基于LabVIEW的交通燈

1、南陽理工學(xué)院虛擬儀器技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目名稱：基于LabVIEW的交通燈設(shè)計(jì)專 業(yè)：班 級(jí)：學(xué) 號(hào)：學(xué)生姓名：指導(dǎo)老師：學(xué)年學(xué)期：2013-2014學(xué)年第一學(xué)期2013年12月25日一、設(shè)計(jì)要求和條件交通燈通常指由紅、黃、綠三種顏色燈組成用來指揮交通的信號(hào)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。中華人民共和國(guó)道路交通安全法實(shí)施條例第四十條 車道信號(hào)燈表示：（一）綠色箭頭燈亮?xí)r，準(zhǔn)許本車道車輛按指示方向通行；（二）紅色叉形燈或者箭頭燈亮?xí)r，禁止本車道車輛通行。第四十一條 方向指示信號(hào)燈的箭頭方向向左、向上、向右分別表示左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)。第四十二條

2、 閃光警告信號(hào)燈為持續(xù)閃爍的黃燈，提示車輛、行人通行時(shí)注意瞭望，確認(rèn)安全后通過。二、設(shè)計(jì)目的為了提高電子線路系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)際的應(yīng)用能力，開始為期二周的電子線路設(shè)計(jì)與測(cè)試。本課程實(shí)驗(yàn)使學(xué)生更好理解和鞏固課堂上所講的理論知識(shí)，提高學(xué)生的動(dòng)手能力，加強(qiáng)學(xué)生獨(dú)立分析問題和解決問題的能力，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)專業(yè)課作好準(zhǔn)備，并為今后從事專業(yè)方面的工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。通過實(shí)踐環(huán)節(jié)使學(xué)生在鞏固所學(xué)各門專業(yè)基礎(chǔ)課與專業(yè)課知識(shí)，進(jìn)一步把其與虛擬儀器系統(tǒng)移植結(jié)合起來，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用能力和以及與當(dāng)前專業(yè)的前沿知識(shí)結(jié)合，達(dá)到對(duì)電子線路設(shè)計(jì)與測(cè)試系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和理解，為以后工作的研究和開發(fā)打好基礎(chǔ)。三、設(shè)計(jì)方案論證1、方

3、案論證交通燈通常指由紅、黃、綠三種顏色燈組成用來指揮交通的信號(hào)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(zhǎng)，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(guó)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(guó)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。我們?cè)O(shè)計(jì)了基于labview的智能交通燈控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)3種顏色燈的交替點(diǎn)亮，通過信息提示指揮車輛和行人安全通行，并能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)交通燈工作狀態(tài)。該系統(tǒng)不僅編程簡(jiǎn)單、靈活、具有較高

4、的可靠性，而且成本低、具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。虛擬儀器（virtual instrumention）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。使用虛擬儀器用戶可以通過操作顯示屏上的“虛擬”按鈕或面板，完成對(duì)被測(cè)量的采集、分析、判斷、調(diào)節(jié)和存儲(chǔ)等功能。 LabVIEW是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國(guó)國(guó)家儀器（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(jì)算機(jī)語言的顯著區(qū)別是：其他計(jì)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。  

5、0;與C和BASIC一樣，LabVIEW也是通用的編程系統(tǒng)，有一個(gè)完成任何編程任務(wù)的龐大函數(shù)庫(kù)。LabVIEW的函數(shù)庫(kù)包括數(shù)據(jù)采集、GPIB、串口控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，等等。LabVIEW也有傳統(tǒng)的程序調(diào)試工具，如設(shè)置斷點(diǎn)、以動(dòng)畫方式顯示數(shù)據(jù)及其子程序（子VI）的結(jié)果、單步執(zhí)行等等，便于程序的調(diào)試。   虛擬儀器（virtual instrumention）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。粗略地說這種結(jié)合有兩種方式，一種是將計(jì)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(jì)算機(jī)功能的日益強(qiáng)大以及

6、其體積的日趨縮小，這類儀器功能也越來越強(qiáng)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(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。虛擬儀器主要是指這種方式。下面的框圖反映了常見的虛擬儀器方案。   虛擬儀器的主要特點(diǎn)有：盡可能采用了通用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件。    可充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的能力，有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，可以創(chuàng)造出功能更強(qiáng)的儀器。用戶可以根據(jù)自己的需要定義和制造各種儀器。    虛擬儀器實(shí)際上是一個(gè)按照儀器需求組織的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。虛擬儀器

