毕业设计（论文）基于虚拟仪器的交通信号灯控制系统设计.doc

学生毕业设计（论文）报告系 别： 电子与电气工程学院 专 业： 电气自动化 班 号： 电气082 学 生 姓 名： 学 生 学 号： 设计（论文）题目：基于虚拟仪器的交通信号灯控制系统设计 指 导 教 师： 设 计 地 点： 起 迄 日 期： 2010.5.4-2010.7.3 毕业设计（论文）任务书专业 电气自动化 班级 电气082 姓名 一、课题名称：基于虚拟仪器的交通信号灯控制系统设计 二、主要技术指标：红外线传感器：红外发射频率1.92Kmz；红外波长850nm；最小对射距离10m；最大对射距离25m。交通信号红绿灯：输出额定电压220V±10%；输出功率：12VA绿；发光强度：400cd；发光色谱： 628nm。倒计时器：发光强度（cd）大于0.8cm2；功率:30W。 三、工作内容和要求：在十字路口的红绿灯处，设1、3为南北方向是A路口，2、4为东西方向是B路口。利用红外线车辆检测器，检测各个路口的车经过的数量，得出路口交通的车流量数，根据车流量智能调控信号灯变化。如果南北方向车流量大，这个方向的绿灯时间就会延长。相反，如果东西方向车流量大，南北的红灯时间就延长。具体工作内容先理清交通信号灯的整体框架，分析研究；再确定方案，利用红外线车辆检测器设计智能交通信号灯的控制，实现红绿灯的自动指挥；最后实际调试分析，优化设计方案。 四、主要参考文献：张玲，易卫明，何伟等.一种基于视频的车辆检测新方法 D，2006. 杨福生.电路逻辑分析与设计M，2009. 周寿彬.电子技术基础M，清华大学出版社，2007. 齐向东.交通信号灯智能控制系统设计与实现J，太原科技大学学报，2006. 陈宗梅.交通灯控制系统电路设计J，重庆职业技术学院学报，2008. 何柏涛.车辆检测技术在辽宁高速公路的应用J，辽宁交通科技，2007(03). 王飞川，吕莉.采用视频车辆检测器的道路监控方案J，2008. 陈传明.智能交通信号灯配时及优化设计C，微机发展，2005. 陈叙.交通信号灯系统的动态控制J，苏州大学学报（自然科学版），2007. 陈宗梅，交通灯控制系统电路设计D，重庆职业技术学院学报，2007; 学 生（签名） 2010 年 月 日 指 导 教师（签名） 2010 年 月 日 教研室主任（签名） 2010 年 月 日 系 主 任（签名） 2010 年 月 日毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目基于虚拟仪器的交通信号灯控制系统设计一、 选题的背景和意义：社会经济迅速发展，越来越多的人拥有了自己的私家车，而繁忙的十字路口少不了交通信号灯的控制。而在特别繁忙的时候总需要交警在一旁控制红绿灯的放行，比较麻烦，而有些城市已经率先应用了自动控制的红绿灯，节约了大量的人力。通过对通信号灯的研究，利用红外线检测器更好的检测出车流量的多少来控制交通灯的放行。利用虚拟仪器智能控制交通红绿灯，既节约了大量的财力，又节约了大量的人力，更好的控制十字路口的繁忙的交通。二、 课题研究的主要内容：1、控制交通灯的自动指挥2、设计交通灯倒计时功能 3、利用红外线车辆检测器调控红绿灯4、交通信号灯不同时段的不同控制 在十字路口的红绿灯处，红外线车辆检测器智能化控制十字路口的红绿灯，得出路口交通流量，然后根据各方向来车的多少智能调控信号灯变化。如果南北方向车流量大了，这个方向的绿灯时间就会适当延长。否则，如果东西方向车流量大，南北方向的红灯时间就延长。三、 主要研究（设计）方法论述：利用虚拟仪器控制交通信号灯的变化，红外线车辆检测器智能化控制十字路口的红绿灯，通过单个路口交通的车流量，确定了交通车流量的多少来控制十字路口的通行与停止。保证在不同的时段可以实现不同的控制，使繁忙的路口更易疏导。如果东西路口车流量多的时候，则东西路口的绿灯时间则控制时间长一点，如果南北路口的车流量多的时候，则南北路口的绿灯时间则控制时间长一点。如果东西和南北的路口车流量多的时候，则红绿灯交替控制放行。这一系列的控制，都通过视频检测器检测到的车辆控制，实现交通信号灯的全自动控制。