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基于LabVIEW的交通灯控制系统设计与仿真

2018年01月09日 11:39 次阅读

本文使用虚拟仪器LabVIEW软件开发出一套基于软件的交通灯实验控制系统来模拟交通灯的控制,即可实现无逻辑控制硬件的交通灯控制实验系统,并能进行实验模拟,使学生掌握交通灯的软件控制方法。相对于可编程序控制器PLC、单片机等方案来实现,加强了软件开发过程的理解,也节约了试验系统开发成本。

1、LabVIEW简介

LabVIEW是一种图形化的编程语言,它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受,是一个标准的数据采集和仪器控制软件。虚拟仪器是20世纪80年代兴起的一项新技术,是现代仪器仪表发展的重要方向,在建模仿真、设计规划和教育训练等方面都有应用。LabVIEW具备各种编程平台的通用功能,比方数据类型、事件处理、循环结构因此成为功能强大的图形化编程工具,LabVIEW并不仅仅是一门编程语言。虚拟仪器(VirtualInstrument,简称VI),每个VI,均含一个用户接口,这个接口叫前面板,通俗来说即与仪器面板对应的软面板。还有一个后面板,也叫作程序框图。VI的设计,包括前面板和程序框图的设计。VI就是通过前面板和程序框图的设计,使用图形化的编程语言,编程实现软件的程序功能。

2、交通灯控制系统设计方案

2.1、控制方案

十字路口交通信号红绿灯通常为三种控制形式。第一种为传统红绿灯,即绿灯切换到红灯之前,车辆由动到静,用黄灯缓冲过度;红灯切换到绿灯时,车辆由静到动没有缓冲过度;第二种是在传统红绿灯控制形式的基础上增加绿灯闪烁(简称绿闪)功能,即在绿灯时段行将结束的最后3秒闪烁三次,其目的是提示绿灯时段行将结束,并保留黄灯缓冲过度;第三种是数显红绿灯,即倒计时数字显示红绿黄灯的时段。由于全过程有时间显示,不要绿灯闪烁,但可以保留黄灯。文中采用第一种和第三种相结合的控制方式。

2.2、前面板设计

文中所设计的十字路口控制模型由两条东西方向的车道和南北方向的车道在交汇处设置。在交汇处东西南北四个方向各设置一个交通信号灯,每个交通信号灯由红、黄、绿三盏灯构成。打开LabVIEW2012软件,新建一个VI,并命名为交通灯仿真,在前面板上右击→指示灯→圆形指示灯,一共需要12个灯,东西南北四个方向各三个信号灯,右击指示灯,打开属性,在外观里面设置灯亮和灯灭的颜色,灯亮的时候分别是红、绿、黄三种颜色。灯灭的时候不显示。红绿灯对交通的影响起着至关重要的作用,如何合理地设置红绿灯时间是解决交叉路口交通问题的关键。设置红绿灯的时间,设置南北方向红灯和东西方向红灯时间及倒计时显示。前者用数值输入控件,后者用数值显示控件。设定完显示时间之后右击数据,单击数据操作,单击当前值设置为默认值,保存设定的数值。这样做的目的是下次实验系统打开后依然保存上次设定的时间数值,否则设定数值在本次程序关闭后会消失。

汽车数量的急剧增加,给城市交通带来了极大的压力。特别是在上下班高峰期,巨大的车流量使得道路拥挤,造成了不必要的时间浪费与经济损失。所以设计可靠、安全、便捷的智能交通灯控制系统有极大的现实必要性。传统的交通灯的缺陷也日益出现,其设计过于死板,红绿灯交替变换时间过于程式化,达不到道路的最大通行效率是最明显的问题。传统的十字路口交通控制系统中,一般只采用红绿黄灯分方向轮流控制形式,没有考虑到实时的各方向路面车流辆情况,紧急突发事件的应急处理等,这样的控制显得不够灵活,无法达到最优的交通指挥目的。为了模拟实际交通灯的控制,还可以在实验系统中设置交通管制的功能,改变红绿灯的亮灭时间,比如设置南北方向禁行,让东西方向的车流放行或者设置东西方向禁行,让南北方向的车流放行等功能,即可通过下拉列表控件实现设计功能。

