【设计】基于虚拟仪器的交通灯设计测控系统工程设计课程设计

【关键字】设计
课程设计说明书
（2012 /2013 学年第一学期）
课程名称《测控系统工程设计》课程设计
题目：基于虚拟仪器的交通灯设计
专业班级：
学生姓名：
学号：
指导教师：高敬格苗敬利岑毅南等
设计周数：1周
设计成绩：
1日
目录
引言 (3)
一、虚拟仪器LABVIEW和交通灯简介 (4)
1.1 LABVIEW简介 (4)
1.2 交通灯介绍 (4)
二、交通灯的总体设计 (5)
2.1 实现功能 (5)
2.1 设计原理 (5)
2.3 工作步骤 (5)
2.4 总体设计思路 (6)
三、前面板设计 (7)
四、程序设计 (9)
五、总结心得 (11)
六、参考文献 (11)
引言
实现十字路口信号灯控制系统的方法有很多，可以通过可编程控制器PLC、单片机、标准逻辑器件等方案实现。

但是这些控制方法的功能修改及调试都需要硬件的支持在一定程度上增加了设计难度提高了设计成本。

随着计算机技的迅猛发展虚拟仪器技术在数据采集、自动尝试和仪器控制领域得到广泛应用促进并推动尝试系统和测量控制的设计方法与实现技术发生了深刻的变化。

“软件就是仪器”己经成为尝试与测量技术发展的重要标志。

于是基于LabVIEW的智能交通灯控制系统就出现了该系统可实现3种颜色灯的交替点亮
通过信息提示指挥车辆和行人安全通行并能实时监测交通灯工作状态。

该系统不仅编程简单、灵活、具有较高的可靠性而且成本低、具有良好的经济效益。

虚拟仪器virtual instrumention是基于计算机的仪器。

计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。

粗略地说这种结合有两种方式一种是将计算机装入仪器其典型的例子就是所谓智能化的仪器。

随着计算机功能的日益强大以及其体积的日趋缩小这类仪器功能也越来越强大目前已经出现含嵌入式系统的仪器。

另一种方式是将仪器装入计算机。

以通用的计算机硬件及操作系统为依托实现各种仪器功能。

虚拟仪器主要是指这种方式。

虚拟仪器的主要特点有
1尽可能采用了通用的硬件，各种仪器的差异主要是软件。

2可充分发挥计算机的能力，有强大的数据处理功能，可以创造出功能更强的仪器。

3用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器。

4虚拟仪器实际上是一个按照仪器需求组织的数据采集系统。

虚拟仪器的研究中涉及的基础理论主要有计算机数据采集和数字信号处理。

目前在这一领域内使用较为广泛的计算机语言是美国NI公司的LabVIEW
一、虚拟仪器LABVIEW和交通灯简介
1.1 LABVIEW简介
LabVIEW是一种程序开发环境由NI公司研制开发的类似于C和BASIC开发环境但是LabVIEW与其他计算机语言的显著区别是其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码而LabVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序产生的程序是框图的形式。

LabVIEW提供很多外观与传统仪器如示波器、万用表类似的控件可用来方便地创建用户界面。

用户界面在LabVIEW中被称为前面板。

使用图标和连线可以通过编程对前面板上的对象进行控制。

这就是图形化源代码又称G代码。

相对于传统的标准仪器来说LabVIEW由于是基于软件的所以提供了更大的灵活性。

通过LabVIEW开发的虚拟仪器是由用户而不是仪器生产商定义仪器功能的。

一台计算机、数采板卡和LabVIEW的结
合就能够变成一个可配置的虚拟仪器来完成用户设定的任务。

通过LabVIEW就可以用传统仪器。

几分之一的价格创建一个用户所需要的虚拟仪器。

当需要改变这个虚拟仪器的时候
只几分钟的时间通过LabVIEW修改就可以了。

为了便于使用LabVIEW还集成了大量的函数库以及子程序来帮助完成绝大多数的编程任务。

在使用这些子函数的时候可以忘掉传统编程语言中的令人头痛的指针操作、内存分配等编程问题。

除此之外LabVIEW还包含了针对应用的数据采集DAQ、GPIB、串口、数据分析、数据显示、数据存储以及Internet 网络通信的函数库。

1.2 交通灯介绍
交通灯通常指由红、黄、绿三种颜色灯组成用来指挥交通的信号灯。

绿灯亮时准许车辆通行黄灯亮时已越过停止线的车辆可以继续通行红灯亮时禁止车辆通行。

近年来在快速城市化进程和经济发展的影响下城市交通迅速增长交通问题成为困扰许多大城市发展的通病已成为日趋严峻的国际性问题。

其中十字路口则是造成交通堵塞的主要”瓶颈”。

世界发达国家都在积极探索如何最大限度地发挥道路通行能力尽量减少交通堵塞造成的各种损失。

我们设计了基于labview的智能交通灯控制系统该系统可实现3种颜色灯的交替点亮通过信息提示指挥车辆和行人安全通行并能实时监测交通灯工作状态。

该系统不仅编程简单、灵活、具有较高的可靠性而且成本低、具有良好的经济效益
二、交通灯的总体设计
2.1 实现功能
本次课程设计要完成一个交通信号灯的设计这个交通信号灯系统能为一个方向行驶的车辆指示能否通行。