四、设计（论文）进度安排：时间（迄止日期）工 作 内 容10.5.810.5.11收集整理资料，分析选择虚拟仪器来设计交通信号灯的控制，确定课题10.5.1210.5.16收集虚拟仪器和交通信号灯系统的相关知识，分析研究。10.5.1710.5.19整理资料，分析思考，完成开题报告10.5.2010.5.26具体分析交通信号灯控制系统，利用虚拟仪器控制红绿灯的亮灭。10.5.2710.6.1收集相关资料，确定利用虚拟仪器控制数码管倒计时。10.6.210.6.7对虚拟仪器的相关知识分析，对视频检测器部分设计控制10.6.810.6.10分析研究，调试运行，对工作进行总结分析10.6.1110.6.17收集资料，结合自己的设计分析研究，好论文初稿。10.6.1810.6.24分析研究，进一步修改完善优化，论文定稿10.6.2510.6.28整理完成论文，准备答辩五、指导教师意见： 指导教师签名： 2010 年 月 日六、系部意见： 系主任签名： 2010 年 月 日目录摘要Abstract第1章 前言1第2章 虚拟仪器简介32.1 什么是虚拟仪器32.2 虚拟仪器的优势42.3 虚拟仪器的分类42.4 虚拟仪器系统的设计5第3章 交通信号灯控制系统设计93.1 交通灯的闪亮过程93.2 交通灯控制系统113.2.1 控制要求113.2.2 系统程序框图113.3 交通灯倒计时显示173.4 违规车辆检测电路设计19第4章 红外线车辆检测的控制系统204.1 车流量的计算204.2 车流滞留情况设计21第5章 系统调试运行235.1 数据交互与运行23第6章 结束语24答谢辞参考文献摘 要本系统由虚拟仪器系统、LED 显示、交通灯演示系统组成。系统包括利用车流量自动控制红绿灯的时间长短，左转、右转、以及基本的交通灯的功能。系统除基本交通灯功能外，还具有倒计时、紧急情况处理、违规车辆检测以及根据具体情况手动控制等功能，更加完善了交通信号灯的控制系统。利用虚拟仪器控制交通信号灯的变化，红外线车辆检测器智能化控制十字路口的红绿灯，通过计算十字路口单个车道的车流量，得出同一个方向的交通的车流量，用交通车流量的多少来控制十字路口的通行与停止。保证在不同的时段可以实现不同的控制，使繁忙的路口更易疏导。如果东西路口车流量多的时候，则东西路口的绿灯时间则控制时间长一点，如果南北路口的车流量多的时候，则南北路口的绿灯时间则控制时间长一点。如果东西和南北的路口车流量多的时候，则红绿灯交替控制放行。关键词：虚拟仪器；交通灯；红外线车辆检测器；智能控制AbstractThe system consists of virtual instruments system, LED display, traffic light shows system components. Automatic control system including the use of vehicular traffic the length of time the traffic lights, turn left, turn right, and thebasic function of the traffic lights. In addition to basic traffic light system functions, but also with the countdown, emergency, illegal vehicle detection and thespecific circumstances under manual control functions, a more complete traffic signal control system. Virtual instrument control traffic lights change,frequency detector, intelligent control of traffic light intersection, crossing through the screen shot, upload back to headquarters or the local host of images come to the traffic flow at traffic junctions to