7、的研究中涉及的基礎(chǔ)理論主要有計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號(hào)處理。目前在這一領(lǐng)域內(nèi)，使用較為廣泛的計(jì)算機(jī)語言是美國(guó)NI公司的LabVIEW。   虛擬儀器的起源可以追溯到20世紀(jì)70年代，那時(shí)計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)在國(guó)防、航天等領(lǐng)域已經(jīng)有了相當(dāng)?shù)陌l(fā)展。PC機(jī)出現(xiàn)以后，儀器級(jí)的計(jì)算機(jī)化成為可能，甚至在Microsoft公司的Windows誕生之前，NI公司已經(jīng)在Macintosh計(jì)算機(jī)上推出了LabVIEW2.0以前的版本。對(duì)虛擬儀器和LabVIEW長(zhǎng)期、系統(tǒng)、有效的研究開發(fā)使得該公司成為業(yè)界公認(rèn)的權(quán)威。目前LabVIEW的最新版本為L(zhǎng)abVIEW2009，LabVIEW 

8、;2009為多線程功能添加了更多特性，這種特性在1998年的版本5中被初次引入。使用LabVIEW軟件，用戶可以借助于它提供的軟件環(huán)境，該環(huán)境由于其數(shù)據(jù)流編程特性、LabVIEW Real-Time工具對(duì)嵌入式平臺(tái)開發(fā)的多核支持，以及自上而下的為多核而設(shè)計(jì)的軟件層次，是進(jìn)行并行編程的首選。 利用LabVIEW，可產(chǎn)生獨(dú)立運(yùn)行的可執(zhí)行文件，它是一個(gè)真正的位編譯器。像許多重要的軟件一樣，LabVIEW提供了Windows、UNIX、Linux、Macintosh的多種版本。  它主要的方便就是，一個(gè)硬件的情況下，可以通過改變軟件，就可以實(shí)現(xiàn)不同的儀器儀表的功

9、能，非常方便，是相當(dāng)于軟件即硬件。 鑒于LabVIEW有諸多優(yōu)點(diǎn)，這次我們將應(yīng)用LabVIEW來完成一個(gè)十字路口交通燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。2、 交通燈的總體設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)要完成一個(gè)十字交通信號(hào)燈的設(shè)計(jì)，這個(gè)交通信號(hào)燈系統(tǒng)能為行駛的車輛指示能否通行。這個(gè)交通路口每一個(gè)方向上的紅綠黃燈按綠黃紅的順序循環(huán)，每個(gè)循環(huán)的時(shí)間為26s，其中通行（綠燈）的時(shí)間為10s，等待通行（黃燈）的時(shí)間為3s，禁止通行（紅燈）的時(shí)間為10s。當(dāng)停止鍵按下時(shí)，循環(huán)停止?？傮w設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。圖1總體結(jié)構(gòu)框圖3、 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

10、設(shè)計(jì)中的前面板比較復(fù)雜，需要用到9盞燈和4個(gè)等待時(shí)間以及一個(gè)停止按鍵。每盞燈滅時(shí)為黑色，亮?xí)r為紅、綠或者黃色。每盞燈都是布爾變量，只有亮和滅的狀態(tài)。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，改變其顏色，分別設(shè)置為紅綠黃，將9個(gè)指示燈拖到前面板上，做出一個(gè)合適的指示燈，依同樣的步驟可以做好另外8個(gè)，將9個(gè)燈均分為3組，每組都包含紅、黃、綠三種顏色的燈，做成一個(gè)完整的交通燈。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。在前面板合適的位置放置一個(gè)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。前面板設(shè)計(jì)如圖2所示。

11、圖2前面板的設(shè)計(jì) 4、程序框圖的設(shè)計(jì) 4.1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和圖4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時(shí)間計(jì)數(shù)器 圖4時(shí)間計(jì)數(shù)器接線圖4.2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30s，取余數(shù)。得到的余數(shù)x的范圍為0<=x<30,當(dāng)0<=x<3時(shí)，條件滿足，執(zhí)行第一個(gè)條件結(jié)構(gòu)里面的程序即第一個(gè)狀態(tài)。當(dāng)3<=x<10時(shí)，條件滿足，

