十字路口交通信号灯(虚拟仪器Labview)

图2-9条件结构3
第四阶段：当南北黄灯点亮5秒后，即 余数大于40并且小于70时，条件结构4为假 的条件满足,南北绿和东西红两个灯点亮,东 西方向的时间显示器显示离东红(禁止通行) 熄灭的时间（从35s到6s）,南北方向的显示 离绿灯(通行)熄灭的时间（从30s到1s）。
图2-10条件结构4
2.5循环的设计 LabVIEW中的循环结构主要通过while和for循环 实现。这两种循环的功能基本相同，但使用上有一些 差别。for循环必须确定循环次数，循环一定次数后自 动退出循环；而while循环不用确定循环次数，只需要 指定退出循环的条件。 本次课程设计中循环的次数不能确定，所以就用 到了while循环。LabVIEW中的while循环相当于C语言 中的while循环和do…while循环。 While循环可以从程序框图中的【结构】子选板 中创建，while循环包括两个端口：条件端口和重复端 口。它的功能、图标及说明如图所示。 在此课程设计中，用按键连接条件端口，当按键 按下时，循环停止。
图2-2 时间计数器
图2-3 时间计数器接线图
2.3时间信号的分段 将得到的时间信号除以每个循环所用的时间70s， 取余数。得到的余数x的范围为0<=x<70,当 0<=x<5时，条件满足，执行第一个条件结构里面 的程序，北黄、南黄、西红和东红灯点亮。当 5<=x<35时，条件满足，执行第二个条件结构里 的程序，北红、南红、西绿和东绿灯点亮。当 35<=x<40时，条件满足，东黄、西黄、南红和北 红灯点亮。当40<=x<70时，x<40的条件不满足， 执行条件结构里面为假的程序，北绿、南绿、西 红和东红灯点亮。
图2-6条件结构
在条件结构中，选择端口相当于switch语句中 的“表达式”，框图表示符相当于“表达式n”。编 程时，将外部控制条件连接至选择端口上，程序运 行时选择端口会判断送来的控制条件，引导选择结 构执行相应框架中的内容。在本程序中的控制条件 为从判定范围并强制转换“？”端口输出地判断值。 当各组条件满足时，将执行各条件结构里的 程序。每个条件结构里的程序基本相同。用需要点 亮的灯与布尔真常量连接，不需要点亮的与布尔假 常量连接，而时间显示器则用一定的值减去输入的 时间量，以实现倒计时的功能，各结构里的程序略 有不同，具体程序如图2-7到图2-10所示。
图2-11while循环
◎总体设计方案
◎程序的设计
◎软件调试
调试
这次所设计的十字路口交通灯有 四种运行状态：状态1、状态2、状态3、 状态4。
运行状态1，南北红灯亮35s—6s，东西绿灯 亮30s—1s，此时东西方向的车辆可以通行，通行 时间总共为30s，南北方向禁止通行，禁止时间总 共为35s。时间显示器显示的为离下一个状态到来 的时间，如图3-1东西灯显示器显示为15，表明再 过15s绿灯将转变为黄灯，彼时东西方向将禁止通 行；南北灯显示器显示为20，表明再过20s红灯将 转变为绿灯，彼时南北方向将允许通行。
图3-1运行状态1
运行状态2，南北红灯亮6s—1s，东西黄灯 亮6s—1s，此时东西方向的车辆准备禁止通行。 准备时间总共为5s，南北方向的车辆准备通过。 时间显示器显示的为离下一个状态到来的时间， 如图3-2所示，四个显示器都显示为5，表明再过 5s南北方向将转变为绿灯，东西方向转为红灯， 彼时东西方向将禁止通行，南北方向将允许通行。
第一阶段：余数在0至5秒之间，此 时东红、西红、南黄和北黄两个灯点亮， 东西方向的时间显示器显示为离红灯熄 灭的时间（从6s到1s），南北方向的时 间显示器显示为离黄灯熄灭的时间（从 6s到1s）。
图2-7条件结构1
第二阶段：当北黄和南黄灯点亮5秒后， 即余数大于5并且小于35时，条件结构2条件 满足,北红、南红、西绿和东绿两个灯点亮, 东西方向的时间显示器显示离东西绿(通行) 熄灭的时间（从30s到1s）,南北方向的显示 离红灯(禁止通行)熄灭的时间（从35s到 6s）。
虚拟仪器大型实验
十字路口交通信号灯的设计
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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。 鉴于LabVIEW有诸多优点，这次我们将应 用LabVIEW来完成一个十字路口交通信号灯系 统的设计。
总体流程图
◎总体设计方案
◎程序的设计
◎软件调试
