交通灯控制系统设计

课程设计任务书

利用 NI ELVIS II 平台和开发软件 LabVIEW 搭建了一个十字路口双向交

通灯控制系统，实现交叉口3种颜色信号灯的交替点亮、持续时间设置等控制，可以指挥车辆和行人安全通行。

双向交通灯的基本工作周期是 60 秒，其中 25 秒是红灯，接下来 5 秒是黄灯，再接下来 25 秒是绿灯，在其后 5 秒是黄灯，存在四个定时周期 T1=25 秒、T2=5 秒、 T3=25 秒、 T4=5 秒。

设计进度计划：

第一天(12.28)：了解毕业设计课目,查找相关资料,以对题目有初步了解，整理资料。

第二天(12.29)：根据确定方案，比较、选择设计所需元器件，根据题目要求，设计硬件电路，并进一步优化改进。

第三天(12.30)：利用LABVIEW开发环境编写程序，完成硬件电路设计。

第四天(12.31)：编写论文，运行调试。

第五天(1. 4 )：提交正式设计论文，课程设计结束。

基于 NI ELVIS II平台的交通灯控制系统设计

摘要：本实验将传统的交通灯控制系统移植到 NI ELVIS 实验教学平台，利用

NI ELVIS 平台和开发软件 LabVIEW 搭建了一个十字路口双向交通灯控制系统，实现交叉口3种颜色信号灯的交替点亮、持续时间设置等控制，可以指挥车辆

和行人安全通行。实验证明， NI ELVIS 比传统实验教学设备更具有创新性，

灵活性和实践性。

关键词：虚拟仪器； NI ELVIS II ； LabVIEW ；交通灯

目录

第1章绪论 (4)

1.1 研究的目的和意义 (4)

1.2 国内外研究现状 (4)

第2章 LabVIEW 和NI ELVIS II 简介 (5)

2.1 LabVIEW 简介 (5)

2.2 NI ELVIS II简介 (5)

第3章基于 NI ELVIS II的交通灯控制设计 (6)

3.1 交通管理方案 (6)

3.2 硬件设计 (6)

3.3 软件设计 (7)

第4章总结 (9)

附录1 总程序框图 (10)

附录2 原件清单 (11)

参考文献 (12)

第1章绪论

1.1 研究的目的和意义

NI ELVIS是将DAQ（数据采集）硬件和LabVIEW软件组合成的一个虚拟仪器教学实验装置，包括硬件和软件两部分，其硬件包括可运行LabVIEW的计算机、DAQ设备、68针电缆、平台工作站和原版实验板；软件包括LabVIEW开发环境、NI-DAQ、SFP仪器和可针对ELVIS硬件进行程序设计的一系列LabVIEW API。平台工作站和DAQ设备一起建立了一个完整的实验系统，工作站控制面板提供了旋钮调节的函数发生器、可调电源和SFP仪器(示波器和数字万用表)的BNC和香蕉型接口。数据采集卡用于实现电路中的实测信号和LabVIEW程序产

生信号的传递。原型实验板连接在平台工作站上，为用户提供一个组建电路的平台。NI ELVIS软件可在SFP仪器间传送平台工作站上信号。NI ELVIS拥有

12种精密仪器，这些仪器基于NI LabVIEW图形化系统设计软件，具有USB即

插即用功能，并且允许进行快速简单的测量采集与显示。本设计利用了NI ELVIS实现了在LabVIEW实验中虚拟仪器的仿真功能。研究城市交通信号系统

具有一定的学术价值和实用价值，适应未来城市的交通的发展。

1.2 国内外研究现状

在国内，NI ELVIS平台集成有常用实验仪器该平台集成有波形发生器、示波器、数字万用表、可变电源等，同时NI ELVIS可根据课程需要开发和购买不同功能的实验板建立通信、自动控制、物理等不同学科的实验室。实验实现原理简单NI ELVIS平台具备数据采集功能，可直接把模拟信号输入计算机。

在国外，美国国家仪器仪表有限公司（National Instruments，简称NI）近日发布最新NI ELVIS II设计与原型平台，作为一款简单、集成的系统，它可以将理论与实际应用相联系，这对于实验室和院校教学来说是理想的选择。新款NI ELVIS系列集成了一款板载100MS/s示波器，并配备一系列的新款附加板卡，拓展了仪器和电路应用。利用已广泛应用于全球工业和研究院校中NI LabVIEW图形化系统，设计虚拟仪器技术动手学习课程更为方便。NI ELVIS开放式的配置性能，为众多高级课题项目提供了一个高性价比的、可拓展的教学和原型平台。

第2章 LabVIEW 和NI ELVIS II 简介

2.1 LabVIEW 简介

Labview是一种程序开发环境，由美国国家仪器（ 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 的程序是数据流驱动的。数据流程序设计规定，一个目标只有当它的所有输入有效时才能执行；而目标的输出，只有当它的功能完全时才是有效的。这样， LabVIEW 中被连接的方框图之间的数据流控制着程序的执行次序，而不像文本程序受到行顺序执

行的约束。从而，可以通过相互连接功能方框图快速简洁地开发应用程序，甚至还可以有多个数据通道同步运行。

在 LabVIEW 环境下开发的应用程序我们称之为虚拟仪器（ VI ）。虚拟仪器设计步骤由程序输入和程序调试组成。一个完整的 VI包括前面板（ front panel ）、流程图（ block diagram ）以及图标 / 连结器 (icon/connector) 三部分。因此一个 VI 程序的设计主要包括前面板的设计、框图程序的设计以及图标 / 连接器。

1 ）前面板的设计是根据实际中的仪器面板以及该虚拟仪器所要实现的功能，利用 LabVIEW 的控制模板在用户界面上添加输入控制器和输出指示器。

控制器用以输入数据到程序，而指示器则用来显示程序产生的数值。

2 ）框图程序的设计是在前面板设计好以后，根据各个框图之间的关系以

及对数据的处理方法等设计框图程序（即源代码），主要是对节点、数据端口

和连线的设计。节点是 VI 程序运行的要素，可以把他理解为程序的语句、函数或子程序，他包括 4 种类型：函数、 VI 子程序、结构和代码接口。

3 ）连线是指将流程图上的每一个对象的连线端子连接起来，构成构成对象之间的数据通道。连线时要注意数据的流向和类型。不同的数据类型用不同的线形表示。

当前面板和程序框图设计好以后，程序的执行过程中可能会遇到很多方面

的错误，因此要对程序进行调试。程序的调试方法主要：找出语法错、设置执行程序高亮、断点与单步执行和探针。

2.2 NI ELVIS II简介

NI ELVIS II是将 DAQ （数据采集）硬件和 LabVIEW 软件组合成的一个

虚拟仪器教学实验装置，包括硬件和软件两部分，其硬件包括可运行 LabVIEW 的计算机、 DAQ 设备、 68 针电缆、平台工作站和原型实验板；软件包括LabVIEW 开发环境、 NI-DAQ 、 SFP 仪器和可针对 ELEVIS 硬件进行程序设计的一系列 LabVIEW API 。

平台工作站和 DAQ 设备一起建立了一个完整的实验系统，工作站控制面板

提供了旋钮调节的函数发生器、可调电源和 SFP 仪器（示波器和数字万用表）的 BNC 和香蕉型接口。数据采集卡用于实现电路中的实测信号和 LabVIEW 程

序产生信号的传递。原型实验板连接在平台工作站上，为用户提供一个组建电

路的平台。 NI ELVIS 软件可在 SFP 仪器间传送平台工作站上信号。 NI