determine the transport vehicle how much to control the flow of the passage and stop crossing. Guarantee can be achieved at different times different control, so more to ease the busy intersection. If things intersection traffic flow and more time, then the intersection of the green time is something to control the time a little longer, if North-South traffic flow over the junction when the north-south green time of intersection control time is longer. If the west and the east of the intersection when the traffic volume and more, then the traffic lights turn control the release. Keywords: Virtual Instruments; Infrared Vehicle Detector; Intelligent Control第1章 前言当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在19世纪就已出现了。1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两色旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。电气启动的红绿灯出现在美国，这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，1914年始安装于纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。1968年，联合国道路交通和道路标志信号协定对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。我们设计的基于虚拟仪器的交通灯系统控制就是让交通信号灯更好的用计算机自动控制信号灯，根据车流量的多少控制十字路口的交通红绿灯的长短时间。随着控制理论及电子和计算机技术的高速发展,为适应科研和生产中的需求,在检测技术领域出现了许多新的理论、新的技术和新的概念,虚拟仪器由此而生。虚拟仪器(VIRTUAL INSTRUMENT)是指通过应用程序将计算机与功能硬件(完成信号获娶转换和调理的专用硬件)结合起来从而把计算机的强大运算存储和通信能力与功能硬件的测量和转换能力融为一体,形成一种多功能,高精度,可灵活组合并带有通信功能的测试技术平台。在电子测量中它可以代替传统的示波器,逻辑分析仪、信号发生器和频谱分析仪等,在工业控制系统中所有以计算机为核心的自动化装置也都可以归纳到虚拟仪器的范围内,哪它可以代替通常安装在控制室中的常规调节器、手操器、指示仪和报警器等。在使用虚拟仪器时,用户可通过显示屏上的友好界面来操作计算机,就像在操作自己定义的一台台传统的仪器仪表一样,从而完成对被测量的采集、分析、判断、调节和存储等功能。虚拟仪器与传统仪器的区别在于,传统仪器功能单一,并由制造厂定义,因此它系统封闭、功能固定、扩展性低,由于信息量少,因此一般都是人工读数、手工生成测试报告。而虚拟仪器则相反,它的功能完全可由用户自己编程加以定义和组态,并形成适合用户需要的专用测试系统。此外它还可以实现多媒体操作符指令;时间标记和测量注释;测量关联和趋势分析等多种功能,最重要的是它可以实现可编程全自动测试和结果自动分析等功能。在性能价格比方面它也具有优势。虚拟仪器可以广泛应用于工程测量、物矿勘探、生物医学、振动分析和故障诊断等科研和工程领域,目前在过程工业中大量使用的计算机监控系统等也可以认为是虚拟仪器。