2.3、程序框图设计

2.3.1、交通灯正常运行

在程序框图界面上使用条件结构判断程序是否进入交通管制,交通灯在正常条件下工作,未实行交通管制的情况下,程序进入假分支。在结构选板中有两种顺序结构,分别是平铺式顺序结构和层叠式顺序结构,为了节约程序后面板空间,这里使用层叠式顺序结构。首先在层叠式顺序结构的第一帧中给12个布尔灯(交通灯)赋值为F,即交通灯都不亮。南北方向和东西方向的红灯倒计时赋值为0。在第二帧里设计东西方向通行,南北方向禁行,即给南北方向的两个绿灯赋值为F,东西方向的两个红灯赋值为T。南北方向红灯倒计时显示。第三帧让南北红灯和东西绿灯灭,给它们赋值为F。第四帧显示东西方向的黄灯。在第五帧里设计东西方向禁行,南北方向通行,即给南北方向的两个绿灯赋值为T,东西方向的两个红灯赋值为F。东西方向红灯倒计时显示。南北方向红灯倒计时显示程序框图如图1所示。

基于LabVIEW的交通灯控制系统设计

图1  南北方向红灯倒计时显示

如图1所示,南北方向红灯倒计时显示时间为南北方向红灯设置时间减去循环次数。同时南北方向红灯亮,东西方向绿灯亮。

第六帧让南北绿灯和东西红灯灭,赋值为F。第七帧显示南北方向的黄灯亮的程序。黄灯闪烁程序如图2所示。

基于LabVIEW的交通灯控制系统设计

图2  黄灯闪烁程序分支

2.3.2、交通管制情况

为了适应实际交通问题,当实行交通管制时,交通灯模拟实验系统依然能实现这部分功能,在程序框图中,实行交通管制,程序进入真分支。在层叠式顺序结构的第一帧里让所有灯灭,即给所有灯赋值为F。在第二帧中设定南北方向通行,东西方向禁行,给东西方向红灯赋值为T,南北方向绿灯设置为T,其余灯赋值为F。在第三帧中设定东西方向通行,南北方向禁行,东西方向绿灯赋值为T,南北方向红灯赋值为F,其余灯赋值为F。在第四帧中是黄灯闪烁程序分支。

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LabVIEW FPGA模块在时钟电路的运用

如要使用数据流模型执行代码,LabVIEW将同步FPGA上的逻辑。默认情况下,LabVIEW FPG...

发表于 2017-11-18 05:54 159次阅读
LabVIEW FPGA模块在时钟电路的运用

新版LabVIEW FPGA 新增特性详解及其带...

相比其它FPGA设计工具,NI LabVIEW FPGA模块可帮助嵌入式设计人员使用更少的工程资源更...

发表于 2017-11-18 04:44 180次阅读
新版LabVIEW FPGA 新增特性详解及其带...

使用LabVIEW进行GPU计算

具有并行处理架构的平台,例如FPGA和GPU,在快速分析大型数据集方面得到了广泛应用。这两项技术可以...

发表于 2017-11-18 03:36 111次阅读
使用LabVIEW进行GPU计算

基于CompactRIO的高级可编程自动控制器

全新NI cRIO-907x CompactRIO集成系统是一种高级可编程自动控制器(PAC),它在...

发表于 2017-11-18 03:30 117次阅读
基于CompactRIO的高级可编程自动控制器

借助智能DAQ获得高级数据采集技术

多功能智能DAQ设备配有自定义式板载处理功能,最大限度地为系统定时及触发提供灵活性能。 与控制设备功...

发表于 2017-11-18 03:20 220次阅读
借助智能DAQ获得高级数据采集技术

添加FPGA终端的步骤方法

使用FPGA终端创建应用程序前,必须创建一个LabVIEW项目。然后添加FPGA终端至该项目并创建F...

发表于 2017-11-18 02:47 151次阅读
添加FPGA终端的步骤方法

LabVIEW的RIO与I/O对比

NI可重配置I/O(RIO)产品可在灵活的开发平台上实现高精度测量,适用于需要高速闭环控制的系统级应...