2.1 前面板的设计 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，只需要用十二盏灯、四 个时间显示器、一个停止按键即可。其中的十二盏灯， 红、黄、绿各四盏，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，做出一个合适的指示灯，依同 样的步骤可以做好另外十一个，将十二个灯均分为四组， 每组都包含红黄绿三种颜色的灯，再用框将每组灯框起 来，做成一个交通灯。在每组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。
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1.2 总体思路 此次设计可以用十二盏灯来指示路口的红绿灯状况， 它们分别是下文中的东红、东黄、东绿、北红、北黄、 北绿、西红、西黄、西绿、南红、南黄、南绿。 信号灯按一定规律循环点亮，每盏红灯亮35秒，每 盏黄灯亮5秒，每盏绿灯亮30秒。每个循环包括四个阶 段。第一阶段：北黄、南黄、西红和东红灯点亮，时 间为5秒。第二阶段：北红、南红、西绿和东绿灯点亮， 时间为30秒。第三阶段：东黄、西黄、南红和北红灯 点亮，时间为5秒。第四阶段：北绿、南绿、西红和东 红灯点亮，时间为30秒。每个循环用时70秒。东西、 南北两个方向分别放置一个时间显示器来显示离下一 个信号到来的时间。 用计数器产生以秒为单位的计时信号，再将产生的时 间信号进行分段，每到一个时间段时系统进行相应的 动作。
图2-8条件结构2
第三阶段：当东西绿灯点亮30秒后， 即余数大于35并且小于40时，条件结构3条 件满足,东西黄灯点亮, 而南北红未到熄灭的 时间，继续点亮。东西方向的时间显示器显 示离东西黄(准备转换)熄灭的时间（从6s到 1s）,南北方向的继续显示离红灯(禁止通行) 熄灭的时间（从6s到1s）。
图2-4 时间分段程序
这里用到了判定范围并强制转换控件，应用 这个控件可以判定输入的数是否在上限和下 限之间。它的图标和作用如图2-5所示。如果 输出信号在范围之内，“？”接口将产生一 个信号，此信号恰可以输入到条件结构作为 分支选择器信号。
图2-5 判定范围并强制转换控件
2.4各组时间信号的动作 条件结构是LabVIEW最基本的结构之 一，条件结构类似于文本编程语言中的 switch语句或者if…then…else语句。条件结 构可以从【结构】子选板中创建，它的图标 及功能如图2-6所示。
图3-3 运行状态3
运行状态4，南北黄灯亮6s—1s，东西 红灯亮6s—1s，此时东西方向的车辆准备通 行，准备时间总共为5s；南北方向的车辆准 备禁止通过。时间显示器显示的为离下一个 状态到来的时间，如图3-4所示，四个显示器 都显示为5，表明再过5s南北方向将转变为红 灯，东西方向转为绿灯，彼时东西方向将允 许通行，南北方向将禁止通行。
◎总体设计方案
◎程序的设计
◎软件调试
1.1 实现的功能 本次课程设计要完成一个十字交通信 号灯的设计，这个交通信号灯系统能 为向北和向东两个方向行驶的车辆指 示能否通行。这个交通路口每一个方 向上的红绿黄灯按绿—黄—红的顺序 循环，每个循环的时间为70s，其中通 行（绿灯）的时间为30s，等待通行 （黄灯）的时间为5s，禁止通行（红 灯）的时间为35s。当停止键按下时， 循环停止。
交 通 灯 前 面 板 示 意 图
2.2 定时信号的产生 毫秒计时器在LabVIEW中的一个计时单元，它的图标与 用途如图2-2所示。在函数选板的【编程】→【定时】 子选板中选择时间计数器选定该单元。毫秒计数器对时 间信号计数,要产生一个一秒为单位的时间信号,所以还 得用毫秒计数值除以1000，取商得到以秒为单位的时间 信号。接线如图2-3所示：
图3-2 运行状态2
运行状态3，南北绿灯亮30s—1s，东西红 灯亮35s—6s，此时东西方向的车辆禁止通行。 禁止时间总共为35s（还有5s在下一个状态中体 现）；南北方向的车辆允许通行，通行时间总共 为30s。时间显示器显示的为离下一个状态到来 的时间，如图3-3所示，南北灯显示器都显示为 10，表明再过10s南北方向将转变为黄灯，彼时 南北方向将准备禁止通行；东西灯显示器显示15， 表明再过15s，东西方向转为绿灯，彼时东西方 向将允许通行。
图3-4 运行状态4
运行中按下停止键后，程序停止 循环，如图3-5所示：
图3-5 停止运行