基于labview的交通灯系统标准设计.doc

本科毕业论文（设计）题 目 基于LabVIEW交通灯系统设计 院（系） 电子科学和电气自动化学院 专 业 电子科学和技术 学生姓名 张莹莹 学 号 10029072 指导老师 孙春虎 职称 助教 论文字数 完成日期: 月 日巢湖学院本科毕业论文(设计)诚信承诺书本人郑重申明：所呈交本科毕业论文(设计)，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得结果。除文中已经注明引用内容外，本论文不含任何其它个人或集体已经发表或撰写过作品结果。对本文研究做出关键贡献个人和集体，均已在文中以明确方法标明。本人完全意识到本申明法律结果由本人负担。本人署名： 日期： 年 月 日巢湖学院本科毕业论文 (设计)使用授权说明本人完全了解巢湖学院相关搜集、保留和使用毕业论文 (设计)要求，即：本科生在校期间进行毕业论文(设计)工作知识产权单位属巢湖学院。学校依据需要，有权保留并向国家相关部门或机构送交论文复印件和电子版，许可毕业论文 (设计)被查阅和借阅；学校能够将毕业论文(设计)全部或部分内容编入相关数据库进行检索，能够采取影印、缩印或扫描等复制手段保留、汇编毕业，而且本人电子文档和纸质论文内容相一致。保密毕业论文(设计)在解密后遵守此要求。本人署名： 日期： 年 月 日导师署名： 日期： 年 月 日基于LabVIEW交通灯系统设计摘 要用于交通灯控制系统设计方法很多，比如可编程控制器PLC、单片机、标准逻辑器件等实现，然而，基于这些设备需要调整和调试电路硬件支持，在某种程度上增加了设计过程难度。提出基于labVIEW交通灯系统设计，不仅编程简单、灵活、可靠性高，而且成本低，经济效益高。为实现交通系统智能控制提供了一个新方法。虚拟仪器是当今仪器技术发展关键，LabVIEW是一个图形化编程语言，如数据采集和仪器控制软件被广泛性应用于工业界、学术界、研究性课题。本文关键研究基于LabVIEW交通灯系统设计，设计过程中十字路口用红、黄、绿三种颜色灯组成用来指挥车辆交通灯，人行道用红、绿两种颜色灯组成用来指挥行人交通灯。模拟了十字路口交通灯，依据多种状态显示和倒计时时间显示，用来指示多种车辆和行人安全通行。关键词：LabVIEW；交通灯；人行道A traffic light system has been designed based on labviewAbstractA lot of methods, such as Programmable Logic Controller (PLC), single chip microcomputer, standard logic device, etc, can be used in the design of traffic light system. However, adjusting and debugging the circuits based on these devices require hardware supports. In some sense it complex the design process. Traffic light control system based on LabVIEW was applied, not only simple, flexible to program and high reliability, but also low cost, high economic benefit. Therefore, this system will propose a new way to realize the intelligent control of traffic systems. Virtual instrument is the instrument technology development focus, LabVIEW is a graphical programming language, such as data acquisition and