基于labview的交通灯系统设计定稿-学位论文.doc

毕 业 设 计（论 文）题 目基于labview的交通灯系统设计毕业设计（论文）原创性声明本人郑重声明：所提交的毕业设计（论文），是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本研究做出过重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明并表示了谢意。 论文作者签名： 日期： 年 月 日摘 要随着社会的发展社会节奏越来越快，人类代步工具也越来越多，经常发生交通拥堵和交通事故。在大城市人流量的增多更加增加了交通负荷经常发生交通事故。城市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。有童谣“红灯停，绿灯行，黄灯亮了等一等”由此可见交通信号灯对交通安全的重要性。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电路的支持，在一定程度上增加了设计难度，提高了设计成本。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NILabVIEW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。虚拟仪器提供的各种工具能满足我们任何项目需要。美国国家仪器公司NI（NationalInstruments）最早提出的虚拟测量仪器（VI）概念，引发了传统仪器领域的一场重大变革，使得计算机和网络技术得以长驱直入仪器领域，和仪器技术结合起来。关键词：交通信号灯;labviewABSTRACTWith the social development of society in an increasingly fast pace, more and more human walking substituting tool, often occur traffic accidents and traffic jams.The increase in thebigcitytrafficincreasedtraffic load,traffic accidents often happen.The earlycompletion of the cityhigh-speedroad construction,they have effectively improved thetraffic condition.However, with the rapid growth of traffic volume and the lack of systematic research and control of high-speed road, high-speed road did not give full play to anticipated role.And urban speed way characteristic in structure, but also determines the urban freeway traffic will be affected by high-speed road and general road traffic conditions coupled constraints.Therefore,the development of asocial serviceof thetraffic light controllerisvery necessary and timely.Anursery rhymethe red light stop,green line,the yellow light of theimportance ofashows thetraffic lightson traffic safety.Realization of intersection signal lights control system there are many methods. By programming a PLC controller, SCM, standard logic devices can be achieved.But these control methods of functional modification and debugging needs support of hardware circuit, in a certain extent increase the design difficulty, increase the design cost.Virtual instrument technology is the use of high-performance modular hardware, combined with highly efficient and flexible software to complete a variety of test, measurement and automation applications.Since its inception in 1986, countries in the world of the engineers and scientists have NI LabVIEW graphical development tool for all aspects of the product design cycle, so as to improve the quality of products, relationship products put on the market of the time, and improve the efficiency of product development and production.Using integrated virtual instrument environment and the real world signals connected analysis data in order to obtain practical information, share the achievements of information, help to improve production efficiency in a large range.The virtual instrument provides a variety oftoolsable to meet any project need.The concept of American National Instrument Company of Ni (National Instruments) puts forward the earliest virtual instruments (VI), caused a major change in the field of traditional instrument, the computer and network technology can be marched into the instrument, instrument and technology together.Keywords: traffic signal lamp; LabVIEW目 录第一章 课题研究背景和意义 1.1 课程研究的背景 1.2 课程研究的意义 第二章 程序的设计1.1前面板的设计1.3时间信号的分段1.4各组时间信号的动作1.5循环的设计第三章 软件调试第四章 心得总结结束语致谢参考文献附录第一章 课题研究背景和意义1.1 课程研究的背景 城市交通控制系统主要是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的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重要的组成部分。