW不僅僅是一種編程語(yǔ)言，還是一種用于測(cè)量和自動(dòng)化的特定應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)環(huán)境，一種用來(lái)快速設(shè)計(jì)工業(yè)原型和應(yīng)用程序的高度交互式的開(kāi)發(fā)環(huán)境。同時(shí)，LABVIEW還實(shí)現(xiàn)了對(duì)FPGA等硬件的支持，實(shí)際上也是一個(gè)硬件設(shè)計(jì)工具。測(cè)量和自動(dòng)化程序在處理與通用程序一樣的問(wèn)題，同時(shí)還要處理額外的問(wèn)題。4.3 LABVIEW的應(yīng)用4.3.1 LABVI

27、EW開(kāi)發(fā)環(huán)境 a）雙擊桌面LABVIEW圖標(biāo)，點(diǎn)開(kāi)的就是LABVIEW的開(kāi)發(fā)環(huán)境，如圖4.1所示。圖4.2 LABVIEW開(kāi)發(fā)界面 在file中，點(diǎn)擊新建VI，新建一個(gè)前面板，如圖4.3為L(zhǎng)ABVIEW新建的前面板。圖4.3 LABVIEW的前面板 b）數(shù)據(jù)類型：數(shù)值型、布爾型、字符串型、與路徑枚舉型、簇、數(shù)組、波形數(shù)據(jù)、時(shí)間標(biāo)識(shí)、變體此次使用的就是布爾型數(shù)組控件，如圖4.4為布爾控件面板。圖4.4為布爾控件面板 顯示控件：在函數(shù)面板中有數(shù)字顯示控件和波形圖表顯示控件，本次設(shè)計(jì)中就用到用來(lái)顯示一維數(shù)組的波形圖表。圖4.5波形圖表控件c)程序結(jié)構(gòu)LabVIEW中的循環(huán)結(jié)構(gòu)主要通過(guò)while和fo

28、r循環(huán)實(shí)現(xiàn)。這兩種循環(huán)結(jié)構(gòu)、語(yǔ)句、功能基本相同，但使用上會(huì)有些不同。for循環(huán)須先進(jìn)行循環(huán)次數(shù)的確定，循環(huán)一定次數(shù)后自動(dòng)不進(jìn)行循環(huán)；而while循環(huán)則不用確定循環(huán)次數(shù)，只需要確定退出循環(huán)的條件。本次課程設(shè)計(jì)中不能預(yù)先確定循環(huán)的次數(shù)，所以就用到了while循環(huán)。while循環(huán)是LabVIEW最基本的結(jié)構(gòu)之一，和C語(yǔ)言中的while循環(huán)和dowhile循環(huán)相類似。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、重復(fù)端口，如下圖4.6所示。本次論文設(shè)計(jì)中用停止按鈕連接條件端口，當(dāng)按下按鈕時(shí)循環(huán)停止。重復(fù)端口i 為當(dāng)前循環(huán)的次數(shù)重復(fù)端口圖4.6Whlie循環(huán)

29、結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)構(gòu)gou構(gòu)條件端口條件端口輸入的是布爾變量，它用于判斷循環(huán)在什么條件下停止執(zhí)行。當(dāng)每次循環(huán)結(jié)束時(shí)，便會(huì)檢測(cè)輸入端接收到的布爾值并判斷是否繼續(xù)執(zhí)行循環(huán)。右擊端口，選擇【真（T）時(shí)停止】或【真(T)時(shí)繼續(xù)】，可以切換其使用狀態(tài)。LabVIEW是圖形化的編程語(yǔ)言，程序的執(zhí)行順序是基本數(shù)據(jù)的流向的，也即，數(shù)據(jù)的連接即指定了程序的執(zhí)行順序，沒(méi)有數(shù)據(jù)線連接的不同程序塊是并行執(zhí)行的，所以一般情況下不用順序結(jié)構(gòu)，但在某些特殊時(shí)候，如果一定指定某幾段程序執(zhí)行的先后順序，則要用到順序結(jié)構(gòu)。 本次設(shè)計(jì)使用的是平鋪是順序結(jié)構(gòu)。如圖4.7所示。圖4.7平鋪式順序結(jié)構(gòu)條件結(jié)構(gòu)也是LabVIEW最基本的結(jié)構(gòu)之一，類

