labview-十字交通燈-最完美版

信電曇院（2012/2013學(xué)年第二學(xué)期）課程名稱::擬儀器技術(shù)目: 十字交通燈專業(yè)班級:自動化1002 學(xué)生姓名:王隆帥薛騰陳康學(xué)號:1004102(05,27,14)考核成績: 2013年5月20日第1章緒論虛擬儀器(virtuaIinstrumention)是基于計(jì)算機(jī)的儀器。汁算機(jī)和儀器的密切結(jié)合是U前儀器發(fā)展的一個重要方向。使用虛擬儀器用戶可以通過操作顯示屏上的“虛擬”按鈕或面板，完成對被測量的采集、分析、判斷、調(diào)節(jié)和存儲等功能。LabVIEW是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國國家儀器(NI)公司研制開發(fā)的，類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計(jì)算機(jī)語言的顯著區(qū)別是：其他汁算機(jī)語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。與C和BASIC-樣，LabVIEW也是通用的編程系統(tǒng)，有一個完成任何編程任務(wù)的龐大函數(shù)庫。LabVIEW的函數(shù)庫包括數(shù)據(jù)釆集、GPIB、串口控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲，等等。LabVIEW也有傳統(tǒng)的程序調(diào)試工具，如設(shè)置斷點(diǎn)、以動畫方式顯示數(shù)據(jù)及其子程序(子VI)的結(jié)果、單步執(zhí)行等等，便于程序的調(diào)試。虛擬儀器(virtualinstrumention)是基于計(jì)算機(jī)的儀器。計(jì)算機(jī)和儀器的密切結(jié)合是H前儀器發(fā)展的一個重要方向。粗略地說這種結(jié)合有兩種方式，一種是將訃算機(jī)裝入儀器，其典型的例子就是所謂智能化的儀器。隨著計(jì)算機(jī)功能的日益強(qiáng)大以及其體積的日趨縮小，這類儀器功能也越來越強(qiáng)大，LI前已經(jīng)出現(xiàn)含嵌入式系統(tǒng)的儀器。另一種方式是將儀器裝入計(jì)算機(jī)。以通用的計(jì)算機(jī)硬件及操作系統(tǒng)為依托，實(shí)現(xiàn)各種儀器功能。虛擬儀器主要是指這種方式。下面的框圖反映了常見的虛擬儀器方案。虛擬儀器的主要特點(diǎn)有：盡可能采用了通用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件?？沙浞职l(fā)揮計(jì)算機(jī)的能力，有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，可以創(chuàng)造出功能更強(qiáng)的儀器。用戶可以根據(jù)自己的需要定義和制造各種儀器。虛擬儀器實(shí)際上是一個按照儀器需求組織的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。虛擬儀器的研究中涉及的基礎(chǔ)理論主要有計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號處理。目前在這一領(lǐng)域內(nèi)，使用較為廣泛的計(jì)算機(jī)語言是美國NI公司的LabVIEWO虛擬儀器的起源可以追溯到20世紀(jì)70年代，那時計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)在國防、航天等領(lǐng)域已經(jīng)有了相當(dāng)?shù)陌l(fā)展。PC機(jī)出現(xiàn)以后，儀器級的計(jì)算機(jī)化成為可能，甚至在Microsoft公司的Windows誕生之前，NI公司已經(jīng)在Macintosh計(jì)算機(jī)上推出了LabVIEW2.0以前的版本。對虛擬儀器和LabVlEW長期、系統(tǒng)、有效的研究開發(fā)使得該公司成為業(yè)界公認(rèn)的權(quán)威。目前LabVIEW的最新版本為LdbVIEW2009,LabVIEW2009為多線程功能添加了更多特性，這種特性在1998年的版本5中被初次引入。使用LabVIEW軟件，用戶可以借助于它提供的軟件環(huán)境，該環(huán)境由于其數(shù)據(jù)流編程特性、LabVIEWReal-TimeT具對嵌入式平臺開發(fā)的多核支持，以及自上而下的為多核而設(shè)計(jì)的軟件層次，是進(jìn)行并行編程的首選。利用LabVIEW,可產(chǎn)生獨(dú)立運(yùn)行的可執(zhí)行文件，它是一個真正的32位編譯器。像許多重要的軟件一樣,LabVIEW提供了Windows、UNIX、Linux、Macintosh的多種版本。它主要的方便就是，一個硬件的情況下，可以通過改變軟件，就可以實(shí)現(xiàn)不同的儀器儀表的功能，非常方便，是相當(dāng)于軟件即硬件。鑒于LabVIEW有諸多優(yōu)點(diǎn)，這次我們將應(yīng)用LabVIEW來完成一個十字路口交通燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。第2章總體設(shè)計(jì)方案2.1實(shí)現(xiàn)的功能本次設(shè)計(jì)要完成一個十字交通信號燈的設(shè)計(jì)，這個交通信號燈系統(tǒng)能為行駛的車輛指示能否通行。這個交通路口每一個方向上的紅綠黃燈按綠一黃一紅的順序循環(huán)，每個循環(huán)的時間為70s,其中通行（綠燈）的時間為3Os,等待通行（黃燈）的時間為5s,禁止通行（紅燈）的時間為35so當(dāng)停止鍵按下時，循環(huán)停止。2.2總體思路此次設(shè)計(jì)?可以用盞燈來指示路口的紅綠燈狀況，它們分別是下文中的東紅、東黃、東綠、北紅、北黃、北綠、南紅、南黃、南綠、西紅、西黃、西綠。信號燈按一定規(guī)律循環(huán)點(diǎn)亮，每盞紅燈亮35秒，每盞黃燈亮5秒,每盞綠燈亮30秒。每個循環(huán)包括四個階段。第一階段：北黃、東紅、南黃和西紅燈點(diǎn)亮，時間為5秒。第二階段:北紅、東綠、南紅和西綠燈點(diǎn)亮，時間為30秒。第三階段：東黃、北紅、西黃和南紅燈點(diǎn)亮，時間為5秒。第四階段：北綠、東紅、南綠和西紅燈點(diǎn)亮，時間為30秒。每個循環(huán)用時70秒。東、南、西、北四個方向分別放置一個時間顯示器來顯示離下一個信號到來的時間。用計(jì)數(shù)器產(chǎn)生以秒為單位的計(jì)時信號，再將產(chǎn)生的時間信號進(jìn)行分段，每到一個時間段時系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的動作。第3章程序的設(shè)計(jì)3.1前面板的設(shè)計(jì)前面板是vi的用戶界面。創(chuàng)建vI時，通常應(yīng)先設(shè)計(jì)前面板，然后在前面板上創(chuàng)建輸入/輸出任務(wù)。本課程設(shè)計(jì)?需要用十二盞燈、四個時間顯示器、一個停止按鍵。其中的十二盞燈，紅、黃、綠各四盞，在控件選板中選擇指示燈，將它放在前面板合適的位置，單擊鼠標(biāo)右鍵，更改指示燈的屬性，改變指示燈的大小，做出一個合適的指示燈，依同樣的步驟可以做好另外十一個,將十二個燈均分四組，每組都包含紅黃綠三種顏色的燈，再用框?qū)⒚拷M燈框起來,做成一個交通燈。在每組交通燈合適的位置放置一個數(shù)值顯示控件作為交通燈的計(jì)時器。在前面板合適的位置放置一個開關(guān)按鈕,控制循環(huán)的停止。這樣交通燈系統(tǒng)的前面板就做好了。面板設(shè)計(jì)如圖3-1圖3-1交通燈前而板示意圖