instrument control software is widely used in industry, academia, research topic. Design of traffic lights system based on LabVIEW this paper，a crossroads in the design process with red, yellow, green three colors of light used to vehicle traffic lights command, Sidewalks with red, green lamp composed of two colors for directing pedestrian traffic lights. Simulate a crossroads of traffic lights and countdown time display various status display for directing a variety of vehicles and pedestrians safe passage.Key Words: LabVIEW, traffic light, pavement 目录摘 要IAbstractII绪论1一、课题研究背景和意义21.1 课程研究背景21.2 课程研究意义2二、课题研究原理22.1 课题研究思绪22.2 原理步骤图3三、交通灯系统设计43.1 前面板设计43.2 定时信号产生53.3 时间信号分段53.4 程序中所用结构63.4.1 循环结构63.4.2 条件结构73.5各段时间信号程序8四、交通灯设计调试结果114.1 运行状态1114.2 运行状态2124.3 运行状态3134.4 运行状态414总结16参考文件17附录1 交通灯程序图3绪论改革开放来，因为中国经济发展和国际地位提升，促进交通快速发展，即使为人民出行带来了极大便利。不过现在交通问题已然成为困扰很多大城市发展通病，也成为迫在眉睫国际性问题。其中，十字路口则是造成交通堵塞关键“瓶颈”1。为了最大程度发挥道路通行便捷，世界上绝大多数国家全部在主动研究怎样能尽可能降低由交通堵塞带来种种麻烦及损失。虚拟仪器技术现在是利用含有高性能模块化硬件，同时结合高效灵活软件来完成多种测试、测量和自动化应用。其推出以来至今，包含到应用工程师和来自世界各地科学家们已经利用图形化开发工具，更形象模拟出产品设计周期各个方面，由此使产品质量得到了大幅度改善、产品投放市场时间得到了缩减，同时产品开发及其生产效率也得到了提升。使用集成化虚拟仪器环境和现实世界信号相连，分析数据以获取实用信息，共享信息结果，有利于在较大范围内提升生产效率2。虚拟仪器提供多种工具能满足我们任何项目需要。伴随计算机技术飞速发展，虚拟仪器技术也在数据采集、自动测试和仪器控制领域中发挥其关键作用，对测试系统和测量控制设计方法有着促进并推进作用，同时深刻影响了技术实现。“软件即仪器”是虚拟仪器理念关键思想，从这一思想出发，基于电脑或工作站、软件和I/O部件来构建虚拟仪器。I/O部件能够是独立仪器、模块化仪器、数据采集板（DAQ）或传感器3。鉴于虚拟仪器很多性能，将用LabVIEW来完成一个十字路口交通灯系统设计。采取基于虚拟仪器交通灯控制系统设计，控制十字路口四组红、绿交通灯状态转换，指挥各类车辆和行人安全有序通行，实现十字路口交通自动化管理。此系统不仅编程简单、方便灵活、含有可靠性较高性能，而且成本低、含有良好经济效益。一、课题研究背景和意义1.1 课程研究背景城市交通控制系统关键是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制和交通疏导计算机综合管理系统，它已经成为现代城市交通监控指挥系统中最关键组成部分。所以，怎样利用优异信息技术改造城市交通系统已成为城市交通管理者共识。1.2 课程研究意义交通灯得设置成为城镇各个路口必备设置，为大家出行安全提供了很好保护方法。该系统含有和现实结合功效，培养综合应用所学知识来指导实践能力。