基于虛擬儀器LabVIEW的智能交通燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)

◎覃傳妹

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基于虛擬儀器LabVIEW的智能交通燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)

◎覃傳妹

城市道路上車流量不斷增多，交通燈在維持安全有序的交通秩序上扮演著重要角色。為了保證交叉路口車量快速、安全通過，各種智能化的交通燈應(yīng)運(yùn)而生，基于LabVIEW的智能交通燈系統(tǒng)不但滿足了上述條件，還有實(shí)時(shí)監(jiān)控路況和方便維護(hù)、改善系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)。本文通過虛擬儀器軟硬件結(jié)合實(shí)現(xiàn)十字路口紅綠燈指示、綠燈倒計(jì)時(shí)、車流量檢測等功能。

虛擬儀器以計(jì)算機(jī)為核心，通過各類數(shù)據(jù)采集板卡，使計(jì)算機(jī)與外部通信。本文用虛擬儀器LabVIEW軟件編程，在用戶界面顯示十字路口紅綠燈仿真圖、綠燈倒計(jì)時(shí)，通過數(shù)據(jù)采集板卡PCI-6221實(shí)時(shí)輸出信號控制下位機(jī)的紅綠燈同步亮滅，紅外傳感器檢測主干道車流量并發(fā)送信號到上位機(jī)顯示。整個(gè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性高、維護(hù)簡單、成本低廉，交警可以在附近控制室內(nèi)的電腦上觀察紅綠燈情況

十字路口紅綠燈設(shè)計(jì)

主干道 南北向：綠燈亮15s，紅燈亮10s；轉(zhuǎn)向燈：南北向綠燈亮5s，東西向綠燈亮5s東西向：綠燈亮10s，紅燈亮15s。

紅綠燈程序設(shè)計(jì)：用case結(jié)構(gòu)，當(dāng)為真時(shí)把所有顯示控件都清零，為假時(shí)執(zhí)行紅綠燈操作，紅綠燈用布爾指示燈代替；通過“時(shí)間計(jì)數(shù)器（取系統(tǒng)時(shí)間）”和“商與余數(shù)”函數(shù)求出一個(gè)輪回紅綠燈運(yùn)行總時(shí)間35s；“判斷范圍并強(qiáng)制轉(zhuǎn)換”函數(shù)可以控制各路紅綠燈亮的時(shí)間，總共用到4個(gè)，每一個(gè)布爾量輸出端口都連一個(gè)case結(jié)構(gòu)，其執(zhí)行原理是：比如南北綠燈和東西紅燈同時(shí)亮15s，那么“判斷范圍并強(qiáng)制轉(zhuǎn)換”函數(shù)的輸入端口上限設(shè)為15，下限設(shè)為0，當(dāng)在0～15s這個(gè)范圍內(nèi)時(shí)執(zhí)行case結(jié)構(gòu)里面的“真”分支，點(diǎn)亮南北綠燈和東西紅燈亮15s，當(dāng)不在這個(gè)時(shí)間范圍內(nèi)時(shí)看是不是在16s～20s范圍內(nèi)，是的話又控制第二個(gè)case結(jié)構(gòu)，點(diǎn)亮南北轉(zhuǎn)向綠燈，延時(shí)5s，期間要把原先亮的東西紅燈、南北綠燈滅掉。多個(gè)case結(jié)構(gòu)嵌套使用。程序如圖1所示。

綠燈倒計(jì)時(shí)程序設(shè)計(jì)：從“判斷范圍并強(qiáng)制轉(zhuǎn)換”函數(shù)輸出的值通過取反再加上各路綠燈亮的時(shí)間再加1即可。

控制外部硬件紅綠燈：外部紅綠燈用LED代替，與外部硬件紅綠燈通信，采用數(shù)據(jù)采集板卡PCI-6221，它是一款低價(jià)位多功能M系列數(shù)據(jù)采集卡，有37針D-Sub連接器、16路模擬輸入端口、傳輸速率833 kS/s的2路16位模擬輸出、輸入輸出電壓范圍±10V、10條數(shù)字I/O線、32位計(jì)數(shù)器等特征，本設(shè)計(jì)應(yīng)用了4條數(shù)字I/O線輸出數(shù)字信號觸發(fā)外部紅綠燈，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)紅綠燈與下位機(jī)紅綠燈同步執(zhí)行的效果。程序具體操作是創(chuàng)建西向綠燈、西向紅燈、北轉(zhuǎn)向綠燈、東轉(zhuǎn)向綠燈的局部變量后組成數(shù)組通過“DAQmx寫入”函數(shù)輸送到采集板卡數(shù)字I/O口，分別控制下位機(jī)連接到接線盒的東西綠燈和南北紅燈、東西紅燈和南北綠燈、北轉(zhuǎn)向綠燈、東轉(zhuǎn)向綠燈，數(shù)字I/O口選擇line0：3端口。（見圖2）

圖3　智能交通燈仿真軟件與實(shí)物相結(jié)合結(jié)果展示圖

車流量檢測

通過紅外傳感器檢測車流量，紅外發(fā)射二極管和光敏三極管組成外紅傳感器，當(dāng)有車輛經(jīng)過光電流中斷，檢測光電流的有無可知有無車輛通過 ，通過數(shù)據(jù)采集板卡模擬輸入端口采集接收電路輸出的光電壓信號，當(dāng)采集到的電壓值小于1V時(shí)，說明有車通過，用戶界面顯示控件加1，顯示車流數(shù)。 程序通過DAQ助手分配ai0通道任務(wù)。

虛擬儀器軟件LabVIEW是整個(gè)工程實(shí)踐應(yīng)用的核心，通過虛擬儀器技術(shù)實(shí)現(xiàn)的交通燈系統(tǒng)靈敏、結(jié)構(gòu)簡單、開發(fā)成本低、維護(hù)方便、可隨便增加或者改善功能、還可遠(yuǎn)程監(jiān)控十字路口交通情況，整個(gè)項(xiàng)目可行性高。

基金項(xiàng)目：廣西大學(xué)行健文理學(xué)院，自然科學(xué)類項(xiàng)目，編號為2012ZKLX03
（作者單位：廣西大學(xué)行健文理學(xué)院）
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