发表于 2017-11-18 02:44 259次阅读
LabVIEW的RIO与I/O对比

数据流编程以及LabVIEW多核编程

因为NI LabVIEW是数据流编程语言,开发者们可以编写并行的应用程序,这些应用程序可以直接映射到...

发表于 2017-11-18 02:39 110次阅读
数据流编程以及LabVIEW多核编程

NI FlexRIO设备的FGPA模块和适配器模...

NI FlexRIO设备包括了可采用NI LabVIEW FPGA模块进行编程的现场可编程门阵列(F...

发表于 2017-11-18 02:30 95次阅读
NI FlexRIO设备的FGPA模块和适配器模...

从三方面来看NI可重复配置I/O(RIO)技术

NI可重复配置I/O(RIO)技术能够让您通过使用可重复配置的现场可编程门阵列(FPGA)芯片和NI...

发表于 2017-11-18 02:29 108次阅读
从三方面来看NI可重复配置I/O(RIO)技术

PXI硬件和NI LabVIEW设计软件的平台重...

从供应商定义功能的传统仪器转向NI提供的软件定义的系统架构,允许用户定义的实时测试与分析。您甚至可以...

发表于 2017-11-18 02:13 256次阅读
PXI硬件和NI LabVIEW设计软件的平台重...

NI嵌入式系统编程教程(FPGA与软件工具)

设计工程师通常使用C等编程语言来开发基于微处理器或微控制器架构的嵌入式系统。 C语言的普及催生了用于...

发表于 2017-11-18 02:09 549次阅读
NI嵌入式系统编程教程(FPGA与软件工具)

大规模的多输入多输出(MIMO)架构与LabVI...

大规模的多输入多输出(MIMO)是5G无线通讯研究中一个令人兴奋的领域。对下一代无线数据通讯网络,它...

发表于 2017-11-18 02:03 445次阅读
大规模的多输入多输出(MIMO)架构与LabVI...

LabVIEW FPGA为NI 9144 带来的...

这篇文章讨论了使用分布式I/O进行实时部署系统的设计。美国国家仪器公司推出了NI 9144扩展机箱,...

发表于 2017-11-18 01:45 123次阅读
LabVIEW FPGA为NI 9144 带来的...

适用于需要处理大型数据集的NI LabVIEW多...

NI LabVIEW多核分析和稀疏矩阵工具包提供了高性能的LabVIEW多线程分析库,是在线或离线的...

发表于 2017-11-18 01:29 73次阅读
适用于需要处理大型数据集的NI LabVIEW多...

使用LabVIEW与 NI FlexRIO来研究...

使用NI FlexRIO,我们可以创建自己的高性能定制硬件。时域数字转换器是非常强大以及功能广泛的工...

发表于 2017-11-17 20:18 88次阅读
使用LabVIEW与 NI FlexRIO来研究...

LabVIEW的最新版本8.6支持从多核处理器到...

多核处理器、现场可编程门阵列(FPGA)和无线通信。使用这些传统工具利用这些关键技术并不十分容易;但...

发表于 2017-11-17 20:14 158次阅读
LabVIEW的最新版本8.6支持从多核处理器到...

基于NI CompactRIO和LabVIEW的...

全新的控制系统在几个月内完成了设计、开发、部署、验证和文档编写。CompactRIO和LabVIEW...

发表于 2017-11-17 20:07 118次阅读
基于NI CompactRIO和LabVIEW的...

用NI LabVIEW为BMS和ECU创建一个用...

用高压电池的电压副本、仿真的高电压电流传感器和温度传感器以及仿真的高电压电池故障,为电池管理系统(...

发表于 2017-11-17 20:03 341次阅读
用NI LabVIEW为BMS和ECU创建一个用...

利用LabVIEW和CompactRIO开发液压...

对驾驶过程中转向反作用力的仿真一直是动态变化的,因为它取决于车速、转向角度以及道路状况。另外,对于产...

发表于 2017-11-17 19:58 117次阅读
利用LabVIEW和CompactRIO开发液压...