labview交通灯.doc

虚拟仪器的交通灯设计虚拟仪器的交通灯设计 课程设计 课程设计 电子线路设计与测试电子线路设计与测试 专业名称 专业名称 电子信息工程电子信息工程 学学 号 号 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 学生姓名 学生姓名 坏水坏水 同组人员 同组人员 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 指导教师 指导教师 黄黄 x x 艾艾 x x 2012 年年 5 月月 25 日日 电气与电子信息工程学院 电子线路设计与测试课程设计 课程设计任务书课程设计任务书 2011 2012 学年第 2 学期 学生姓名 学生姓名 坏水坏水 专业班级 专业班级 0909 电信本电信本 x x 指导教师 指导教师 黄黄 x x 艾 艾 x x 工作部门 工作部门 电信教研室电信教研室 一 课程设计题目一 课程设计题目 电子线路设计与测试 二 课程设计目的二 课程设计目的 为了提高电子线路系统设计与实际的应用能力 开始为期二周的电子线路设计与测试 本课程实验使学生更好理解和巩固课堂上所讲的理论知识 提高学生的动手能力 加强学 生独立分析问题和解决问题的能力 为进一步学习专业课作好准备 并为今后从事专业方 面的工作打下坚实基础 通过实践环节使学生在巩固所学各门专业基础课与专业课知识 进一步把其与虚拟仪器系统移植结合起来 增强学生对所学知识的实际应用能力和以及与 当前专业的前沿知识结合 达到对电子线路设计与测试系统的学习和理解 为以后工作的 研究和开发打好基础 三 课程设计内容三 课程设计内容 1 数字逻辑分析仪设计 1 学会使用 NI ELVIS II 提供的数字 DIO 的仪器 Digital writer DigOut Digital reader DigIn 2 回顾信号发生器 FGEN 使用方式 本次实验主要使用 FGEN 产生 TTL 信号 3 回顾示波器 Scope 的使用方式 4 利用 NI 提供的软硬件平台 学习数字时钟 数字计数器 逻辑状态分析 5 熟悉 555 芯片的使用方式及其工作原理 2 LED 交通灯设计 1 学会使用二线电流电压分析仪 2 回顾 DMM 以及 DigWriter 的使用方式 3 了解二极管特性及其测试方式 4 巩固 ELVIS II 的软硬件使用方法 使用 LabVIEW 编程实现交通灯功能 3 自由空间光通信 1 学会使用三线电流电压分析仪 电气与电子信息工程学院 电子线路设计与测试课程设计 2 回顾二线电流电压分析仪 FGEN 示波器 DigWriter 的使用 3 了解发光二极管和光敏二极管的特性 了解三极管特性 4 学生自选设计题目 1 要求难度适中 与应用和工程实际相关 与 LABVIEW 上位机相结合 四 进度安排四 进度安排 序号序号设计内容设计内容所用时间所用时间 1 布置任务 学习 ELVIS II 实验平台3 天 2 进行电子线路硬件的设计2 天 3 制作上位机采集软件2 天 4 软硬件集成和调试1 天 5 答辩 撰写设计报告书2 天 合 计10 天 五 基本要求五 基本要求 1 设计基于 51 单片机的输入和输出电路 2 用 4 4 的键盘作为输入设备 3 用 LED 或 LCD 进行显示 4 开发 C OS II 操作系统的移植代码 5 对系统的进行综合和调试 通过硬件指示移植成功的标志 6 在此嵌入式系统上 除过能完成最基本的输入和显示以外 每个同学根据自己的 特长开发出应用系统 7 编写课程设计的总结 六 设计报告六 设计报告 课程设计报告的基本内容至少包括封面 正文 附录三部分 课程设计报告要求统一 格式 字体工整规范 1 封面 封面包括 电子线路设计与测试 课程设计报告 班级 姓名 学号以及完成日期 等 2 正文 正文是实践设计报告的主体 具体由以下几部分组成 不少于 3000 字 封面 课程设计任务书 方案选择 方案论证 系统功能及原理 系统组成框图 电路原理图 各模块的功能 原理 器件选择 结果分析 设计小结 3 附录 参考文献 统一复印封面并用 4 纸写出报告 电气与电子信息工程学院 电子线路设计与测试课程设计 目录目录 引言引言 1 1 一 虚拟仪器一 虚拟仪器 LABVIEWLABVIEW 和交通灯简介和交通灯简介 1 1 1 1 LABVIEW 简介 1 1 1 2 交通灯介绍 2 2 二 交通灯的总体设计二 交通灯的总体设计 2 2 2 1 实现功能 2 2 2 2 总体设计思路 2 2 三 前面板设计三 前面板设计 3 3 四 程序设计四 程序设计 4 4 部分模块介绍 5 5 五 调试及结果五 调试及结果 6 6 六 总结心得六 总结心得 8 8 七 参考文献七 参考文献 8 8 电气与电子信息工程学院 电子线路设计与测试课程设计 0 引言引言 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 自动测试和仪器控制领域得到 广泛应用促进并推动测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 己经成为测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 一一 虚虚拟拟仪仪器器 L La ab bV VI IE EW W 和和交交通通灯灯简简介介 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 电气与电子信息工程学院 电子线路设计与测试课程设计 1 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 通行 绿灯 的时间为 5s 等待通行 黄灯 的时间为 1s 禁止通行 红灯 的时间为 5s 当停止键按下时 循环 停止 2 2 总体设计思路 