二、课题研究原理2.1 课题研究思绪我经过采取基于虚拟仪器交通灯系统设计，自动控制十字路口四组红、黄、绿交通灯和四组人行道红、绿状态转变，指挥着行人和车辆安全运行，实现十字路口自动指挥和改善交通管理。绿灯亮时，许可车辆和行人通行。红灯亮时，严禁车辆和行人通行，为交通安全提供保障。同时会有时间显示，另这个虚拟交通灯程序愈加好用。我采取控制逻辑次序以下（因为相正确两个方向次序一样所以只列出了十字路口北方和东方，人行道南北方和东西方逻辑次序）：（1）北红灯和东绿灯，南北红和东西绿 （30秒）；（2）北红灯和东黄灯，南北红和东西绿 （05秒）；（3）北绿灯和东红灯，南北绿和东西红 （30秒）。（4）北黄灯和东红灯，南北绿和东西红 （05秒）；2.2 原理步骤图NNY65=x70北黄，东红南北绿，东西红，灯亮0= x30北红，东绿南北红，东西绿， 灯亮35=x65北绿，东红南北绿，东西红，灯亮30=x3555北红，东黄南北红，东西绿， 灯亮NYX,65 产生时间信号 时间信号除以每个循环所需时间终止循环是否按下停止键三、交通灯系统设计 3.1 前面板设计前面板是VI用户界面。创建VI时，通常要先设计出前面板，然后在前面板上创建出输入/输出任务4。本课程设计中前面板需要用20盏灯、12个时间显示器、1个停止按键即可。其中十字路口12盏灯，红、黄、绿各4盏，在控件选板中选择指示灯，将它放在前面板适宜位置，单击鼠标右键，更改指示灯属性，改变指示灯大小和颜色，做出一个适宜指示灯5，依一样步骤能够做好另外11个。三个分为一组，每组全部包含红黄绿三种颜色灯，再用框将每组灯框起来，做成一个交通灯。在每组交通灯适宜位置放置一个数值显示控件作为交通灯计时器，一样方法另做人行道8盏灯和时间显示器。并在前面板适宜位置放置一个开关按钮，用于控制循环停止6。这么交通灯系统前面板就做好了。交通灯前面板设计以下面图1所表示。图1交通灯前面板示意图3.2 定时信号产生毫秒计时器在LABVIEW中一个计时单元。毫秒计数器对时间信号计数,要产生一个一秒为单位时间信号,所以还得用毫秒计数值除以1000，取商得到以秒为单位时间信号。在函数选板【编程】【定时】子选板中选择时间计数器选定该单元7。其图标和接线以下图2.1、2.2、2.3所表示。 图2.1 时间计数器 图2.2 得到时间信号接线图 图2.3 商和余数 3.3 时间信号分段将所得时间信号除以每个循环所用时间70s，取其它数，得到余数x范围为0=x70。1、 当满足x65时，实施条件结构里为真程序。 （当0=x30时，条件成立，实施程序框图中第一个条件结构里面程序，北红和东绿、南北红和东西绿灯点亮。当30=x35时，条件成立，实施框图中第二个条件结构里程序，北红和东黄、南北红和东西绿灯点亮。当35=x65时，条件成立，北绿和东红、南北绿和东西红灯点亮。）2、当65=x70时，即x65条件不满足，实施条件结构里面为假程序，北黄和东红、南北绿和东西红灯点亮。时间分段程序框图以下图3.1所表示。 图3.1 条件为真各时间分段程序这里用到了判定范围并强制转换控件，应用这个控件能够判定输入数是否在上限和下限之间。它图标和作用以下图3.2所表示。假如输出信号在范围之内，“？” 接口会有一个信号，该信号恰能够输入到条件结构中作为该分支选择器信号8。图3.2 要求范围并强制转换控件3.4 程序中所用结构3.4.1 循环结构LabVIEW中循环结构关键经过while和for循环实现。这两种循环结构、语句、功效基础相同，但使用上会有些不一样。for循环须优异行循环次数确实定，循环一定次数后自动不进行循环；而while循环则不用确定循环次数，只需要确定退出循环条件9。此次课程设计中不能预先确定循环次数，所以就用到了while循环。while循环是LabVIEW最基础结构之一，和C语言中while循环和dowhile循环相类似10。While循环能够从程序框图中【结构】子选板中创建，while循环包含两个端口：1、条件端口2、反复端口，以下图4.1所表示。此次课程设计中用停止按钮连接条件端口，当按下按钮时循环停止。反复端口i 为目前循环次数反复端口图4.1 whlie循环结构条件端口条件端口输入是布尔变量，它用于判定循环在什么条件下停止实施。