3.2定時信號的產(chǎn)生圖3—3時間計(jì)數(shù)器接線毫秒計(jì)時器在LabVIEW中的一個計(jì)時單元,它的圖標(biāo)與用途如圖3—2所示。在函數(shù)選板的【編程】一【定時】子選板中選擇時間計(jì)數(shù)器選定該單元。毫秒計(jì)數(shù)器對時間信號計(jì)數(shù)，要產(chǎn)生一個一秒為單位的時間信號,所以還得用毫秒汁數(shù)值除以1000,取商得到以秒為單位的時間信號。接線如圖3-3圖3—3時間計(jì)數(shù)器接線時間計(jì)數(shù)器(TickCount(ms)]返回室秒計(jì)時器的值e圖3-2時間計(jì)數(shù)器圖3.2時間信號的分段將得到的時間信號除以每個循環(huán)所用的時間70s,取余數(shù)。得到的余數(shù)x的范圍為0〈=x<70,當(dāng)0<=x<5時，條件滿足，執(zhí)行第一個條件結(jié)構(gòu)里面的程序，北黃和東紅燈點(diǎn)亮。當(dāng)5<=x<35時，條件滿足，執(zhí)行第二個條件結(jié)構(gòu)里的程序，北紅和東綠燈點(diǎn)亮。當(dāng)35<=x<40時，條件滿足，東黃和北紅燈點(diǎn)亮。當(dāng)40<=x<70時，x<40的條件不滿足，執(zhí)行條件結(jié)構(gòu)里面為假的程序，北綠和東紅燈點(diǎn)亮。時間分段的程序結(jié)構(gòu)如圖3-4所示。圖3-4圖3-4時間分段程序這里用到了判定范用并強(qiáng)制轉(zhuǎn)換控件，應(yīng)用這個控件可以判定輸入的數(shù)是否在上限和下限之間。它的圖標(biāo)和作用如圖3-5所示。如果輸出信號在范圍之內(nèi)，“？”接口將產(chǎn)生一個信號，此信號恰可以輸入到條件結(jié)構(gòu)作為分支選擇器信號。判定范圉井強(qiáng)制轉(zhuǎn)抿[InRangeandCoerce]上限 已強(qiáng)制轉(zhuǎn)換闆—；??范圍內(nèi)？下限」根據(jù)上限印不限■確走x昱否在指走的范圉內(nèi)r還可選擇將值強(qiáng)制轉(zhuǎn)接到指定范圍之內(nèi)。該固數(shù)只在比較元素模式下進(jìn)行強(qiáng)制轉(zhuǎn)罠如所有輸入都是時間標(biāo)識值?該色數(shù)接旻時閆標(biāo)識。該因數(shù)可改變比較模式。圖3—5判左范帀并強(qiáng)制轉(zhuǎn)換控件3.3各組時間信號的動作條件結(jié)構(gòu)是LabVIEW最基本的結(jié)構(gòu)之一，條件結(jié)構(gòu)類似于文本編程語言中的switch語句或者if…then???else語句。條件結(jié)構(gòu)可以從【結(jié)構(gòu)】子選板中創(chuàng)建，它的圖標(biāo)及功能如圖3-6所示。條件結(jié)構(gòu)[CaseStructure]包括Y或芻個子程序框胃「或分支?結(jié)構(gòu)執(zhí)行時?僅有一^程序框圖或分京在執(zhí)行。童至選擇器接線疾的值可以是布爾、宇符虱樹.或枚舉類型「用于確定要執(zhí)行的分京。右鍵單擊葩邊框■可添加翊約袁。可筋鈕工具就入器標(biāo)簽的值■并配負(fù)每個分豉涯的值。圖3-6條件結(jié)構(gòu)在條件結(jié)構(gòu)中，選擇端口相當(dāng)于switch語句中的"表達(dá)式”，框圖表示符相當(dāng)于“表達(dá)式n”。編程時，將外部控制條件連接至選擇端口上,程序運(yùn)行時選擇端口會判斷送來的控制條件，引導(dǎo)選擇結(jié)構(gòu)執(zhí)行相應(yīng)框架中的內(nèi)容。在本程序中的控制條件為從判定范圍并強(qiáng)制轉(zhuǎn)換“？”端口輸出地判斷值。當(dāng)各組條件滿足時，將執(zhí)行各條件結(jié)構(gòu)里的程序。每個條件結(jié)構(gòu)里

