基于LabVIEW的交通信号灯设计

1、 XXXXX 大 学 题 目 基于LabVIEW的交通信号灯设计 电气与自动化工程学院 称 学 院名 级业班专 姓名学生 号 学 师教 导 指 1 虚拟仪器与LabVIEW简介 虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。自1986年问世以来，世界各国的工程师和科学家们都已将NI LabVIEW图形化开发工具用于产品设计周期的各个环节，从而改善了产品质量、缩短了产品投放市场的时间，并提高了产品开发和生产效率。使用集成化的虚拟仪器环境与现实世界的信号相连，分析数据以获取实用信息，共享信息成果，有助于在较大范围内提高生产效率。 虚拟仪器实际上是一个

2、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。 1.1同其他技术相比，虚拟仪器技术具有的优势： （1）性能高 虚拟仪器技术是在PC技术的基础上发展起来的，所以完全继承了以现成即用的PC技术为主导的最新商业技术的优点，包括功能超卓的处理器和文件I/O，使您在数据高速导入磁盘的同时就能实时地进行复杂的分析。 （2）扩展性强 NI的软硬件工具使得我们不再受限于当前的技术中。这得益于NI软件的灵活性，只需更新计算机或测量硬件，就能以最少的硬件投资和极少的、甚至无需软件上的升级

3、即可改进整个系统。在利用最新科技的时候，我们可以把它们集成到现有的测量设备，最终以较少的成本加速产品上市的时间。 （3）节约时间 在驱动和应用两个层面上，NI高效的软件构架能与计算机、仪器仪表和通讯方面的最新技术结合在一起。NI设计这一软件构架的初衷就是为了方便用户的操作，同时还提供了灵活性和强大的功能，使我们轻松地配置、创建、发布、维护和修改高性能、低成本的测量和控制解决方案。 LabVIEW是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发，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

4、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软件是NI设计平台的核心，也是开发测量或控制系统的理想选择。 2 实现功能 交通信号灯是交通信号中的重要组成部分，是道路交通的基本语言。交通信号灯由红灯（表示禁止通行）、绿灯（表示允许通行）、黄灯（表示警示）组成。 道路交通信号灯是交通安全产品中的一个类别，是为了加强道路交通管理，减少交通事故的发生，提高道路使用效率，改善交通状况的一种重要工具。适用于十字、丁字等交叉路口，由道路交通信号控制机控制，指导车辆和行人安全有序地通行。 本设计实现了要求在基于虚拟仪器LabVIEW的基础上实现交通灯的仿真，分别在东和北两个方向上放置六个

5、红绿灯指挥车辆的通行。这个交通路口每一个方向上的信号灯按一定规律循环点亮和熄灭。一辆车从北向南行进，当遇红灯时停，绿灯时行，黄灯时等待。当停止键按下时，循环停止。 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。 本设计中前面板比较简单，只需要用六盏灯、两个时间显示器、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，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

6、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2-1所示 。 图2-1 交通灯前面板示意图 2.2 程序框图说明 1 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2-2 时间计数器 图2-3 时间计数器接线图

7、时间信号的分段 2 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=x70,当0=x5时，条件满足，执行第一个条件结构里面的程序，北黄和东红灯点亮。当5=x35时，条件满足，执行第二个条件结构里的程序，北红和东绿灯点亮。当35=x40时，条件满足，东黄和北红灯点亮。当40=x70时，x40的条件不满足，执行条件结构里面为假的程序，北绿和东红灯点亮。时间分段的程序结构如图2-4所示。 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

8、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。 判定范围并强制转换控件图2-5 3 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ifthenelse语句。 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

9、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。 第一阶段：余数在0至5秒之间，此时东红和北黄两个灯点亮，向东方向的时间显示器东灯显示为离红灯熄灭的时间（从6s到1s），向北方向的时间显示器北灯显示为离黄灯熄灭的时间（从6s到1s）。 1 2-7 条件结构 图 第二阶段：当北黄灯点亮5秒后，即余数大于5并且小于35时，条件结构2 条件满足,北红和东绿两个灯点亮,向东方向的时间显示器显示离东绿(通行)熄灭的时间（从30s到1s）,向北方向的显示离红灯(禁止通行)熄灭的时间（从35s

