虚拟仪器 交通灯控制系统.docx

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虚拟仪器交通灯控制系统

项目名称

交通灯控制系统

项目学时

6

指导教师

成绩

目的

1.了解交通灯的工作流程

2.熟悉实验平台nextboard

3.学习LabVIEW中的数据采集编程方式

4.学习模拟信号采集系统的完整组成

5.进一步熟悉LabVIEW,学习使用LabVIEW编写交通灯控制系统

任务要求

交通灯是城市交通中不可缺少的重要工具，是城市交通秩序的重要保障。

本系统是实现常见十字路交通灯功能。

通过编程，实现配置各种灯的时间，控制各个灯的状态等。

一个十字路口的交通灯一般分为两个方向，每个方向都具有红灯、绿灯和黄灯3种交通灯，两个方向的灯的状态是相关的，现给出如下设定：

1）东向红灯亮，南北绿灯亮，时长为9S。

2）东向红灯亮，南北黄灯亮，时长为3S。

3）东西绿灯亮，南北红灯亮，时长为9S。

4）东西黄灯亮，南北红灯亮，时长为3S。

设备材料

计算机、NIPCI-6221

数据采集卡、nextboard实验平台、nextwire_20（交通灯实验模块）

评语

指导教师签名

日期

交通灯控制系统项目报告

第1章概述

1.1项目描述

1.1.1系统功能描述

在城市道路的交叉路口通常设置有绿灯、黄灯和红灯3种状态的交通灯，它们的作用是：

当绿灯亮时，表示车辆可通行；当黄灯亮时，提醒正在交叉路口中行驶的车辆赶快离开；当红灯亮，车辆要在停车线后停驶。

交通灯涉及两个方向车流的控制，何时亮何种颜色的灯，时长多久，对这些都需要进行逻辑分析和运算。

目前最复杂的交通灯还带有左转和右转提示灯。

功能设定如下：

1.东向红灯亮，北向绿灯亮，时长为9s。

2.东向红灯亮，北向黄灯亮，时长为3s。

3.东向绿灯亮，北向红灯亮，时长为9s。

4.东向黄灯亮，北向红灯亮，时长为3s。

1.1.2实践环境

硬件设备：

计算机、NIPCI-6221数据采集卡、Nextboard实验平台、Nextwire_20（交通灯实验模块）。

交通灯原理图如图1-1所示。

图1-1原理图

软件：

LabVIEW（2011以上版本）、nextpad，采集卡驱动

第2章系统前面版设计

2.1布置前面板

在控件选板中选择新式-容器-选项卡控件，放置在前面板上。

在选项卡控件上右击，在显示项中去掉标签选项。

把“选项卡1”修改为“交通灯控制”、“选项卡2”修改为“通道设置”。

在选项卡控件上右击，选择“在后面添加选项卡”选项，并把该选项修改为“系统描述”。

在“系统描述”选项卡中，对系统进行简单的描述，界面如下

图2-1控件系统描述

“交通灯控制”选项卡中，放置该系统所需要的交通灯显示，在VI运行中，该选项卡界面是人机交互界面如图2-2所示。

图2-2控件交通灯控制

在“通道设置”选项卡中放置通道号，如下图所示

图2-3控件系统描述

2．2设计交通灯控件

1控件的属性控制

1）在前面板上打开控件选板，在布尔控件子选板里面找到指示灯，放置在前面板上。

在控件上用右键单击鼠标，在打开的快捷菜单中，把“显示项”里面“标签”选项的勾选去掉。

2）将鼠标移动到控件，出现拖曳工具，把它拖到合适的大小。

3）复制3个控件，可以选中该控件，然后键移动鼠标，也可以直接复制粘贴。

4）把3个控件从上到下排列整齐。

将发光颜色依次设置为红，黄，绿，熄灭颜与之不一样。

设置颜色属性的方法：

在控件上单击鼠标右键，在打开的快捷菜单选择“属性”选项，打开布尔控件的属性设置对话框，如图所示。

在右下方的“开“或者关的颜色框中单击鼠标左键，就会弹出颜色选择框口，可根据需要选择颜色，也可以选择颜色窗口右上角的”T”来达到透明效果。