30、似于基于文本編程語(yǔ)言的switch語(yǔ)句或者ifthenelse語(yǔ)句。條件結(jié)構(gòu)可以從【結(jié)構(gòu)】子選板中創(chuàng)建， 條件結(jié)構(gòu)包含選擇端口和選擇標(biāo)簽控制端口，如下圖4.8所示。選擇端口圖4.8 條件結(jié)構(gòu)選擇器標(biāo)簽選擇端口在條件結(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”。編程過(guò)程中，將外部控制條件連接到選擇端口上，程序運(yùn)行的時(shí)候其端口會(huì)判斷送來(lái)的控制條件，指引選擇結(jié)構(gòu)去執(zhí)行相應(yīng)框架里的內(nèi)容。在本程序中的控制條件為從規(guī)定范圍并強(qiáng)制轉(zhuǎn)換的“范圍內(nèi)？”端口輸出的判斷值。選擇端口的外部控制條件的數(shù)據(jù)有整型、字符串型、布爾型和枚舉型。其接線可任意放在框圖左邊的某一位置。如果其數(shù)

31、據(jù)為布爾型，那么這個(gè)結(jié)構(gòu)包含真和假兩個(gè)分支，這是該軟件所默認(rèn)的選擇框架類型。若為其它類型則可以隨意使用分支的個(gè)數(shù)。要注意的是，在使用條件結(jié)構(gòu)的時(shí)候，控制條件的數(shù)據(jù)類型要和選擇標(biāo)簽中的類型一樣，如果不一致的話，LabVIEW顯示出現(xiàn)錯(cuò)誤，與此同時(shí)選擇器中的字體的顏色也會(huì)變?yōu)榧t色。本次課程設(shè)計(jì)中，當(dāng)各組條件為真時(shí)，將執(zhí)行其框圖的程序。每個(gè)條件結(jié)構(gòu)里的程序基本相同。4.3.2 myDAQ使用介紹myDAQ是本次設(shè)計(jì)所使用的采集卡，它的硬件上章已經(jīng)介紹。a)軟件準(zhǔn)備驅(qū)動(dòng)程序NI的數(shù)據(jù)采集設(shè)備采用統(tǒng)一的驅(qū)動(dòng)NI-DAQmx (NI-ELVISmx驅(qū) 動(dòng)已包含NI-DAQmx，因此可只安裝NI-ELVIS

32、mx)更換設(shè)備時(shí)相同的程序幾乎無(wú)需修改開(kāi)發(fā)環(huán)境本設(shè)計(jì)采用NI LabVIEW，安裝順序: 先安裝開(kāi)發(fā)環(huán)境再安裝設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 (即先LabVIEW再NI-DAQmx)。b)控件使用 設(shè)置控件設(shè)置成信號(hào)采集，函數(shù)面板測(cè)量I/ODAQ助手，將DAQ助手拖到程序框圖中去，再對(duì)DAQ助手進(jìn)行設(shè)置。選輸入信號(hào)，再選電壓輸入，如圖4.9所示。圖4.9模擬輸入端口設(shè)置點(diǎn)擊下一步，再對(duì)模擬輸入端口進(jìn)行設(shè)置，選ai1端口，點(diǎn)完成。這樣就完成了初始化設(shè)置。再雙擊控件進(jìn)行設(shè)置，對(duì)采樣模式進(jìn)行設(shè)置選連續(xù)采樣。圖4.10選擇連續(xù)采用模式設(shè)置 同樣數(shù)字信號(hào)的輸出設(shè)置也與模擬輸入設(shè)置類似，DAQ助手彈出以后，選擇生成信號(hào)，再