当每次循环结束时，便会检测输入端接收到布尔值并判定是否继续实施循环。右击端口，选择【真（T）时停止】或【真(T)时继续】，能够切换其使用状态。3.4.2 条件结构条件结构也是LabVIEW最基础结构之一，类似于基于文本编程语言switch语句或ifthenelse语句11。条件结构能够从【结构】子选板中创建， 条件结构包含选择端口和选择标签控制端口，以下图4.2所表示。图4.2 条件结构选择器标签选择端口在条件结构中，选择端口相当于switch语句中“表示式”，框图表示符相当于“表示式n”。编程过程中，将外部控制条件连接到选择端口上，程序运行时候其端口会判定送来控制条件，指导选择结构去实施对应框架里内容12。在本程序中控制条件为从要求范围并强制转换“范围内？”端口输出判定值。选择端口外部控制条件数据有整型、字符串型、布尔型和枚举型。其接线可任意放在框图左边某一位置13。假如其数据为布尔型，那么这个结构包含真和假两个分支，这是该软件所默认选择框架类型。若为其它类型则能够随意使用分支个数。要注意是，在使用条件结构时候，控制条件数据类型要和选择标签中类型一样，假如不一致话，LabVIEW显示出现错误，和此同时选择器中字体颜色也会变为红色14。此次课程设计中，当各组条件为真时，将实施其框图程序。每个条件结构里程序基础相同。用需关键点亮灯和布尔真常量连接，不需关键点亮和布尔假常量连接，而两方向灯时间显示器则用一定值减去输入时间量，以实现倒计时功效，各结构里程序略有不一样，具体程序见下文。3.5各段时间信号程序因为相正确两个方向次序一样所以下文只列出了十字路口北方和东方逻辑次序，人行道南北方和东西方即指南北1，2，3，4和东西1，2，3，4。第一阶段：余数在0 5s之间，条件结构1条件满足，十字路口北黄和东红两个灯点亮，人行道南北方绿灯和东西方红灯亮。东灯时间显示为离红灯熄灭时间（从5s到1s），北灯时间显示为离黄灯熄灭时间（从5s到1s），南北方时间显示为离绿灯熄灭时间（从5s到1s），东西方时间显示为离红灯熄灭时间 （从5s到1s）。程序框图图5.1所表示。图5.1 条件结构1第二阶段：余数在5 35s之间，条件结构2条件满足，十字路口北红和东绿两个灯点亮，人行道南北方红灯和东西方绿灯亮。东灯时间显示为离绿灯熄灭时间（从30s到1s），北灯时间显示为离红灯熄灭时间（从35s到6s），南北方时间显示为离红灯熄灭时间（从35s到6s），东西方时间显示为离绿灯熄灭时间 （从35s到6s）。程序框图图5.2所表示。图5.2 条件结构2第三阶段：余数在35 40s之间，条件结构3条件满足，十字路口北红和东黄两个灯点亮，人行道南北方红灯和东西方绿灯亮。东灯时间显示为离黄灯熄灭时间（从5s到1s），北灯时间继续显示为离红灯熄灭时间（从5s到1s），南北方时间继续显示为离红灯熄灭时间（从5s到1s），东西方时间继续显示为离绿灯熄灭时间 （从5s到1s）。程序框图图5.3所表示。图5.3 条件结构3第四阶段：余数在4070s时，条件结构4 为假条件满足，十字路口北绿和东红两个灯点亮，人行道南北方绿灯和东西方红灯亮。东灯时间显示为离红灯熄灭时间（从35s到6s），北灯时间显示为离绿灯熄灭时间（从30s到1s），南北方时间显示为离绿灯熄灭时间（从35s到6s），东西方时间显示为离红灯熄灭时间 （从35s到6s）。程序框图图5.4所表示。图5.4 条件结构4四、交通灯设计调试结果这次所设计交通灯控制系统有四种运行状态：状态1、状态2、状态3、状态4。多种状态效果在下文中将会讲到。4.1 运行状态1运行状态1：十字路口北红和南红灯亮35s6s，东绿和西绿灯亮30s1s，此时按东西方向行驶车辆能够运行，运行时间总共为30s，往南北行驶车辆将严禁运行，严禁时间总共为35s（还有5s在下一个状态中表现）。人行道南北方向红灯亮35s6s，东西方向绿灯亮35s6s，此时往东西方向行人能够通行，通行时间总共为35s，向南北方向行人严禁通行，严禁时间总共为35s。