虚拟仪器实质上是一个计算机测试系统,它能够完成传统仪器的所有功能,在人机界面和操作方式上保持了传统仪器的模式,只不过仪器的面板是在显示屏上看到的,仪器的按钮操作是通过鼠标点击完成的,显示屏上的报警灯也同样可以闪烁。但虚拟仪器更加灵活方便,功能更加强大,并可按需要构成任意的测试系统。虚拟仪器的远程网络化也是它的一个发展方向测量信号经过网络的传输可实现资源共享、异地或远程控制、数据采集和故障监测等功能。选择用虚拟仪器来完成交通信号灯的控制繁忙的十字路口，红外线车辆检测器智能化控制十字路口的红绿灯，得出路口交通的车流量，用交通车流量的多少来控制十字路口的通行与停止。保证在不同的时段可以实现不同的控制，使繁忙的路口更易疏导。如果东西路口车流量多的时候，则东西路口的绿灯时间则控制时间长一点，如果南北路口的车流量多的时候，则南北路口的绿灯时间则控制时间长一点。如果东西和南北的路口车流量多的时候，则红绿灯交替控制放行，实现交通信号灯的全自动控制。既节约了大量的财力，又节约了大量的人力，而且能更好的控制十字路口的繁忙的交通。第2章 虚拟仪器简介虚拟仪器（Virtual Instruments简称VI）技术发展非常迅速，所有测量测试仪器的主要功能可由数据采集数据测试和分析结果输出显示等三大部分组成，其中数据分析和结果输出完全可由基于计算机的软件系统来完成，因此只要另外提供一定的数据采集硬件，就可构成基于计算机组成的测量测试仪器。基于计算机的数字化测量测试仪器就称之为虚拟仪器（VI）。2.1 什么是虚拟仪器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NI LabVIEW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。 20年来，无论是初学乍用的新手还是经验丰富的程序开发人员，虚拟仪器在各种不同的工程应用和行业的测量及控制的用户中广受欢迎，这都归功于其直观化的图形编程语言。虚拟仪器的图形化数据流语言和程序框图能自然地显示您的数据流，同时地图化的用户界面直观地显示数据，使我们能够轻松地查看、修改数据或控制输入。 美国国家仪器公司NI（NationalInstruments）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，从而开创了“软件即是仪器”的先河。 “软件即是仪器”这是NI公司提出的虚拟仪器理念的核心思想。从这一思想出发，基于电脑或工作站、软件和IO部件来构建虚拟仪器。IO部件可以是独立仪器、模块化仪器、数据采集板（DAQ）或传感器。NI所拥有的虚拟仪器产品包括软件产品（如LabVIEW）、GPIB产品、数据采集产品、信号处理产品、图像采集产品、DSP产品和VXI控制产品等。图2-1 NI设备其发展过程为：1、GPIBVSIPXI总线方式（适合大型高精度集成系统）GPIB 于1978年问世，VXI于1987年问世，PXI于1997年问世。 2、PC插卡并口式串口USB方式（适合于普及型的廉价系统，有广阔的应用发展前景）PC插卡式于80年代初问世，并行口方式于1995年问世，串口USB方式于1999年问世。 综上所述，虚拟仪器的发展取决于三个重要因素。计算机是载体,软件是核心高质量的A/D采集卡及调理放大器是关键。2.2 虚拟仪器的优势同其他技术相比，虚拟仪器技术具有四大优势： 1、性能高虚拟仪器技术是在PC技术的基础上发展起来的，所以完全"继承"了以现成即用的PC技术为主导的最新商业技术的优点，包括功能超卓的处理器和文件I/O，使您在数据高速导入磁盘的同时就能实时地进行复杂的分析。此外，不断发展的因特网和越来越快的计算机网络使得虚拟仪器技术展现其更强大的优势。 2、扩展性强NI的软硬件工具使得我们不再受限于当前的技术中。这得益于NI软件的灵活性，只需更新计算机或测量硬件，就能以最少的硬件投资和极少的、甚至无需软件上的升级即可改进整个系统。在利用最新科技的时候，我们可以把它们集成到现有的测量设备，最终以较少的成本加速产品上市的时间。 3、开发时间少在驱动和应用两个层面上，NI高效的软件构架能与计算机、仪器仪表和通讯方面的最新技术结合在一起。