因此，如何利用先进的信息技术改造城市交通系统已成为城市交通管理者的共识。 1.2 课程研究的意义交通灯得设置成为城乡各个路口的必备设置，为人们的出行安全提供了很好的保护措施。该系统具有与现实结合的功能，培养综合应用所学知识来指导实践的能力南京邮电大学2012届毕业设计（论文）第一章 程序的设计1.1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，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1-1所示。图1-1 交通灯前面板示意图1.2 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3-2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1-3所示： 图1-2 时间计数器 图1-3 时间计数器接线图1.3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1-4所示。图1-4 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1-5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1-5 判定范围并强制转换控件1.4 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ifthenelse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1-6所示。 图1-6 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1-7到图1-10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）。图1-7 条件结构1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到6s）。图1-8 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）。图1-9 条件结构3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1-10 条件结构43.4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dowhile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1-11 while循环第二章 软件调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4-1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2-1 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。时间显示器显示的为离下一个状态到来的时间，如图2-2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2-2 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2-3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。图2-3 运行状态3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2-4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。图2-4 运行状态4运行中按下停止键后，程序停止循环，如图2-5所示：图2-5 停止运行如需继续运行程序，须单击工具栏中的【运行】或【连续运行】按钮。第3章 心得总结此次课程设计圆满结束了，对于我经过努力所得的结果，我感到非常满意。此次设计以分组的方式进行，每组有一个题目。我们做的是十字路口交通灯系统。由于平时大家都是学理论，没有过实际开发设计的经验，虽然上课的时候讲过很多关于LabVIEW的应用，但课后也从没真正地应用过这个软件，对它一点都不熟悉，拿到的时候都不知道怎么做。但通过电脑对LabVIEW进行了几天的摸索学习，我终于把课程设计做好了，并发现其实LabVIEW很简单，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，分组工作的方式给了我与同学合作的机会，提高了与人合作的意识与能力，同时也培养和发展了同学之间的感情，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，真的很方便！课程设计的过程中，我遇到了不少的问题，但最终我终究还是战胜困难，取得了成功，接到实验任务后，我开始构思，翻阅相关书籍，请教同学，设计，调试。在这个过程中熟悉了LABVIEW的相关的基本操作，回忆了老师上课所讲的内容，锻炼了自学的能力，明确了设计的基本步骤。同时我认识到labview的用处之大，之广，还有很多值得学习的地方，启发了进一步学习的兴趣，为以后的学习打下了基础,结束语尽管交通控制系统已有了长足的进展，但相对于城市的迅速扩展、路网规模迅速扩大和车辆急剧增多，交通控制系统仍显滞后。本文创新之处在于：设计了一种基于LabvIEw的智能交通信号灯控制系统，通过一种最基本、最简单的交通灯设计情况，可实现交叉口3种颜色信号灯的交替点亮、持续时间设置等控制，可以实时监测交通系统工作状态，指挥车辆和行人安全通行。该控制系统设计简单、性能稳定、实时性强。通过在控制和监测处放置一台PC机和简单的外设即可实现。从而为实现交通系统智能控制提供了一条新途径。 系统目前仍存在不完善之处：不能根据十字路口不同方向车流情况及停车拥堵情况实现自动控制车辆左、右转弯以缓解交通负荷的功能。但是，随着系统设计及程序的进一步扩展，将会逐步完善，从而真正实现路口信号灯智能化、人性化控制。 致 谢本设计的完成是在我们的导师徐老师的细心指导下进行的。在每次设计遇到问题时老师不辞辛苦的讲解才使得我的设计顺利的进行。从设计的选题到资料的搜集直至最后设计的修改的整个过程中，花费了郭老师很多的宝贵时间和精力，在此向导师表示衷心地感谢!导师严谨的治学态度，开拓进取的精神和高度的责任心都将使学生受益终生!还要感谢和我同一设计小组的几位同学，是你们在我平时设计中和我一起探讨问题，并指出我设计上的误区，使我能及时的发现问题把设计顺利的进行下去，没有你们的帮助我不可能这样顺利地结稿，在此表示深深的谢意。- 21 -参考文献1张健，韩薪莘.LABVIEW图形化编程与实例应用.北京：中国铁道出版社 2戴鹏飞.测试工程与LABVEIW应用.北京：电子工业出版社 3路林吉.虚拟仪器的应用.电子技术 4侯国屏.LabVIEW7.1编程与虚拟仪器设计.清华大学出版社5杨乐平,李海涛,宵相生,等.LABVIEW 程序设计与应用.北京:电子工业出版社6张重雄.虚拟仪器技术分析与设计.电子工业出版社7黄峰.虚拟仪器技术教学资料.湖南工程学院出版社附录 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订