的程序基本相同。用需要點(diǎn)殼的燈與布爾真常量連接，不需要點(diǎn)殼的與布爾假常量連接，而時間顯示器則用一定的值減去輸入的時間量，以實(shí)現(xiàn)倒訃時的功能，各結(jié)構(gòu)里的程序略有不同，具體程序如圖3-7到圖3-10所示。第一階段:余數(shù)在0至5秒之間，此時東紅、北黃、西紅和南黃四個燈點(diǎn)亮，向東和西方向的時間顯示器東和西燈顯示為離紅燈熄滅的時間（從6s到1s）,向北和南方向的時間顯示器北和南燈顯示為離黃燈熄滅的時間（從6s圖3-7條件結(jié)構(gòu)1第二階段：當(dāng)北黃和南黃燈點(diǎn)亮5秒后，即余數(shù)大于5并且小于35時，條件結(jié)構(gòu)2條件滿足,北紅、東綠、南紅和西綠四個燈點(diǎn)殼，向東和向

西方向的時間顯示器顯示離東綠和西綠（通行）熄滅的時間（從30s到Is）,向北和向南方向的顯示離北紅和南紅（禁止通行）熄滅的時間（從35s到6s）o圖3-8條件結(jié)構(gòu)2第三階段：當(dāng)東綠和西綠燈點(diǎn)亮30秒后，即余數(shù)大于35并且小于40時，條件結(jié)構(gòu)3條件滿足，東黃和西黃燈點(diǎn)亮，而北紅和南紅未到熄滅的時間，繼續(xù)點(diǎn)亮。向東和向西方向的時間顯示器顯示離東黃和西黃（準(zhǔn)備轉(zhuǎn)換）熄滅的時間（從6s到Is）,向北和向南方向的