33、選擇線端口，按住Ctrl鍵，對(duì)七個(gè)端口進(jìn)行全選，然后完成。這樣數(shù)字輸出設(shè)置也就完成了初始化。接下來(lái)下圖的設(shè)置，默認(rèn)就可以了。 圖4.11 輸出信號(hào)端口4.3.3程序設(shè)計(jì)從讀myDAQ中讀數(shù)據(jù)，在前面板中使用了一個(gè)波形圖表控件，一個(gè)數(shù)字顯示控件和一個(gè)布爾停止控件，如圖4.12。圖4.12 讀數(shù)據(jù)的前面板下面的圖4.13是它的程序框圖，關(guān)于怎么使用myDAQ助手讀取模擬電壓，前面已經(jīng)介紹，這里不再陳述。圖4.13 讀數(shù)據(jù)的程序框圖對(duì)myDAQ中寫(xiě)數(shù)據(jù)，在前面板中放置一個(gè)布爾型數(shù)組，一個(gè)布爾型停止控件如圖4.14所示。圖4.14寫(xiě)數(shù)據(jù)的前面板 下面的圖4.15是寫(xiě)數(shù)據(jù)的程序框圖，關(guān)于怎么使用myDA

34、Q助手往myDAQ中寫(xiě)數(shù)據(jù)，前面已經(jīng)介紹，這里不再陳述。圖4.15寫(xiě)數(shù)據(jù)的程序框圖總程序的設(shè)計(jì)，本次的前面板設(shè)計(jì)中，共使用了三個(gè)布爾數(shù)組，用來(lái)多輸出IO口進(jìn)行控制，剛布爾數(shù)組控件為綠色時(shí)，其對(duì)應(yīng)就為真，采集端口輸出為高電平。當(dāng)控件暗淡時(shí)，輸出低電平，如圖4.16所示。4.16前面板的設(shè)置其中波形圖表來(lái)顯示采集到的數(shù)據(jù)，顯示控件也是相同，STOP控件用來(lái)停止程序的運(yùn)行。程序框圖的設(shè)計(jì)，如圖4.17所示。 圖4.17程序框圖為了便于判斷，我將采集到的電壓乘以10進(jìn)行放大，其中在最外層使用了WHILE結(jié)構(gòu)框圖，用時(shí)間控件來(lái)限制循環(huán)時(shí)間。在之前的試驗(yàn)中，我將三組條件結(jié)構(gòu)并行，但是程序無(wú)法運(yùn)行，所以將三

35、個(gè)條件結(jié)構(gòu)放入順序結(jié)構(gòu)中，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行逐次判斷了。實(shí)驗(yàn)結(jié)果，設(shè)置兩個(gè)閥值，高閥值設(shè)置為3.6，低閥值設(shè)置為1， 當(dāng)數(shù)值低于1時(shí)，燈全部熄滅，當(dāng)數(shù)值高于3.6時(shí)，燈全部點(diǎn)亮，當(dāng)數(shù)值介于3.6和1之間時(shí)，點(diǎn)亮少部分燈，也就是四盞燈。 5 智能路燈控制調(diào)試結(jié)果5.1 運(yùn)行狀態(tài)一當(dāng)數(shù)值低于1V時(shí)，12個(gè)LED燈全部點(diǎn)亮。圖5.1運(yùn)行狀態(tài)一5.2 運(yùn)行狀態(tài)二 當(dāng)數(shù)值介于1V和3.6V時(shí)，只有少部分四盞燈點(diǎn)亮。圖5.2運(yùn)行狀態(tài)二5.3 運(yùn)行狀態(tài)三當(dāng)數(shù)值高于3.6V時(shí)，所有的LED燈熄滅。圖5.3運(yùn)行狀態(tài)三結(jié)論對(duì)于這次的課程研究設(shè)計(jì)，我覺(jué)得受益匪淺。我做的是智能路燈的設(shè)計(jì)，與我們的平常生活關(guān)聯(lián)很大，我夜晚出去的時(shí)候，在路燈下，能夠看清路面，而不至于在石頭絆倒。在此次要運(yùn)用的是LabVIEW軟件也沒(méi)怎么學(xué)過(guò)，對(duì)它一點(diǎn)也不了解更別說(shuō)要去用了，拿到的時(shí)候都不