课程教学设计报告根据LabVIEW的交通灯设计

《虚拟仪器技术》课程设计
课题：虚拟交通灯系统设计
班级：测控0802
学号： *********
*名：***
指导教师：王莉陈兴
扬州大学能源与动力工程学院
2012年2月
目录
1课程设计的目的及任务 (1)
1.1课程设计的目的 (1)
1.2课程设计的任务 (1)
1.3课程设计的要求及技术指标 (1)
2总方案的确定并画出原理框图 (2)
3各基本单元原理及设计 (3)
3.1前面板的设计 (3)
3.2定时信号的产生 (4)
3.3时间信号的分段 (4)
3.4各族时间信号的动作 (5)
3.5循环的设计 (8)
4各个工作阶段截图 (10)
5电路接线与安装 (12)
5.1电路安装调试步骤 (12)
5.2实验电路图 (12)
6体会 (14)
附录1：课程设计任务书 (15)
1 课程设计的目的及任务
1.1 课程设计目的
（1）掌握LabVIEW软件编程方法；
（2）培养综合应用所学知识来指导实践的能力。

1.2 课程设计的任务
许多大城市如北京、上海、南京等随着城市机动车量的不断增加出现了交通超负荷运行的情况，自80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。

然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。

而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。

因此，开发一套能够社会服务的交通灯控制器将是非常必要和及时的。

1.3 课程设计的要求及技术指标
（1）能够将现实生活中的交通灯出现顺序在电脑上面显示；
（2）还要有时间显示和人行横道；
（3）具有友好的人机界面。

2 总方案的确定并画出原理框图
本次我们是通过采用基于虚拟仪器的交通灯控制系统的设计,自动控制十字路口四组红、绿交通灯的状态转换的方法,指挥各种车辆和行人安全通行,实现十字路口交通管理的自动化。

绿灯亮时，准许车辆通行，行人通行。

红灯亮时，禁止车辆通行，为交通安全提供保障。

同时还提供人行横道的指示和时间显示。

使这个虚拟的交通灯程序更好用。

我采用的控制逻辑顺序如下（因为相对的两个方向顺序一样所以只列出了北方和东方的逻辑顺序）：
（1）北右灯和东左为绿灯，所有人行道为红灯（30秒）；
（2）北直灯和东右为绿灯，南北的人行横道为绿灯（30秒）；
（3）北左灯和东直为绿灯，东西的人行横道为绿灯（30秒）；
原理框图如下：
图2.1 交通灯逻辑图
3 各基本单元原理及设计
3.1 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，需要用20盏灯、12个时间显示器、一个停止按键即可。

其中的20盏灯，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，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。

图3.1 交通灯前面板
3.2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3-2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。

图3.2时间计数器
图3.3 时间计数器连线图
3.3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90s，取余数。

得到的余数x的范围为0<=x<90,当0<=x<30时，条件满足，执行第一个条件结构里面的程序，北右和东左灯点绿，且所有的人行横道的灯为红灯。

当30<=x<60时，条件满足，执行第二个条件结构里的程序，北直和东右灯点绿，且南北的人行横道为绿灯。

当60<=x<90时，条件满足，北左和东直灯点绿，且东西的人行横道为绿灯。

图3.4 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3-5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3.5 判定范围并强制转换控件
3.4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3-6所示。

图3.6 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3.7到图3.10所示。

第一阶段：余数在0至30秒之间，此时北右和东左两个灯点绿，各个人行横道均为红灯。

图3.7 条件结构1
第二阶段：北直灯和东右为绿灯，南北的人行横道为绿灯（30秒）。

图3.8 条件结构2
第三阶段：北左灯和东直为绿灯，东西的人行横道为绿灯（30秒）
图3.9 条件结构3
3.5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3.10 while循环
4 各个工作阶段截图
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。

各种状态的效果在下文中将会讲到。

运行状态一：北右灯和东左为绿灯，所有人行道为红灯（30秒）；
图4.1 运行状态一
运行状态二：北直灯和东右为绿灯，南北的人行横道为绿灯（30秒）；
图4.2 运行状态二
运行状态三：北左灯和东直为绿灯，东西的人行横道为绿灯（30秒）；
图4.3 运行状态三
5 电路接线与安装
5.1电路安装调试步骤
（1）根据原理框图设计程序；
（2）检查程序接线和各个判断框对应情况；
（4）根据情况分析实验结果。

5.2实验电路图
电路一：
图5.1 电路接线图1
电路二：
图5.2 电路接线图2
6 体会
此次课程设计圆满结束了，对于我经过努力所得的结果，我感到非常满意。

此次设计以分组的方式进行，每组有一个题目。

我做的是十字路口交通灯系统。

由于平时大家都是学理论，没有过实际开发设计的经验，虽然上课的时候讲过很多关于LabVIEW的应用，但课后也从没真正地应用过这个软件，对它一点都不熟悉，拿到的时候都不知道怎么做。

但通过对LabVIEW进行了几天的摸索学习，我终于把课程设计做好了，并发现LabVIEW很实用。

通过这次课程设计我基本学会了虚拟仪器设计的步聚和基本方法，提高了动手能力，增强了理论联系实际的能力，分组工作的方式给了我与同学合作的机会，提高了与人合作的意识与能力，同时也培养和发展了同学之间的感情，对此我感到非常欣慰。

总之，在这次课程设计中我受益匪浅。

在这个课程设计中，我真正的感受到了虚拟仪器的优越性，“软件即仪器”，仅仅在Labview上写入一些图形程序，就可以实现相应的仪器的功能，只需要借助一台计算机，一个LabVIEW软件，就可以实现很多仪器的功能，真的好方便！这真的是仪器界的一场伟大的革命，可以断定不久的将来虚拟仪器之风将刮到世界上每个角落。

课程设计的过程中，我遇到了不少的问题，但最终我终究还是战胜困难，取得了成功，当然其中很大一部分功劳都要归功于指导老师王老师和同学们，要不是没有指导老师的指导和与同学们的相互交流学习，我的课程设计肯定不会如此轻松。

附录1：
1.设计目的
（1）掌握LabVIEW软件编程方法
（2）掌握LabVIEW硬件的应用
（3）培养综合应用所学知识来指导实践的能力
2.设计所用仪器及器件
(1) NI公司的数据采集和信号调理卡。

NI DQA-6024卡，NI
SC-2075卡各一套。

(2) PⅢ计算机一台。

(3)各种相关的实验材料和设备。

3.实物内容及要求
（1）设计成果一份。

（2）课程设计论文一份。

4.进程安排
1．布置任务、查阅资料，方案设计（两天）
根据设计要求，查阅参考资料，进行方案设计及可行性论证，确定设计方案，画出详细的原理图。

2．上机在LabVIEW环境下按要求进行设计（三天）
要求在虚拟仪器上观测到正确的波形并达到规定的技术指标。

3．硬件的装配及调试（三天）
使用数据采集卡进行装配调试，使其全面达到规定的技术指标，最终通过验收。

4．总结报告（一天）
5.课程设计报告内容
总结设计过程，写出设计报告，设计报告具体内容要求如下：1．课程设计的目和设计的任务
2．课程设计的要求及技术指标
3．总方案的确定并画出原理框图。

4．各基本单元原理及设计 (结合设计图写)。

5．总原理图，工作原理、工作特性（结合框图及前面版讲解）。

6．电路安装、调试步骤及方法，调试中遇到的问题，及分析解决方法。

7．实验结果分析，改进意见及收获。

8．体会。