NI设计这一软件构架的初衷就是为了方便用户的操作，同时还提供了灵活性和强大的功能，使我们轻松地配置、创建、发布、维护和修改高性能、低成本的测量和控制解决方案。 4、无缝集成虚拟仪器技术从本质上说是一个集成的软硬件概念。随着产品在功能上不断地趋于复杂，工程师们通常需要集成多个测量设备来满足完整的测试需求，而连接和集成这些不同设备总是要耗费大量的时间。NI的虚拟仪器软件平台为所有的I/O设备提供了标准的接口，帮助我们轻松地将多个测量设备集成到单个系统，减少了任务的复杂性。2.3 虚拟仪器的分类虚拟仪器的发展随着微机的发展和采用总线方式的不同，可分为五种类型： 1、PC总线插卡型虚拟仪器这种方式借助于插入计算机内的数据采集卡与专用的软件如LabVIEW相结合（注：美国NI公司的Labview是图形化编程工具，它可以通过各种控件自己组建各种仪器。Labview/cvi是基于文本编程的程序员提供高效的编程工具，通过三种编程语言Visual C+,Visual Basic,Labviews/cvi构成测试系统，它充分利用计算机的总线、机箱、电源及软件的便利。但是受PC机机箱和总线限制，且有电源功率不足，机箱内部的噪声电平较高，插槽数目也不多，插槽尺寸比较小，机箱内无屏蔽等缺点。另外，ISA总线的虚拟仪器已经淘汰，PCI总线的虚拟仪器价格比较昂贵。 2、并行口式虚拟仪器最新发展的一系列可连接到计算机并行口的测试装置，它们把仪器硬件集成在一个采集盒内。仪器软件装在计算机上，通常可以完成各种测量测试仪器的功能，可以组成数字存储示波器、频谱分析仪、逻缉分析仪、任意波形发生器、频率计、数字万用表、功率计、程控稳压电源、数据记录仪、数据采集器。美国LINK公司的DSO-2XXX系列虚拟仪器,它们的最大好处是可以与笔记本计算机相连，方便野外作业，又可与台式PC机相连，实现台式和便携式两用，非常方便。由于其价格低廉、用途广泛，特别适合于研发部门和各种教学实验室应用。 3、GPIB总线方式的虚拟仪器GPIB技术是IEEE488标准的虚拟仪器早期的发展阶段。它的出现使电子测量独立的单台手工操作向大规模自动测试系统发展，典型的GPIB系统由一台PC机、一块GPIB接口卡和若干台BPIB形式的仪器通过GPIB电缆连接而成。在标准情况下，一块GPIB接口可带多达14台仪器，电缆长度可达40米。GPIB技术可用计算机实现对仪器的操作和控制，替代传统的人工操作方式，可以很多方便地把多台仪器组合起来，形成自动测量系统。GPIB测量系统的结构和命令简单，主要应用于台式仪器，适合于精确度要求高的，但不要求对计算机高速传输状况时应用。4、VXI总线方式虚拟仪器VXI总线是一种高速计算机总线VME总线在VI领域的扩展，它具有稳定的电源，强有力的冷却能力和严格的RFI/EMI屏蔽。由于它的标准开放、结构紧凑、数据吞吐能力强、定时和同步精确、模块可重复利用、众多仪器厂家支持的优点，很快得到广泛的应用。经过多年的发展，VXI系统的组建和使用越来越方便，尤其是组建大、中规模自动测量系统以及对速度、精度要求高的场合。有其他仪器无法比拟的优势。然而，组建VXI总线要求有机箱、零槽管理器及嵌入式控制器，造价比较高。 5、PXI总线方式虚拟仪器PXI总线方式是PCI总线内核技术增加了成熟的技术规范和要求形成的，增加了多板同步触发总线的技术规范和要求形成的，增加了多板发总线，以使用于相邻模块的高速通讯的局总线。PXI的高度可扩展性。PXI具有8个扩展槽，而台式PCI系统只有34个扩展槽，通过使用PCIPCI桥接器，可扩展到256个扩展槽，台式PC的性能价格比和PCI总线面向仪器领域的扩展优势结合起来，将形成未来的虚拟仪器平台。测控对象信号调理GPIB仪器数据采集卡GPIB接口串行口仪器VXI或PXI仪器现场总线设备LabVIEWPC机图2-2 总线方式2.4 虚拟仪器系统的设计1、虚拟仪器系统的设计方案虚拟仪器由硬件设备与接口、设备驱动软件和虚拟仪器面板组成。其中，硬件设备与接口可以是各种以PC为基础的内置功能插卡、通用接口总线接口卡、串行口、VXI总线仪器接口等设备，或者是其它各种可程控的外置测试设备，设备驱动软件是直接控制各种硬件接口的驱动程序，虚拟仪器通过底层设备驱动软件与真实的仪器系统进行通讯，并以虚拟仪器面板的形式在计算机屏幕上显示与真实仪器面板操作元素相对应的各种控件。