繼續(xù)顯示離北紅和南紅（禁止通行）熄滅的時間（從6s到1s）oHTrue^r\hfl01 ￡ ^>~rH 1^>~rH 1|T5l?爭rnsi?LH滋細(xì)細(xì)dTkg勢m滋沁v磁磁?磁細(xì)沁細(xì)細(xì)細(xì)心級磁曲圖3-9條件結(jié)構(gòu)3第四階段：當(dāng)北黃和南黃燈點(diǎn)亮5秒后，即余數(shù)大于40并且小于70時，條件結(jié)構(gòu)4為假的條件滿足,北綠、東紅、南綠和西紅四個燈點(diǎn)亮，向東和向西方向的時間顯示器顯示離東紅和西紅（禁止通行）熄滅的時間（從35s到6s）,向北和向南方向的顯示離北綠和南綠（通行）熄滅的時間（從3Os到1s）o

圖3-10條件結(jié)構(gòu)43.4循環(huán)的設(shè)計(jì)LabVIEW中的循環(huán)結(jié)構(gòu)主要通過while和for循環(huán)實(shí)現(xiàn)。這兩種循環(huán)的功能基本相同，但使用上有一些差別。for循環(huán)必須確定循環(huán)次數(shù),循環(huán)一定次數(shù)后自動退出循環(huán)；而while循環(huán)不用確定循環(huán)次數(shù)，只需要指定退出循環(huán)的條件。本次課程設(shè)計(jì)?中循環(huán)的次數(shù)不能確定,所以就用到了while循環(huán)。LabVIEW中的whi1e循環(huán)相當(dāng)于C語言中的while循環(huán)和do…while循環(huán)。

While循環(huán)可以從程序框圖中的【結(jié)構(gòu)】子選板中創(chuàng)建，whi】e循

環(huán)包括兩個端口：條件端口和重復(fù)端口。它的功能、圖標(biāo)及說明如圖所示。在此課程設(shè)計(jì)中，用按鍵連接條件端口，當(dāng)按鍵按下時，循環(huán)停止。While循環(huán)[WhileLoop]重復(fù)執(zhí)行內(nèi)部的子程序槿囹■直到條件接柴(揄心)接收到持

定的布爾值。將布爾值參至While循環(huán)的條件接線據(jù)。右健單擊

條件接鬆?從快捷菜單戶選擇真(T)時停止或真(T)時進(jìn)續(xù)。也可全線至條件接鬆.右縫單擊笑件接線據(jù).全線至條件接鬆.右縫單擊笑件接線據(jù).從快捷棊單中mM(T)時停止筋E時錐續(xù)。While循環(huán)至少執(zhí)行一次。圖3-11while循環(huán)第4章軟件調(diào)試這次所設(shè)計(jì)的十字路口交通燈有四種運(yùn)行狀態(tài)：狀態(tài)I、狀態(tài)2、狀態(tài)3、狀態(tài)4。各種狀態(tài)的效果在下文中將會講到。運(yùn)行狀態(tài)1,北紅和南紅燈亮35s—6s,東綠和西綠燈亮30s-Is,此時往東和往西方向的車輛可以通行，通行時間總共為30s,向北和向南方向禁止通行，禁止時間總共為33s。時間顯示器顯示的為離下一個狀態(tài)到來的時間，如圖4-1所示，東燈和西燈顯示器都顯示為17,表明再過17s綠燈將轉(zhuǎn)變?yōu)辄S燈，彼時向東和向西方向?qū)⒔雇ㄐ?北燈和南燈顯示器都顯示為22,表明再過22s向北和向南將允許通行。

