虛擬儀器技術(shù)與應(yīng)用-項目11基于myRIO的智能樓道燈控制系統(tǒng)

2024/1/3121:19項目11基于myRIO的智能樓道燈控制系統(tǒng)項目目標(biāo)能力目標(biāo)知識目標(biāo)素養(yǎng)目標(biāo)1.掌握NImyRIO基本操作與工作原理2.了解光敏傳感器、人體紅外傳感器基本工作原理3.掌握LabVIEW基本I/O設(shè)備控制程序設(shè)計1.能夠利用myRIO實(shí)現(xiàn)樓道燈的手動和自動控制2.能夠利用myRIO實(shí)現(xiàn)光敏傳感器控制樓道燈3.能夠利用myRIO實(shí)現(xiàn)人體紅外感應(yīng)傳感器控制樓道燈1.通過典型案例分析，增強(qiáng)學(xué)生探究精神2.通過開放式任務(wù)設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力3.通過產(chǎn)品功能的不斷優(yōu)化，培養(yǎng)學(xué)生工程思維4.通過生活場景項目，增強(qiáng)學(xué)生節(jié)約能源意識任務(wù)要求1.編寫LabVIEW程序，實(shí)現(xiàn)myRIO的數(shù)字量輸出引腳控制樓道燈的導(dǎo)通與關(guān)閉。

2.編寫LabVIEW程序，光敏傳感器檢測光的強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)光的強(qiáng)度弱時，LED燈自動點(diǎn)亮；光的強(qiáng)度強(qiáng)時，LED燈自動熄滅。

3.編寫LabVIEW程序，實(shí)現(xiàn)當(dāng)光的強(qiáng)度較弱同時檢測到有人經(jīng)過樓道時，樓道燈才會自動點(diǎn)亮，其余條件下樓道燈都是熄滅的狀態(tài)。實(shí)踐環(huán)境硬件設(shè)備：myRIO1900、LED燈、220Ω電阻、面包板、光敏傳感器、導(dǎo)線若干軟件環(huán)境：LabVIEW2017及以上版本準(zhǔn)備工作1.在使用一個新的myRIO之前需要在計算機(jī)上安裝軟件并對其進(jìn)行配置以做好系統(tǒng)開發(fā)的準(zhǔn)備。必須安裝的軟件有：LabVIEW2017myRIO、LabVIEWReal-Time（LabVIEW實(shí)時模塊）和LabVIEWmyRIOModule（LabVIEWmyRIO模塊）。

2.安裝好軟件之后便可以給

myRIO插上電源線，并用USB線將設(shè)備與計算機(jī)連接起來。當(dāng)

myRIO與計算機(jī)連接好后，會自動彈出如下圖所示的啟動界面（如果沒有自動彈出NImyRIOUSBMonitor的啟動界面準(zhǔn)備工作選項說明LaunchtheGettingStartedWizard通過GettingStartedWizard，用戶可以迅速查看NImyRIO的功能狀態(tài)。向?qū)У墓δ苡校簷z查已連接的NImyRIO，連接到選中設(shè)備，給NImyRIO安裝軟件或進(jìn)行軟件更新，為設(shè)備重命名，以及通過一個自檢程序測試加速度傳感器、板載LED以及板載自定義按鈕GotoLabVIEW選擇此項后直接彈出LabVIEWGettingStarted窗口ConfigureNImyRIO選擇后打開一個基于網(wǎng)頁的NImyRIO配置工具DoNothing可通過此選項關(guān)閉NImyRIOUSB啟動窗口準(zhǔn)備工作

3.隨后安裝向?qū)峁┮粋€如下圖所示的測試面板使用戶可以自由測試

myRIO上的三軸加速度計和LED燈的硬件性能。如果此時晃動NImyRIO硬件設(shè)備可以看到三條彩色的線會上下移動，如圖11-2所示。同時設(shè)備上的LED2，LED3燈點(diǎn)亮，說明設(shè)備正常準(zhǔn)備工作4.在LabVIEW啟動界面上單擊CreateProject，新建一個項目，會彈出一個窗口，如圖11-5所示，可以在左側(cè)看到不同的模板，依次選擇Templates→myRIO，會出現(xiàn)相應(yīng)的一些模板。準(zhǔn)備工作5.選擇創(chuàng)建