用户用鼠标操作虚拟仪器的面板就如同操作真实仪器一样真实与方便。图2-3 虚拟仪器系统设计方案(1)虚拟仪器系统的硬件构成 虚拟仪器的硬件系统一般分为计算机硬件平台和测控功能硬件。计算机硬件平台可以是各种类型的计算机，如台式计算机、便携式计算机、工作站、嵌入式计算机等。它管理着虚拟仪器的软件资源，是虚拟仪器的硬件基础。因此，计算机技术在显示、存储能力、处理器性能、网络、总线标准等方面的发展，导致了虚拟仪器系统的快速发展。 按照测控功能硬件的不同，VI可分为DAQ、GPIB、VXI、PXI和串口总线五种标准体系结构，它们主要完成被测输入信号的采集、放大、模/数转换。 (2)虚拟仪器系统的软件构成 测试软件是虚拟仪器的主心骨。NI公司在提出虚拟仪器概念并推出第一批实用成果时，就用软件就是仪器来表达虚拟仪器的特征，强调软件在虚拟仪器中的重要位置。NI公司从一开始就推出丰富而又简洁的虚拟仪器开发软件。使用者可以根据不同的测试任务，在虚拟仪器开发软件的提示下编制不同的测试软件，来实现当代科学技术复杂的测试任务。在虚拟仪器系统中用灵活强大的计算机软件代替传统仪器的某些硬件，特别是系统中应用计算机直接参与测试信号的产生和测量特性的分析，使仪器中的一些硬件甚至整个仪器从系统中消失，而由计算机的软硬件资源来完成它们的功能。虚拟仪器测试系统的软件主要分为以下四部分。 1仪器面板控制软件 仪器面板控制软件即测试管理层，是用户与仪器之间交流信息的纽带。利用计算机强大的图形化编程环境，使用可视化的技术，从控制模块上选择你所需要的对象，放在虚拟仪器的前面板上。 2数据分析处理软件 利用计算机强大的计算能力和虚拟仪器开发软件功能强大的函数库可以极大提高虚拟仪器系统的数据分析处理能力，节省开发时间。 3仪器驱动软件 虚拟仪器驱动程序是处理与特定仪器进行控制通信的一种软件。仪器驱动器与通信接口及使用开发环境相联系，它提供一种高级的、抽象的仪器映像，它还能提供特定的使用开发环境信息。仪器驱动器是虚拟仪器的核心，是用户完成对仪器硬件控制的纽带和桥梁。虚拟仪器驱动程序的核心是驱动程序函数/VI集，函数/VI是指组成驱动的模块化子程序。驱动程序一般分为两层，底层是仪器的基本操作，如初始化仪器配置仪器输入参数、收发数据、查看仪器状态等。高层是应用函数/VI层，它根据具体测量要求调用底层的函数/VI。 4通用I/O接口软件 在虚拟仪器系统中，I/O接口软件作为虚拟仪器系统软件结构中承上启下的一层，其模块化与标准化越来越重要。VXI总线即插即用联盟，为其制定了标准，提出了自底向上的I/O接口软件模型即VISA。作为通用I/O标准，VISA具有与仪器硬件接口无关性的特点， 即这种软件结构是面向器件功能而不是面向接口总线的。应用工程师为带GPIB接口仪器所写的软件，也可以于VXI系统或具有RS232接口的设备上，这样不但大大缩短了应用程序的开发周期，而且彻底改变了测试软件开发的方式和手段。 2、虚拟仪器系统软面板的设计标准虚拟仪器软面板是用户用来操作仪器，与仪器进行通信，输入参数设置，输出结果显示的用户接口。其设计准则是： （1）按照VPP规范设计软面板，使面板具有标准化、开放性、可移植性。（2）根据测试要求确定仪器功能。根据测试任务确定仪器软面板具体测试、测量功能，开关、控制等设置要求。 （3）用面向对象的设计方法设计软面板。按照面向对象的设计思想，一个虚拟仪器集成系统由多个虚拟仪器组成，每个虚拟仪器均由软面板控制。软面板由大量的虚拟控件组成。 3.虚拟仪器系统的组建方案在虚拟仪器系统的组建方案，主要包括底层硬件、软硬件接口、应用程序以及驱动程序的设计与开发。 （1）制定所设计仪器的接口形式 如果仪器设备具有RS-232串行接口，则直接用连线将仪器设备和计算机的RS-232串行口连接即可。如果是GPIB接口，需要额外配备一块GPIB-488接口板，将接口板插入计算机的ISA插槽，建立起计算机与仪器设备之间的通信桥梁。如果使用计算机来控制VXI总线设备，则需要配置一块GPIB接口卡，通过GPIB 总线与VXI主机箱零槽模块通信。零槽模块的GPIB-VXI翻译器将GPIB 的命令翻译成VXI命令并把各模块返回的数据以一定的格式传回主控计算机。