基于ELVIS交通信号灯设计

长春大学基于ELVIS交通信号灯设计I┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊目录第1章绪论........................................................11.1研究的目的和意义...........................................11.2国内外研究现状.............................................11.3主要研究内容与实施方案.....................................1第2章ELVIS的概述................................................32.1ELVIS的简介................................................32.1.112款集成仪器.........................................42.1.2NIELVIS的基础.......................................72.2NIELVIS硬件结构及其工作原理..............................72.2.1NIELVIS原型实验板...................................72.2.2ELVIS平台工作站......................................82.2.3NIELVIS硬件的组装以及DAQ硬件.......................92.2.4NIELVIS硬件测试....................................112.2.5配置NIELVIS软件....................................112.3ELVIS应用与发展...........................................122.3.1NIELVIS的USB接口..................................122.3.2ELVIS平台在高校教学中的创新应用.....................122.3.3ELVIS实验平台的发展.................................14第3章LabVIEW软件的使用及交通信号灯的设计及仿真.................153.1LabVIEW简介...............................................153.1.1LabVIEW的特点与优势.................................153.1.2labview的开发环境...................................163.2LabVIEW中交通信号灯的设计及仿真...........................173.2.1交通灯介绍...........................................173.2.2交通信号灯原理.......................................173.2.3虚拟交通信号灯的仿真.................................17第4章交通信号灯在ELVIS硬件的实现...............................244.1基于ELVIS交通信号灯硬件设计方案..........................244.2ELVIS硬件LED连线.........................................244.3LED显示情况...............................................24结论............................................................28致谢............................................................29长春大学基于ELVIS交通信号灯设计II┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊参考文献..........................................................30长春大学基于ELVIS交通信号灯设计共30页第1页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第1章绪论1.1研究的目的和意义NIELVIS是将DAQ（数据采集）硬件和LabVIEW软件组合成的一个虚拟仪器教学实验装置，包括硬件和软件两部分，其硬件包括可运行LabVIEW的计算机、DAQ设备、68针电缆、平台工作站和原版实验板；软件包括LabVIEW开发环境、NI-DAQ、SFP仪器和可针对ELVIS硬件进行程序设计的一系列LabVIEWAPI。平台工作站和DAQ设备一起建立了一个完整的实验系统，工作站控制面板提供了旋钮调节的函数发生器、可调电源和SFP仪器(示波器和数字万用表)的BNC和香蕉型接口。数据采集卡用于实现电路中的实测信号和LabVIEW程序产生信号的传递。原型实验板连接在平台工作站上，为用户提供一个组建电路的平台。NIELVIS软件可在SFP仪器间传送平台工作站上信号。NIELVIS拥有12种精密仪器，这些仪器基于NILabVIEW图形化系统设计软件，具有USB即插即用功能，并且允许进行快速简单的测量采集与显示。本设计利用了NIELVIS实现了在LabVIEW实验中虚拟仪器的仿真功能。研究城市交通信号系统具有一定的学术价值和实用价值，适应未来城市的交通的发展。