设置好的三色交通灯

2将控件组合为簇

1）将组合为簇。

在前面板的控件选板中找到“数组，矩阵与簇”子选板，把簇放置在前面板上，拖到能容纳下交通布尔控件的位置上。

选中交通灯，拖到簇的框架里面。

2）调整簇为合适大小。

在簇的边框上用鼠标右键单击，从打开的快捷菜单中选择“自动调整大小”→“调整为匹配大小”，调整簇框架的大小如图1-8所示。

3）美化外观。

在前面板的菜单栏中，选择“查看“→工具选板“，单击颜色选板，将后色板的颜色都选择为透明，即颜色选板右上角的”T”。

使用该色彩，对簇的外框涂色，就可隐藏簇的外框。

4）编辑文本。

在标签簇“字的位置上双击鼠标左键，把簇的标签修改为“东西方向”，并对文字进行移动，修改大小，修改颜色等。

5）按照上述做法，再制作南北方向的交通灯。

将南北方向交通灯水平排列，从左到右依次是红，黄，绿。

6）簇元素排序。

在这样操作之后，每个簇中包含有3个布尔控件。

簇元素的逻辑顺序与其在簇内的位置无关。

用鼠标右键单击簇外框，从快捷菜单选择“重新排序簇中控件”，查看菜单栏下方所显示的数值。

需要将哪一个簇元素设置为当前的数值顺序，就用鼠标单机那个簇元素，将其设定为所指定的逻辑顺序。

完成后，单选√；若要取消设定，则单选×。

包含簇中元素的顺序，最好与外部硬件资源所对应的交通灯相一致，即东西方向顺序是红、黄、绿，南北方向顺序是绿、黄、红。

2.3表格（Table）

使用表格控件，来存放显示每个方向交通灯的逻辑序列及时长信息。

右击前面板空白处，控件选板-系统-列表、表格和树-系统表格，放置表格控件于前面板上。

修改其标签（Label）为‘逻辑序列’。

右击表格控件，显示项中勾选‘列首’。

图2-4表格（table）控件

在表格的列首中，填写每一列所代表的信号灯，如ER、EY等。

逻辑信息，‘1’表示真即灯亮，‘0’表示假即灯灭。

时长（s）表示每种状态所保持的时间。

故表格中一行表示某一个时刻6个LED灯的状态及时长。

表格中存放的数据类型为字符串型的二维数组，故其在程序框图中的接线端子的颜色为枚红色。

作为列首的提示信息，不会直接出现在接线端子所传递的数据中，若想在程序框图中引用表格列首的信息，需要使用属性节点来调用。

第3章系统控制实现

3.1用FOR循环实现倒计时显示

3.1.1何谓For循环

LabVIEW中的for循环和文本语言中的for循环功能一致的，for循环执行N次数，当i=N-1时，循环结束。

For循环需要有确定的循环执行次数。

故必须连接For循环的总数接线端N，或者将启用索引的数组连接至For循环边框。

选择路径：

程序框图-函数选板-结构-for循环。

For循环和while循环一样，也可使用条件接线端，右击for循环边框，选择‘条件接线端‘即可使用停止按钮控制for循环的运行。

3.1.2普通数值显示

在十字路口，除了交通灯之外，还有红绿灯时间倒计时的显示。

从2-6所示的表格控件中发现，当一个方向绿灯和黄灯时，另一个方向均为红灯。

红灯亮的时间是绿灯与黄灯时间之和。

因此，东西方向灯亮的顺序和时间为红灯12S、绿灯9S、黄灯3S，南北方向为绿灯9S、黄灯3S、红灯12S。

可以利用For循环实现。

图3-2所示程序框图的功能是先从12开始倒数，循环一次减1，减到1之后，再从9开始，以此类推。

将“等待”输入常量1000东西方向倒计时（如图3-2所示），相当于等待1S，如果循环12次，就实现了等待12S。

如果是南北方向，只需要把索引数组修改为9、3、12即可。

还可以在数值显示控件的后面加上修饰，并修改显示文本的大小、字体、颜色等。

东西南北方向的程序框图如图3-1，3-2所示。