圖4T運(yùn)行狀態(tài)1運(yùn)行狀態(tài)2,北紅和南紅燈亮6s-ls,東黃和西黃燈亮6s-ls，此時往東和往西方向的車輛準(zhǔn)備禁止通行。準(zhǔn)備時間總共為5s,向北和向南方向的車輛準(zhǔn)備通過。時間顯示器顯示的為離下一個狀態(tài)到來的時間,如圖4-2所示，四個顯示器都顯示為5,表明再過5s向北和向南方向?qū)⑥D(zhuǎn)變?yōu)榫G燈，向東和向西方向轉(zhuǎn)為紅燈，彼時向東和向西方向?qū)⒔雇ㄐ?向北和向南方向?qū)⒃试S通行。XtlAA■tXJ■?1om(J?AU?MM?9M圖4-2運(yùn)行狀態(tài)2運(yùn)行狀態(tài)3,北綠和南綠燈亮30s-ls,東紅和西紅燈亮35s-6s,此時往東和往西方向的車輛禁止通行。禁止時間總共為35s（還有os在下一個狀態(tài)中體現(xiàn)）；向北和向南方向的車輛允許通行，通行時間總共為30s。時間顯示器顯示的為離下一個狀態(tài)到來的時間，如圖4一3所示，北燈和南燈顯示器都顯示為18,表明再過18s向北和向南方向?qū)⑥D(zhuǎn)變?yōu)辄S燈，彼時向北和向南方向?qū)?zhǔn)備禁止通行；東燈和西燈顯示器顯示23,表明再過23s,向東和向西方向轉(zhuǎn)為綠燈，彼時向東和向西方向?qū)⒃试S通行。圖4-3運(yùn)行狀態(tài)3運(yùn)行狀態(tài)4,北黃和南黃燈亮6s-ls,東紅和西紅燈亮6s-ls,此時往東和往西方向的車輛準(zhǔn)備通行，準(zhǔn)備時間總共為os：向北和向南方向的車輛準(zhǔn)備禁止通過。時間顯示器顯示的為離下一個狀態(tài)到來的時間，如圖4-4所示，顯示器都顯示為5,表明再過5s向北和向南方向?qū)⑥D(zhuǎn)變?yōu)榧t燈，向東和向西方向轉(zhuǎn)為綠燈，彼時向東和向西方向?qū)⒃试S通行，向北和向南方向?qū)⒔雇ㄐ小?/p>

fin 東n圖4-4運(yùn)行狀態(tài)4運(yùn)行中按下停止鍵后，程序停止循環(huán)，如圖4-5所示:丿 楨 J圖4-5停止運(yùn)行如需繼續(xù)運(yùn)行程序，須單擊工具欄中的【運(yùn)行】或【連續(xù)運(yùn)行】按鈕。第5章心得總結(jié)這次虛擬儀器課程設(shè)計(jì)的題U是實(shí)現(xiàn)基于LabVIEW的任意波形發(fā)生器。此次課程設(shè)計(jì)是我在繼課堂學(xué)習(xí)書本上的虛擬儀器知識后，再一次并且更加深入的了解到虛擬儀器的基本使用方法和運(yùn)用原理，檢測我們學(xué)習(xí)成果的綜合性應(yīng)用能力，它不僅要求我們有扎實(shí)的專業(yè)理論知識和實(shí)踐操作能力，更要求我們有嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)、團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神。通過自己的動手和思考，感覺獲益良多。在設(shè)計(jì)中我就更切身體會到虛擬儀器這種儀器的高效、開放、易用靈活、功能強(qiáng)大、性價比高、可操作性好等明顯優(yōu)點(diǎn)。這次實(shí)驗(yàn)讓我們明口了虛擬儀器這門課程的重要性?？傊?，虛擬儀器技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合，及其在測控領(lǐng)域中的應(yīng)用，是對傳統(tǒng)測控方式的一場革命。應(yīng)用LabVIEW作為虛擬儀器軟件開發(fā)平臺，為開發(fā)高性能的計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)提供了極大的便利。測控方式的網(wǎng)絡(luò)化，是未來測控技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，通過建立分布式網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)，能夠充分利用現(xiàn)有資源和網(wǎng)絡(luò)帶來的種種優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)各種資源最有效合理的配置。應(yīng)用分布網(wǎng)絡(luò)測控，可以進(jìn)行多點(diǎn)測量，多點(diǎn)分析處理。這樣既可以充分發(fā)揮服務(wù)器控制測試儀器的接口能力，乂能發(fā)揮客戶機(jī)數(shù)據(jù)處理能力，而且便于系統(tǒng)的擴(kuò)展。遠(yuǎn)程虛擬儀器可以使信息的釆集、傳輸和處理一體化,使許多昂貴的測試設(shè)備得以共享。尤其是運(yùn)用在遠(yuǎn)程教育上更能發(fā)揮出更高的性價比。通過這次設(shè)計(jì)實(shí)踐。我總結(jié)了使用LabVlEW編程的兩個要點(diǎn)。第一，熟悉每個控件的用途、使用方法和在軟件中的位置。LabVIEW有這么多控件，有這么單元，如果我們不知道每個單元是用來干什么的，那就根本談不上應(yīng)用它們了，只有在知道這個空間是做什么用的，我們才會去使用它。知道需要用到某個單元，但是不知道怎么使用，怎么連線，這也是很讓人郁悶的事，所以我們得熟悉一些基本單元的用法。要想很快地做成一個虛擬儀器，就得熟悉每個單元所在的位置，以免在使用過程中找半天找不到它在哪個菜單中。第二