12、執(zhí)行第二個(gè)條件結(jié)構(gòu)里面的程序即第二個(gè)狀態(tài)。當(dāng)10<=x<13時(shí)，條件滿足，執(zhí)行第三個(gè)條件結(jié)構(gòu)里面的程序即第三個(gè)狀態(tài)。當(dāng)13<=x<20時(shí)，條件滿足，執(zhí)行第四個(gè)條件結(jié)構(gòu)里面的程序即第四個(gè)狀態(tài)。當(dāng)20<=x<23時(shí)，條件滿足，執(zhí)行第五個(gè)條件結(jié)構(gòu)里面的程序即第五個(gè)狀態(tài)。當(dāng)23<=x<30時(shí)，條件滿足，執(zhí)行第六個(gè)條件結(jié)構(gòu)圖5里面的程序即第六個(gè)狀態(tài)。時(shí)間分段的程序結(jié)構(gòu)如圖5所示。圖6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6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

13、到條件結(jié)構(gòu)作為分支選擇器信號(hào)。 4.3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7所示。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(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。 圖7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

14、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8到圖13所示。 4.4循環(huán)的設(shè)計(jì)圖8LabVIEW中的循環(huán)結(jié)構(gòu)主要通過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)。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)。 W

15、hile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)及說明如圖8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。4.5程序框圖總圖如圖9和圖10所示圖9程序框圖總圖1圖10程序框圖總圖24、 設(shè)計(jì)結(jié)果與分析4.5程序框圖各個(gè)模塊 圖11 圖12第一個(gè)狀態(tài)：程序框圖如圖11所示，運(yùn)行時(shí)的效果四個(gè)方向上的黃燈亮10秒，倒計(jì)時(shí)從3秒開始，計(jì)時(shí)至0秒時(shí)觸發(fā)第二個(gè)狀態(tài)；第二個(gè)狀態(tài)：程序框圖如圖12所示，運(yùn)行時(shí)的效果南北方向的綠燈各亮10秒，東西方向的紅燈各亮10秒，倒計(jì)時(shí)從13秒開始，計(jì)時(shí)至3秒時(shí)觸發(fā)第三個(gè)狀態(tài)；第三個(gè)狀態(tài)：

16、程序框圖如圖13所示，運(yùn)行時(shí)的效果四個(gè)方向上的黃燈亮3秒，倒計(jì)時(shí)從3秒開始，結(jié)束時(shí)觸發(fā)第四個(gè)狀態(tài)；第四個(gè)狀態(tài)：程序框圖如圖14所示，運(yùn)行時(shí)的效果東西方向的綠燈各亮10秒，南北方向的紅燈各亮10秒，倒計(jì)時(shí)從13秒開始，計(jì)時(shí)至3秒時(shí)觸發(fā)第一個(gè)狀態(tài)； 圖13 圖14五、設(shè)計(jì)體會(huì)經(jīng)過這次課程設(shè)計(jì)，不僅讓我們的知識(shí)更加牢固，還讓我意識(shí)到我們所學(xué)的知識(shí)可以與生活緊密的聯(lián)系起來。這讓我對(duì)自己有了更多的信心，因?yàn)槲覀冊(cè)诖髮W(xué)里面不是混日子，而是在學(xué)習(xí)真正對(duì)我們的生活有幫助的知識(shí)和能力。一個(gè)小小的課程設(shè)計(jì)，卻讓我有了大大的希望。我會(huì)更加珍惜現(xiàn)在這么好的學(xué)習(xí)環(huán)境，努力學(xué)習(xí)知識(shí)，讓自己在激烈的社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)中立足，也把自己

17、所學(xué)的知識(shí)運(yùn)用到生活實(shí)際中去。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，沒有過實(shí)際開發(fā)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，雖然上課的時(shí)候講過很多關(guān)于LabVIEW的應(yīng)用，但課后也從沒真正地應(yīng)用過這個(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。但通過對(duì)LabVIEW進(jìn)行了幾天的摸索學(xué)習(xí)，最終把課程設(shè)計(jì)做好了，并發(fā)現(xiàn)LabVIEW很實(shí)用。通過這次課程設(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。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，真的很方便！ 課程設(shè)計(jì)的過程中，我遇到了不少的問題，但最終還是客服了困難，圓滿完成任務(wù)，當(dāng)然其中很大一部分功勞都要?dú)w功于指導(dǎo)老師曹老師的教學(xué)和同學(xué)們互相學(xué)習(xí)、交流。6、 參考文獻(xiàn)1(美)畢曉普，喬瑞萍，林欣.LabVIEW8實(shí)用教程.電子工業(yè)出版社2戴鵬飛.測(cè)試工程與LABVEIW應(yīng)用.北京：電子工