设计可以用六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 信号灯按一定规律循环点亮 每盏红灯亮 5 秒 每盏黄灯亮 1 秒 每盏绿灯亮 5 秒 每个循环包括四个阶段 第一阶段 北黄 和东红灯点亮 时间为 1 秒 第二阶段 北红和东绿灯点亮 时间为 5 秒 第 三阶段 东黄和北红灯点亮 时间为 1 秒 第四阶段 北绿和东红灯点亮 时 间为 5 秒 每个循环用时 50 秒 东 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 总体流程如图 2 1 所示 电气与电子信息工程学院 电子线路设计与测试课程设计 2 产生时间信号 开始 进入循环 0123456 全灭北绿 灭 东绿 灭 东黄 北红 东绿 北红 东红 北绿 北黄 东红 是否停止 停止循环 图 2 1 总体流程图 三 前面板设计三 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 只需要用六盏灯 4 个 LED 逻辑和等待时 间 一个停止按键即可 其中的六盏灯 红 黄 绿各两盏 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 将六个指示灯拖到前面 板上 做出一个合适的指示灯 依同样的步骤可以做好另外五个 将六个灯均 分为两组 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 面板设计如图 3 1 所示 电气与电子信息工程学院 电子线路设计与测试课程设计 3 图 3 1 交通灯前面板示意图 四 程序设计四 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 状态为绿灯 接下来是黄灯 红灯 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 而对于两个交 叉路口则需要采用两个顺序结构 而每个顺序结构则需要三个帧 每个帧顺序 完成绿黄红信号灯的亮与灭 程序框图如下图 4 1 图 4 1 程序设计图 4 1 部分模块介绍 1 右侧的 while 循环中包括一个 for 循环 两个常量数组 一个用来控 制灯的逻辑 一个用来控制灯的等待时间 一个数值至布尔数组转换控件 一 电气与电子信息工程学院 电子线路设计与测试课程设计 4 个等待时间控件 一个布尔的控件作为停止按钮 一个 NI ELVISmx Digital Writer 作为软件与面包板的连接 图 4 2 通道选择 数值至布尔数组转换控件使整数或定点数转换为布尔数组 如连线整数至 数字接线端 依据整数位数的不同 布尔数组可返回含有 8 个 16 个 32 个或 64 个元素的布尔数组 如连线定点数至数字接线端 则布尔数组返回数组的大 小等于该定点数的字长 数组第 0 个元素对应于整数二进制表示的补数的最低 有效位 其控件图如下所示 图 4 3 数值至布尔数组转换控件 2 定时信号的产生 毫秒计时器在LabVIEW中的一个计时单元 它的图标与用途如下图所示 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 4 4 时间计数器 图 4 5 时间计数器连线图 电气与电子信息工程学院 电子线路设计与测试课程设计 5 3 选择 函数 位于 express 子选板中的算术与比较 依据 s s 的值 返回连线至 t t 输入或 f f 输入的值 s s 为 TRUE 时 函数返回连线至 t t 的值 s s 为 FALSE 时 函数返回连线至 f f 的值 连线板可显示该多态函数的默认数据类型 图 4 6 选择 函数 五 调试及结果五 调试及结果 由于本设计中存在多层循环的嵌套问题 致使在运行时总是提示隧道未赋 值 或条件分支没有选择器值 此时可以双击运行图标以显示错误的具体位置 及相应的错误类型 然后可作出相应的纠正 在编写底层代码时 对于有些不 常见控件的使用会有一些麻烦 如公式 Express VI 需先给它接入输入的变 量 然后再计算器界面上输入相应的公式 不过在初次使用该控件时很难注意 到这一点 所以 熟悉一款软件还是要通过不断的摸索的 调试完成后的结果 图如下 通过硬件通道配置可实现软件与硬件的结合 通过等待时间的控件 可实现交通灯各种状态之间转换所需的时间 本设计中绿灯到黄灯和黄灯到绿 灯均为 1000ms 北红到东绿和东红到北绿均为 5000ms 即黄灯亮 1s 红 绿 灯亮 5s 以下分析一个双向十字路口交通信号灯是如何工作的 方向南北方向东西方向 指示灯颜色红 黄 绿红 黄 绿 指示位0124568 位代码十进制数值 5 秒0011000001010020 1 秒0101000010010036 5 秒1000010100000165 1 秒1000100100001066 电气与电子信息工程学院 电子线路设计与测试课程设计 6 状态一 状态二 状态三 状态四 图 5 1 交通灯的四种工作状态 电气与电子信息工程学院 电子线路设计与测试课程设计 7 六 总结心得六 总结心得 此次课程设计圆满结束了 对于大家经过努力所得的结果 我们感到非常 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 我们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 真的很方 便 课程设计的过程中 我们组遇到了不少的问题 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黄老师和同学 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 七 参考文献七 参考文献 1 林正盛 虚拟仪器技术及其应用 电子技术应用 1997 3 2 方恺晴 石琳 林亚平 虚拟电子实验台在实验教