图3-1东西方向倒计时

图3-2南北方向倒计时

3.2实现交通灯控制的逻辑功能

字符串不方便做数值运行，故需要将表格的字符型数组转换为数值类型的数组。

在LabVIEW中很多函数都可以做多种类型的运算，如加减乘除，可以针对标量也可以针对数组、簇、波形等数据。

同样的，数值类型的转换函数，既可以针对单个标量，也可以作用于整个数组。

函数

‘十进制数字符串至数值转换’可以完成字符串的转换。

选择路径：

程序框图-函数选板-字符串-字符串/数值转换-十进制数字符串至数值转换。

转换后得到的整形数组中，包含有两组信息，一组为交通灯的逻辑信息，一组为延时信息。

故需要将这两组信息分离。

使用函数

‘删除数组元素’。

选择路径：

程序框图-函数选板-数组-删除数组元素。

将二维数组连接至函数的‘N维数组‘连线端口，列的索引设定为6，含义为将数组中第7列数值删除（即时长信息删除）函数输出的两个数组，上侧为逻辑序列二维数组，下侧为时长信息一维数组。

时长信息给等待函数，控制每次循环执行的时长，即每个状态保持的时长。

按照交通灯控制逻辑序列编写的交通灯控制VI程序框图，如下所示

图3-4交通灯控制VI程序框图

3.3数字信号的输出

交通灯模块中使用的LED灯，可使用DO通道输出的TTL信号来控制其亮灭。

故本实验中需要了解数字信号输出DO的编程方式。

本实验系统中，使用的数字通道，产生高低电平，控制LED灯的亮灭，完成对交通灯的逻辑控制。

如下图所示，为LabVIEW中数据采集中关于数字信号的生成。

图3-5数字信号输出（D0）

数据采集的编程流程：

配置资源–时钟设定-开始采集-读/写操作-关闭资源。

本实验流程：

创建数字通道，数字通道写操作，暂停操作，清除资源，简单错误处理。

其中数字通道写操作的VI放置在for循环中。

找到DAQmx创建虚拟通道，放在程序框图上，用来输入每个交通灯的控制通道

图3-6I/O函数及其多态选择

3.4交通灯控制系统程序框图

在VI的交通灯控制逻辑基础上，增加DO过程，将DAQmx写入，放在循环框架上，将其他的节点都放在循环框上，因为只需创建一次虚拟通道，而进行多次数据写入操作。

当循环结束时，才进行停止、清除任务等操作。

在FOR循环上加移位寄存器，用来存放任务和错误簇信息。

把错误簇按名称接触捆绑，将错误簇中的布尔分量连接至for循环的条件接线端，当发生错误时，停止条件为真，就停止程序程序运行。

交通灯控制系统程序框图如下

图3-7交通灯控制系统程序框图

第4章调试测试

步骤：

1将nextwire_20模块安装在nextboard平台的模拟信号槽位2上，打开nextboard电源。

2根据模块放置的槽位，填写物理通道号

3运行调试VI，观察运行结果

4进行测试，记录数据

5截取图片如下

图4-1东向红灯亮，北向绿灯亮

图4-2nextboard实验板图

第5章总结

这次实验总结了学过的好多东西，不仅是对之前学过的知识点的总结，更是提升了我们对设计一个电路的总体把握。

就我个人而言，这次实验使我对这门课程有了新的认识，以前总是跟着老师，按着老师的要求设计一些小的控制系统。

而这次实验更多的考验是我自己对整体的把握，在这次实验里出现了好多小的问题，如果靠自己真的很难能完成。

实验里面的元器件也不容易找。

做实验之前一定要有清晰的思路，出现问题自己先思考，如果不行就积极寻求老师同学的帮助。

比如对于交通灯界面修饰的问题，虽然没太大太多的技巧而言，但是里面的小技巧是不容易琢磨的。

通过这次试验我能更好的了解了LabVIEW这个软件，这次实验虽然成功了，但是真的麻烦了同学和老师。

虽然做的过程让我很累，但交通灯顺序按预期出现的时候，很有成就感。