myRIOProject，如圖11-6所示，用戶可以自行修改ProjectName和ProjectRoot。在USB線連接著

myRIO和計算機(jī)的情況下，在Target一欄中會自動搜索到已連接的硬件設(shè)備。準(zhǔn)備工作6.在程序自動創(chuàng)建的項目管理器中，可以觀察到主程序Main.vi。如果是在myRIO這個Target下面，那么程序就會運(yùn)行在ARM處理器上。工程中的Main.vi是所選用模板為用戶提供的一個實(shí)例，可直接運(yùn)行。準(zhǔn)備工作7.打開程序框圖，如圖11-9所示。仔細(xì)觀察程序框圖可以發(fā)現(xiàn)，程序框圖中的順序結(jié)構(gòu)是為了使用戶能更清晰地了解其數(shù)據(jù)流向。整個模板是一個每10毫秒執(zhí)行一次的while循環(huán)，它從板載加速度傳感器上讀取X、Y、Z軸的加速度數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作8.雙擊打開圖11-9中Acceleromete模塊，出現(xiàn)Acceleromete模塊設(shè)置界面如圖11-10所示，當(dāng)三個軸都勾選上時，每次運(yùn)行循環(huán)，會將三個軸的數(shù)據(jù)都讀取，單擊ViewCode選項，可以查看底層VI。準(zhǔn)備工作

9.右鍵單擊項目管理器界面上的

myRIOTarget，如果在創(chuàng)建工程時已連接

myRIO設(shè)備，則直接在右鍵菜單中選擇Connect。準(zhǔn)備工作10.打開Main.vi程序，單擊運(yùn)行按鈕，可以看到程序編譯下載至ARM處理器上的過程，編譯下載完成后單擊Close，程序開始運(yùn)行。用戶可通過搖晃擺動

myRIO來觀察圖形圖表中X、Y、Z軸上采集到的加速度數(shù)據(jù)，單位為g，其中Z軸上有針對自由落體的參考系。主程序運(yùn)行界面如圖11-13所示。任務(wù)1LED燈的手、自動控制1建立接口電路離散LED燈接口控制電路需要兩條跳線與myRIOMXP連接器B進(jìn)行連接。其中LED陽極接連接器B針腳33(+3.3V)，LED陰極接連接器B針腳11（數(shù)字量DIO0輸出），連接電路如圖11-14所示。任務(wù)1LED燈的手、自動控制2LabVIEW程序編寫1）創(chuàng)建一個myRIOProject，在myRIO1900下面新建一個VI工程，命名為LED，依次打開“Programming”選板→“Structures”→“WhileLoop”，在LabVIEW程序框圖中添加一個While循環(huán)結(jié)構(gòu)，放置在程序框圖窗口，如圖11-15所示。任務(wù)1LED燈的手、自動控制2）右擊While循環(huán)結(jié)構(gòu)，單擊AddShiftRegister，添加移位寄存器，用于將當(dāng)前LED的狀態(tài)值傳送給myRIO，以便進(jìn)行下一次控制，添加移位寄存器如圖11-16所示。任務(wù)1LED燈的手、自動控制3）依次打開“myRIO”選板→“DigitalOutput”，添加一個Digitaloutput模塊，用于數(shù)字量輸出。雙擊Digitaloutput模塊，設(shè)置輸出通道為B/DIO0(Pin11)。4）在循環(huán)結(jié)構(gòu)中，依次打開“Programming”選板→“Comparisom”→“Select”，添加一個選擇器供手自動切換。5）依次打開“Programming”選板→“Boolean”→“Not”，添加一個位取反，用于控制LED燈的點(diǎn)亮與熄滅。6）依次打開“Programming”選板→“Timing”→“Wait(ms)”，放置等待延遲模塊，設(shè)置自動控制循環(huán)時間為500ms，手動控制時循環(huán)時間為10ms。7）在前面板依次打開“Modern”選板→“Boolean”，添加兩個PushButton，用來進(jìn)行手動和自動兩種狀態(tài)的控制，控件分別命名為“自動控制”，“手動控制”；添加一個StopButton,用來進(jìn)行停止程序的運(yùn)行，控件命名為“強(qiáng)制停止”，添加一個RoundLED,用來進(jìn)行LED狀態(tài)的顯示，命名為“LED燈狀態(tài)”；依次打開“Modern”選板→“Containers”→“TabControl”,添加一個容器用來美化前面板。任務(wù)1LED燈的手、自動控制8）再次切換到程序框圖串口，將上面所有的控件和模塊按圖11-17進(jìn)行連接。任務(wù)1LED燈的手、自動控制9）打開前面板，如圖11-18所示。點(diǎn)擊左上角Run運(yùn)行按鈕，程序開始執(zhí)行。當(dāng)自動控制按鈕關(guān)閉時，可以手動打開LED燈或者關(guān)閉；當(dāng)自動控制按鈕打開時，LED燈將會按照設(shè)置的延遲時間500ms進(jìn)行閃爍，通過強(qiáng)制停止按鈕可以停止運(yùn)行。任務(wù)2基于光敏傳感器的LED燈控制1.建立接口電路

光敏傳感器引腳從左到右分別為供電電源正極VCC，電源負(fù)極GND，數(shù)字量輸出DO，模擬量輸出AO。其中供電電源范圍為3.3V~5V，數(shù)字量輸出DO口當(dāng)外界環(huán)境光線強(qiáng)度超過設(shè)定閾值時，輸出低電平，當(dāng)外面光線達(dá)不到設(shè)定閾值時，輸出高電平。任務(wù)2基于光敏傳感器的LED燈控制