10、到6s）。 图2-8 条件结构2 第三阶段：当东绿灯点亮30秒后，即余数大于35并且小于40时，条件结构3条件满足,东黄灯点亮, 而北红未到熄灭的时间，继续点亮。向东方向的时间显示器显示离东黄(准备转换)熄灭的时间（从6s到1s）,向北方向的继续显示离红灯(禁止通行)熄灭的时间（从6s到1s）。 3 2-9 条件结构 图 第四阶段：当北黄灯点亮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,北绿和东红两个灯点亮,向东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）,向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 3 软件调

11、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。各种状态的效果在下文中将会讲到。 运行状态1，北红灯亮35s6s，东绿灯亮30s1s，此时往东方向的车辆可以通行，通行时间总共为30s，向北方向禁止通行，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所示，东灯显示器显示为26，表明再过26s绿灯将转变为黄灯，彼时向东方向将禁止通行；北灯显示器显示为31，表明再过31s向北将允许通行。 图3-1 运行状态1 运行状态2，北红灯亮6s1s，东黄灯亮6s1s，此时往东方向的车辆准备 禁止通行。准备时间总共为5s，向北方向的车辆准备通过。时间显

12、示器显示的为离下一个状态到来的时间，如图3-2所示，两个显示器都显示为5，表明再过5s向北方向将转变为绿灯，向东方向转为红灯，彼时向东方向将禁止通行，向北方向将允许通行。 图3-2 运行状态2 运行状态3，北绿灯亮30s1s，东红灯亮35s6s，此时往东方向的车辆禁 止通行。禁止时间总共为35s（还有5s在下一个状态中体现）；向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，北灯显示器都显示为11，表明再过11s向北方向将转变为黄灯，彼时向北方向将准备禁止通行；东灯显示器显示16，表明再过16s，向东方向转为绿灯，彼时向东方向将允许通行。

13、3 运行状态3-3 图 运行状态4，北黄灯亮6s1s，东红灯亮6s1s，此时往东方向的车辆准备 通行，准备时间总共为5s；向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，两个显示器都显示为3，表明再过3s向北方向将转变为红灯，向东方向转为绿灯，彼时向东方向将允许通行，向北方向将禁止通行。 4 运行状态 图3-4 运行中按下停止键后，程序停止循环，如图3-5所示： 停止运行图 3-5 4 心得总结 此次设计圆满结束了，对于我经过努力所得的结果，我感到非常满意。我做 的是十字路口交通灯系统。通过这次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，

14、增强了理论联系实际的能力，提高了与人合作的意识与能力，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，好伟大啊！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。在这之前我们做了数字电子技术课程设计、 PLC课程设计，与实实在在的数字电路和PLC相比，在LabVIEW上完成的仪器有更大的优越性，它的内容可以完全由自己定义，而且不必用到其

15、他的任何硬件，可以非常方便地修改做成的仪器。就我个人认为，虚拟仪器应该有更广泛应用，要把它推广到农业,工业以及服务业的每一个部门。我由衷的感慨：LabVIEW功能太强了，作用太大了，虚拟仪器会在更广泛地领域得到应用。要想以后有更大发展，学好虚拟仪器技术是非常必要的。 通过这次设计实践。我总结了使用LabVIEW编程的两个要点。第一，熟悉每个控件的用途、使用方法和在软件中的位置。LabVIEW有这么多控件，有这么单元，如果我们不知道每个单元是用来干什么的，那就根本谈不上应用它们了，只有在知道这个空间是做什么用的，我们才会去使用它。所以我们得熟悉一些基本单元的用法。要想很快地做成一个虚拟仪器，就得熟悉每个单元所在的位置，以免在使用过程中找半天找不到它在哪个菜单中。第二，对于虚拟仪器设计来说，因果朔源的设计方法是一种比较好的设计方法，知道要做什么，知道需