这个交通路口一个方向上的红绿黄灯按绿—黄—红的顺序循环，通行：绿灯的时间为8s，,等待通行黄灯的时间为2s，,禁止通行红灯的时间为10s。

当停止键按下时，循环停止。

2.2设计原理
U18 通过DO0、DO1、DO2 输出高电平或低电平信号，通过U9 ULN2003 器件反向后，分别驱动D6 红灯、D7 黄灯、D8 绿灯开始发光或结束发光，同时，U18 通过设置DO7~DO13 端为高电平或低电平信号，通过U10 ULN2003 分别反向驱动DIG1 数码管a~g 各段显示相应的数码信息，最终实现当某一灯亮时，数码管从某一数值开始倒记时。

2.3工作步骤：
1．接线：用电缆将实验板数字口XS2与采集卡数字口连接。

2．调试与结果：通过U18 应用软件控制U18 的DO0、DO1、DO2 端的高或低电平状态，点亮红、黄、绿三盏灯中的一只，同时控制U18 的DO7~DO13 端的高或低电平状态，显示某一数值，并按每秒减1 的规则控制数码管显示相应的数值。

3．整个显示过程是：
红灯亮，同时数码管从某一初始值按每秒减1 的规则显示—>当显示值为0 时，红灯暗，黄灯亮，同时数码管从某一初始值按每秒减1 的规则显示—>当显示值为0 时，黄灯暗，绿灯亮，同时数码管从某一初始值按每秒减1 的规则显示—>当显示值为0 时，绿灯暗，黄灯亮，同时数码管从某一初始值按每秒减1 的规则显示—>当显示值为0 时，黄灯暗，红灯亮，同时数码管从某一初始值按每秒减1 的规则显示。

如此循环往复。

2.4 总体设计思路
设计可以用三盏灯来指示路口的红绿灯状况它们分别是下文中的红、黄、绿。

信号灯按一定规律循环点亮，红灯亮10秒，黄灯亮2秒，绿灯亮8秒。

总体流程如图2-4-1
图2-4-1
三、前面板设计
前面板是VI的用户界面。

创建VI时通常应先设计前面板然后在前面板上创建输入/输出任务。

本课程设计中前面板比较简单只需要用三盏灯、1个LED逻辑和等待时间、一个停止按键即可。

其中的三盏灯红、黄、绿各一盏在控件选板中选择指示灯，将它放在前面板合适的位置，单击鼠标右键，更改指示灯的属性，改变指示灯的大小，改变其颜色，分别设置为红绿黄，将三个指示灯拖到前面板上，做出一个合适的指示灯。

依同样的步骤可以做好另外两个，再用框将这组灯框起来做成一个交通灯。

在交通灯合适的位置放置一个数值显示控件作为交通灯的计时器。

在前面板合适的位置放置一个开关按钮控制循环的停止。

这样交通灯系统的前面板就做好了。

面板设计如图3-1，3-2,3-3所示
图3-1红灯工作前面板示意图
图3-2黄灯工作前面板示意图
图3-3绿灯工作前面板示意图
四、程序设计
对同一路口灯亮顺序的控制，红绿黄灯的亮灯顺序是固定的，即假设初始状态为红灯接下来是黄灯，绿灯。

在labview环境下，由于顺序框架的使用比较灵活，在编辑状态时可以很容易的改变层叠式顺序结构各框架的顺序。

鉴于以上因素，该模块主要通过顺序结构实现信号灯的交替点亮。

程序框图如下图4-1，4-2,4-3,4-4。

图4-1红灯工作程序
图4-2黄灯工作程序（红灯后）
图4-3绿灯工作程序
图4-4黄灯工作程序（绿灯后）
五总结心得
六参考文献
[1] 沙占友.内燃机测试仪器的原理与维修.北京：国防工业出版社，1985，11
[2] 靖苏铜.赵福堂.基于LabVIEW的热电偶温度测量系统：仪表与计量技术，2005.12.
[3] 尹雪飞，陈克安．集成电路速查大全．西安：西安电子科大出版社，2000.10
[4] 康华光．电子技术基础．北京：高等教育出版社，1996.
[5] NI’ SCC—TC Series Thermocouple Input Modules User Gtlide
[6] 沙占友, 庞志锋, 张苏英. 新编实用数字化测量技术. 北京: 国防工业出版社, 1999.
[7] 秦树人主编. 虚拟仪器，北京：中国计量出版社，2004.
[8] National Instruments LabVIEW Basic I, National Instruments,汪敏生等译
著.LabVIEW基础教程.北京：电子工业出版社，2002年.
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