光敏傳感器需要三根跳線與myRIO連接器B進(jìn)行連接：其中VCC接連接器B針腳1（+5V)，GND接連接器B針腳6(AGND)，模擬量輸出AO接連接器B針腳3（AI0），接線示意圖如圖11-20所示。任務(wù)2基于光敏傳感器的LED燈控制2.LabVIEW程序編寫1）新建一個VI。在程序框圖窗口中添加一個條件結(jié)構(gòu)，內(nèi)部為LED燈的控制程序。2）當(dāng)條件為真時，執(zhí)行點(diǎn)亮LED燈的程序。在“真”分支框架里依次打開“myRIO”選板→“DigitalOutput”,添加一個數(shù)字量輸出模塊。雙擊Digitaloutput模塊，設(shè)置輸出通道為B/DIO0(Pin11)。依次打開“Programming”選板→“Timing”→“Wait(ms)”，放置等待延遲模塊，設(shè)置延遲時間為500ms。3）如圖11-21所示，LED燈為布爾常量控制，因此將False常量送給數(shù)字量輸出模塊的輸入引腳，此時硬件模塊myRIO的11腳輸出低電平，LED燈點(diǎn)亮。4）為了顯示LED的狀態(tài)，依次打開“Programming”選板→“Boolean”→“Not”，添加一個位取反，打開前面板，添加一個指示燈，命名為“LED燈狀態(tài)”，按照圖11-21所示進(jìn)行連線。任務(wù)2基于光敏傳感器的LED燈控制4）當(dāng)條件為假時，在“假”分支框架里將布爾型常量True送給數(shù)字量輸出模塊的輸入端，此時硬件模塊myRIO的11腳輸出高電平，LED燈熄滅。5）為了使“假”分支框架里的LED燈狀態(tài)顯示能夠一致，需要創(chuàng)建LED燈屬性節(jié)點(diǎn)，右擊LED燈狀態(tài)指示燈，依次點(diǎn)擊“Create”→“PropertyNode”→“Value”,添加屬性節(jié)點(diǎn)，右擊創(chuàng)建的屬性節(jié)點(diǎn)，點(diǎn)擊“Changealltowrite”,轉(zhuǎn)化為輸入控件。按照圖11-22進(jìn)行接線。任務(wù)2基于光敏傳感器的LED燈控制6）在判斷結(jié)構(gòu)外部添加循環(huán)結(jié)構(gòu)，用于循環(huán)采樣光敏電阻值。每次循環(huán)的時間為500ms。7）依次打開“myRIO”選板→“AnalogInput”,添加模擬量采樣模塊，雙擊模擬量采樣模塊，設(shè)置采樣通道為B/AI0(Pin3)。任務(wù)2基于光敏傳感器的LED燈控制8）經(jīng)過測試光敏傳感器AO輸出在0-5V之間，當(dāng)光的強(qiáng)度很高時，采樣值(AO輸出)最低為0V，當(dāng)光的強(qiáng)度很弱時，采樣值(AO輸出)最高為5V，因此設(shè)置比較閾值為2.5,實(shí)際可以根據(jù)情況適當(dāng)調(diào)整。9）依次打開“Programming”選板→“Dialog&UserInterface”→“SimpleErrorHandler.vi”,添加簡單錯誤處理子Vi模塊；打開“myRIO”選板→“DeviceManagement”→“Reset”,添加復(fù)位模塊，按照圖11-23所示進(jìn)行連線。任務(wù)2基于光敏傳感器的LED燈控制

編好程序后切換到前面板，點(diǎn)擊運(yùn)行，程序會自動下載到myRIO,可以看到當(dāng)光的強(qiáng)度較強(qiáng)時，采樣值為1.13V，小于閾值2.5，LED燈熄滅；當(dāng)光的強(qiáng)較弱時，采樣值為3.58V，大于閾值2.5，LED燈點(diǎn)亮，從而就實(shí)現(xiàn)了樓道燈的自動控制。前面板如圖11-24和圖11-25所示。光照較強(qiáng)時LED燈熄滅光照較弱時LED燈點(diǎn)亮任務(wù)3基于人體紅外傳感器的LED燈控制1.建立接口電路

HC-SR505人體紅外傳感器，靈敏度較高，可靠性較強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于各類自動感應(yīng)電器設(shè)備，用于人體紅外檢測。HC-SR505人體紅外傳感器如下圖所示，引腳從左到右分別為電源負(fù)極GND，數(shù)字量輸出DO，電源正極VCC。

任務(wù)3基于人體紅外傳感器的LED燈控制人體紅外傳感器需要三根跳線與