虚拟课设交通灯分析.docx

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虚拟课设交通灯分析

摘要

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。

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。

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。

关键词：

交通灯；labview

目录

1.绪论3

2．设计的目的及任务5

2.1设计目的5

2.2设计任务5

2.3设计任务5

3．设计原理7

4．系统单元设计8

4.1前面板的设计8

4.2定时信号的产生9

4.3时间信号的分段10

4.4各组时间信号的动作11

4.5循环的设计15

5．运行状态17

6．总结19

7．参考文献20

附录：

21

1.绪论

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。

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。

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。

LabVIEW的图形化源代码在某种程度上类似于流程图，因此又被称作程序框图代码。

 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。

 鉴于LabVIEW有诸多优点，这次我们将应用LabVIEW来完成一个十字路口交通灯系统的

2．设计的目的及任务

2.1设计目的

通过本次课程设计使学生对虚拟仪器系统有更深一步的了解，培养学生将理论知识综合利用的能力，并与实践紧密结合，掌握虚拟仪器系统的设计方法、步骤，培养学生创新能力，总结报告的能力。

学生在本次课程设计中应完成的任务是：

需求分析、子系统设计、系统配置、总结报告。

培养学生正确的学习和研究方法。

2.2设计任务

（1）详细阐述交通灯控制系统的原理、作用。

（2）编写相应的设计方案。

（3）能够将现实生活中的交通灯出现顺序在电脑上面显示；

（4）还要有时间显示和人行横道；

（5）具有友好的人机界面。

（6）使用LabVIEW实现红、黄、绿三种灯的定时转换程序，对于红灯和绿灯的显示时间可以随时调节，对于每种灯的显示时间进行倒计时处理。

2.3设计任务

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。

3．设计原理

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3.1交通灯逻辑图

4．系统单元设计

4.1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4.1交通灯前面板

4.2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4.2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4.2时间计数器

图4.3时间计数器连线图

4.3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4.4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4.5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4.5判定范围并强制转换控件

4.4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4.6所示。

图4.6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4.7到图4.9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4.7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4.8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4.9条件结构3

4.5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4.10while循环

5．运行状态

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5.1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5.2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5.3运行状态三

6．总结

此次课程设计结束了，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，在这个课程设计中，我真正的感受到了虚拟仪器的优越性，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，通过Labview，就可以实现很多仪器的功能，

课程设计的过程中，我遇到了不少的问题，但通过同学们的帮助最终完成了这次课设。

7．参考文献

黄松岭.虚拟仪器设计基础教程[M].北京：

清华大学出版社,2008

刘君华.基于LabVIEW的虚拟仪器设计[M].北京:

电子工业出版社,2003

张小虹.数字信号处理[M].北京：

机械工业出版社,2005

附录：

电路图1：

电路图2：