1.2国内外研究现状在国内，NIELVIS平台集成有常用实验仪器该平台集成有波形发生器、示波器、数字万用表、可变电源等，同时NIELVIS可根据课程需要开发和购买不同功能的实验板建立通信、自动控制、物理等不同学科的实验室。实验实现原理简单NIELVIS平台具备数据采集功能，可直接把模拟信号输入计算机。在国外，美国国家仪器仪表有限公司（NationalInstruments，简称NI）近日发布最新NIELVISII设计与原型平台，作为一款简单、集成的系统，它可以将理论与实际应用相联系，这对于实验室和院校教学来说是理想的选择。新款NIELVIS系列集成了一款板载100MS/s示波器，并配备一系列的新款附加板卡，拓展了仪器和电路应用。利用已广泛应用于全球工业和研究院校中NILabVIEW图形化系统，设计虚拟仪器技术动手学习课程更为方便。NIELVIS开放式的配置性能，为众多高级课题项目提供了一个高性价比的、可拓展的教学和原型平台。1.3主要研究内容与实施方案（1）硬件设计：首先，在NIELVIS面包板上双向十字路口的位置上分别安装两组红色、黄色、绿色的LED。然后，将6个LED的阳极按对应关系分别接长春大学基于ELVIS交通信号灯设计共30页第2页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊到原形板上的数字I/O插槽，每个LED都由8位并行端口中的一个二进制位进行控制，再将LED的阴极通过电阻接到数字地。利用NIELVISmxDigitalWriter数字输出程序模拟十字路口LED灯亮情况．并找出各周期对应的8位二进制代码。（2）软件设计：首先，利用“Measurement&Automation”（简称Max）软件进行设备接口和物理通道的设置。在Max的设备和接口中找出本例所用的数据采集卡，并完成相关设置；在数据邻居中新建物理通道，选择M1-DAQmx任务-GenetrateSignals-DigitalOutput-LineOutput，在LineOutput列表中选择相应通道。然后．利用LabVIEW软件编写应用程序。程序框图设计采用while、循环结构，For循环结构和条件结构，之后选择“NIELVISmxDigitalWrite”函数，通过输入控件来实现红绿灯时间设置和调整．利用NIELVIS实验平台，对交通灯实验平台进行仿真，调试，并将结果显示在LabVIEW的界面上,如图1-1所示：图1-1设计实施方案长春大学基于ELVIS交通信号灯设计共30页第3页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第2章ELVIS的概述本章将介绍NIELVIS自带的12款集成仪器，这12款集成的虚拟仪器可以进行在ELVIS平台上实际电路的参数测量和相关之路的波形分析等，如进行波形的功率谱，时域和频域的分心等等，此外，还将介绍如何进行NIELVIS的测试和NIELVIS如何和12款仪器链接起来的，这是本章的重点，还将要简单的介绍下ELVIS的应用领域。2.1ELVIS的简介2003年，美国国家仪器公司提出一种全新的设计、测试及教学电路方法。首次使用户可以从运行于计算机上的标准测试仪器完整套装中受益，并能将这些仪器与设计于小型测试站，即美国国家仪器公司教学实验室虚拟仪器套装(NIELVIS)上的电路直接连接。它尺寸小、灵活性高的特点使其成为模拟、数字电路课程的热门选择，可与许多固定仪器相连接，成为课堂中有效的演示平台。NIELVISII与全新驱动软件NIELVISmx配合使用更佳。它具有更轻的重量、更好的控制布局、更多的接口、集成数据采集设备、及高速USB连接性。也就是说，如果用户的多台计算机上均装有NIELVISmx软件，就可以在用户的办公室电脑、家庭电脑、教室中的笔记本，甚至朋友的电脑上使用NIELVISII。NI教学实验室虚拟仪器套件（NIELVIS）是动手设计与原型设计平台，它集成了最常用的12个仪器—包括示波器、数字万用表、函数发生器、波特图分析仪等等，将它们集成在适合于硬件实验室或课堂的使用中。100MS/s的示波器选项可以用于NIELVISII+中。基于NILabVIEW图形化系统设计软件，带有USB即插即用功能的NIELVIS提供了虚拟仪器的灵活性，并且允许进行快速简单的测量采集与显示。该硬件平台适用于一年级直至四年级的课程，帮助教师教授不同的课程概念，包括测量与仪器、模拟与数字电路、控制与机电一体化、电信与嵌入式理论等。NIELVIS是NI电子学教育平台的集成配件，它将NIELVIS的原理图与SPICE仿真环境结合在一起。学生可以将在教科书中学习的概念应用到LabVIEW中，从而通过对电路行为和交互式电路建模进行学习。他们在LabVIEW环境中可以使用NIELVIS仪器，通过鼠标点击，将仿真与实际测量结果进行比较，不仅如此，在LabVIEW和LabVIEWSignalExpress中还能够完成更为复杂的分析。教育工作者可以使用NI教学实验室虚拟仪器套件系统（NIELVIS），来进行电路设计、仪器、控制、电信和嵌入式/单片机课程的理论中的教学。最新推出的NIELVISII+现在具有100MS/s的示波器，使得诸如对更用来开发高频率长春大学基于ELVIS交通信号灯设计共30页第4页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊的元器件的分析、描述电路的特点、分析上升时间等测试都会变得从未如此前所未有的轻松。使用NI-ELVIS驱动程序，学生们可以通过NI-ELVISmx仪器启动器访问12种仪器套件。这些虚拟仪器带有软面板，能够提供交互式的接口对仪器进行配置。NIELVIS虚拟仪器是开源的，可以在LabVIEW中进行定制。在安装驱动程序之后，学生们可以使用LabVIEWExpressVI和LabVIEWSignalExpress的步骤对设备进行编程。这为各个仪器提供了通过鼠标点击进行配置的功能，因此他们能够在LabVIEW中对采集