DAQ数据采集卡是基于计算机标准总线的，因此可以将数据采集卡直接插到计算机的插槽上。 (2）开发硬件采集卡 一种典型的数据采集卡组成包括，先用传感器把非电的物理量转变成模拟电量，采样/保持器可以保持信号，实现对瞬时信号进行采集，以便ADC进行数字转换，提高ADC转换器的转换精度。实现在测量中同时对多路模拟信号进行采样。多路模拟开关可以分时选通来自多个输入通道的某一路信号，这样在多路开关后的单元电路，只需一套即可，也可以采用计算机进行多路选择控制。当传感器输出的信号比较小，可以用放大器放大和缓冲输入信号，如果采用的是可编程增益放大器就可以通过计算机进行增益选择控制确定增益倍数。精度及性能是仪器系统的生命，而这完全依赖于提供基础数据的信号采集控制电路，因此在硬件采集电路的设计时，需根据所设计的虚拟仪器所要达到的性能指标和被测信号的特点，设计合理的系统结构。系统的结构合理与否，对系统的可靠性、性能价格比等有直接影响，在硬件和软件功能的设计上要尽量使虚拟仪器的结构简单，可靠性高，成本低廉，选用合适的单元器件，尽可能的提高采集卡采集的精度和速度。 (3)确定设计采集卡的设备驱动程序方案 采集卡的设备驱动程序是控制各种硬件采集卡的驱动程序，是连接主控计算机与信号采集调理部件的纽带。驱动程序的实质是为用户提供了用于仪器操作的较抽象的操作函数集，它是虚拟仪器核心软件之一。 (4)确定虚拟仪器系统应用程序编程语言 虚拟仪器系统软件结构的设计在体现整个系统的性能和灵活性方面作用很大，因此在开发虚拟仪器系统的软件部分时，首先要根据所开发的虚拟仪器功能和性能，确定应用程序和软面板程序的模块结构和功能，画出各部分的流程图，采用合适的编程语言。在编制虚拟仪器软件中可采用两种编程方法。一种是采用面向对象的可视化的高级编程语言，如VC+、VB和Delphi等编写虚拟仪器的软件，这种方法实现的系统灵活性高，易于扩充和升级维护。另一种是采用图形化编程方法，如LabVIEW，HPVEE，采用图形化编程的优势是软件开发周期短、编程较简单，特别适合工程技术人员使用。总之在编写程序时，要尽可能的让每一模块都有一定的独立性，模块之间明确定义接口，模块之间可以采用数据传递的形式进行联系。 (5)软件调试和运行 程序编写好以后要对各模块进行调试和运行，可以通过采集各种标准信号来验证虚拟仪器系统功能的正确性和性能的优良性。第3章 交通信号灯控制系统设计3.1 交通灯的闪亮过程图3-1是一个十字路口示意图。分别用1、2、3、4表明四个流向的主车道，用A、B、C、P分别表示各主车道的左行车道、直行车道、右行车道以及人行道。用a、b、c、p分别表示左转、直行、右转和人行道的交通信号灯，在无车状态时其通行顺序如图3-2所示为十字路口。图3-1 十字路口交通示意图图3-2 十字路口通行顺序示意图软件流程图如下图3-3所示。图3-3 正常时序流程图图3-4 十字路口交通灯正常时序控制时序图根据图3-4很直观的看出设计的一个过程。图3-5则是根据时序图分析交通灯的工作情况。4个时间周期分别记为T1,T2,T3,T4.方向南北向东西向8位代码交通灯红黄绿红黄绿位012456T125S00110000010100T25S01010000010010T325S10000101000001T45S10001000100001图3-5 交通信号灯控制代码表3.2交通灯控制系统3.2.1 控制要求1、程序说明及状态分析无车时:（1）南北绿灯，这个是默认的起始状态。当然，最好在初始化状态下将所有的灯熄灭。其它6个簇中的红灯点亮。（2）南北黄灯。其它6个簇中的红灯保持点亮。（3）南北转向绿灯，南北红灯，其它四个簇保持红灯。（4）南北转向黄灯，其它不变。（5）东西绿灯，南北及南北转向变为红灯。（6）东西黄灯，其它保持不变。（7）东西转向绿灯，东西红灯，其它保持红灯。（8）东西转向黄灯，其它保持红灯。（9）回到初始化状态。8个状态循环完成一遍。（10）绿灯，黄灯，红灯时间可以设置，默认为绿灯4s,黄灯2s,红灯4s。有车时根据车流量多少智能控制红绿灯的变化。3.2.2 系统程序框图1、交通灯控制系统设计交通灯控制系统的前面板如下图3-6,其中四个方向都包含转向红绿灯，初始状态均为暗颜色。图3-6 交通灯控制系统的前面板2、VI定时器定时器程序框图如下图3-7所