时间显示器显示为离下一个状态到来时间，图4-1所表示，东灯和西灯显示器显示为28，表明再过28s绿灯将转变为黄灯，彼时向东西方向车辆将准备严禁通行；北灯和南灯显示器显示为33，表明再过33s红灯将转变为绿灯，彼时向南北方向车辆将许可通行；东西灯和南北灯显示器显示为33，表明再过33s向东西方向行人将严禁通行，向南北方向行人将许可通行。图4-1 运行状态14.2 运行状态2运行状态2：十字路口北红和南红灯亮5s1s，东黄和西黄灯亮5s1s，此时往东西方向车辆准备严禁通行，准备时间总共为5s，向南北去车辆准备通行。人行道南北方向红灯亮5s1s，东西方向绿灯亮5s1s，此时往东西方向行人准备严禁通行，向南北方向行人准备通行，准备时间总共为5s。时间显示器显示为离下一个状态到来时间，图4-2所表示，东灯和西灯显示器显示为3，表明再过3s黄灯将转变为红灯，彼时向东西方向车辆将严禁通行；北灯和南灯显示器显示为3，表明再过3s红灯将转变为绿灯，向南北方向车辆将许可通行；东西灯和南北灯显示器显示为3，表明再过3s向东西方向行人将严禁通行，向南北方向行人将许可通行。图4-2 运行状态24.3 运行状态3运行状态3：十字路口北绿和南绿灯亮30s1s，东红和西红灯亮35s6s，此时往南北方向车辆能够通行，通行时间总共为30s，向东西方向车辆严禁通行，严禁时间总共为35s（还有5s在下一个状态中表现）。东西方向人行道红灯亮35s6s，南北方向人行道绿灯亮35s6s，此时往南北去行人能够通行，通行时间总共为35s，东西方向严禁行人行走，总共为35s。时间显示器显示为离下一个状态到来时间，图4-3所表示，东灯和西灯显示器显示为28，表明再过28s红灯将转变为绿灯，彼时向东西方向车辆将许可通行；北灯和南灯显示器显示为23，表明再过23s绿灯将转变为黄灯，向南北方向车辆将准备严禁通行；东西灯和南北灯显示器显示为28，表明再过28s向东西方向行人将许可通行，向南北方向行人将严禁通行。图4-3 运行状态34.4 运行状态4运行状态4：十字路口北黄和南黄灯亮5s1s，东红和西红灯亮5s1s，此时往东西方向车辆准备通行，准备时间总共为5s，向南北方向车辆准备严禁运行。南北方向人行道红灯亮5s1s，东西方向人行道绿灯亮5s1s，此时往东西去行人准备通行，准备时间总共为5s，向南北方向行人准备严禁通行。时间显示器显示为离下一个状态到来时间，图4-4所表示，东灯和西灯显示器显示为4，表明再过4s红灯将转变为绿灯，彼时向东西方向车辆将许可通行；北灯和南灯显示器显示为4，表明再过4s向南北方向车辆将严禁通行；东西灯和南北灯显示器显示为4，表明再过4s向东西方向行人将许可通行，向南北方向行人将严禁通行。图4-4 运行状态4运行中按下停止键后，程序停止循环15，图4-5所表示，如需继续运行程序，须单击工具栏中【运行】或【连续运行】按钮总结对于这次课程研究设计，我认为受益匪浅。我做是交通灯系统设计，和我们日常生活关联很大，常常出去时候在十字路口时只知道去看红绿灯和时间显示也没关心过这种设备原理等。此次要利用是LabVIEW软件也没怎么学过，对它一点也不了解更别说要去用了，拿到时候全部不知道怎么做。但经过问导师关键学习哪些书，并下载了LabVIEW软件，经过理论和实际相结合，先练习参考书上部分练习题，掌握了软件部分基础元件和结构再深入设计课题。最终把课程设计按时完成。经过这次课程研究，我第一次如此深感觉到虚拟仪器极高性能，能够将现实生活中用到得仪器设备在电脑中如此相同展现出来。仅需在LabVIEW中画出图形写些程序，就能够实现对应仪器功效，经过对结果分析立即调整出性能更优产品设备。而且和数电和模电试验相比，它不需要用到其它任何硬件，能够很方便修改做成仪器，更不会有烧坏电路板和器件现象出现。我认为虚拟仪器应该被学校提入一个很关键地位，被社会更广泛应用。我由衷认识到：LabVIEW这个软件功效太强大了，会在更广泛领域中得到应用。真真正正反应出了“软件即仪器”这一关键思想。参考文件 1卢佩等 智能交通信号灯控制系统设计和LabVIEW仿真实现J技术电子，（1）:52-582 陈树学，刘萱. 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