Kontroler saobraćajnih signala: 4 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:05

Često postoje scenariji u kojima su potrebne fleksibilne sekvence prometnih signala za koordinaciju prometa kroz raskrsnicu prometne ulice i slabo korištene sporedne ulice. U takvim situacijama sekvencama se može upravljati pomoću različitih mjerača vremena i signala za detekciju prometa sa sporedne ulice. Ovi zahtjevi mogu se zadovoljiti konvencionalnim metodama, npr. korišćenjem gradivnih blokova od diskretnih elektronskih komponenti ili mikrokontrolera. Međutim, koncept konfigurabilnih integriranih krugova miješanih signala (CMIC) pruža atraktivnu alternativu s obzirom na fleksibilnost dizajna, niske troškove, vrijeme razvoja i praktičnost. Mnoge regije i zemlje napreduju do kompliciranijih mreža koje mogu prihvatiti veći broj varijabli za upravljanje semaforima. Međutim, mnogi semafori i dalje koriste fiksnu kontrolu vremena, poput elektromehaničkih kontrolera signala. Svrha ove bilješke o aplikaciji je pokazati kako se može koristiti GreenPAK-ov Asinhroni državni stroj (ASM) za razvoj pojednostavljenog kontrolera prometnih signala koji će zamijeniti kontroler fiksnog vremena. Ova saobraćajna signalizacija regulira promet koji prolazi kroz raskrsnicu prometne glavne ulice i sporedne ulice koja se slabo koristi. Kontroler bi kontrolirao redoslijed dva prometna signala, koji su postavljeni na glavnoj i sporednoj ulici. Signal senzora, koji detektira prisutnost sporednog prometa, šalje se u kontroler koji bi, zajedno s dva tajmera, kontrolirao redoslijed prometnih signala. Razvijena je shema konačnih strojeva (FSM) koja osigurava da su ispunjeni zahtjevi sekvence prometnih signala. Logika kontrolera je implementirana korištenjem dijaloga GreenPAK ™ SLG46537 konfiguriranog IC mješovitog signala.

U nastavku smo opisali korake potrebne za razumijevanje kako je GreenPAK čip programiran za stvaranje kontrolera prometnih signala. Međutim, ako samo želite dobiti rezultat programiranja, preuzmite GreenPAK softver da biste vidjeli već završenu GreenPAK datoteku za dizajn. Priključite GreenPAK Development Kit na svoje računalo i pritisnite program za kreiranje prilagođenog IC -a za kontroler prometnih signala.

Korak 1: Zahtjevi

Razmotrite prometni scenarij sa zahtjevima vremena za postavljanje prometne signalizacije s glavne i sporedne ulice, kao što je prikazano na slici 1. Sistem ima šest stanja i kretat će se iz jednog stanja u drugo ovisno o određenim unaprijed definiranim uvjetima. Ovi uslovi se zasnivaju na tri tajmera; dugi tajmer TL = 25 s, kratki tajmer TS = 4 s i prolazni tajmer Tt = 1 s. Dodatno, potreban je digitalni ulaz sa senzora detekcije bočnog prometa. Temeljni opis svakog od šest stanja sistema i signala za kontrolu prijelaza stanja dan je u nastavku: U prvom stanju, glavni signal je zelen, dok je bočni signal crven. Sistem će ostati u ovom stanju sve dok ne istekne dugi mjerač vremena (TL = 25 s) ili sve dok nema vozila u sporednoj ulici. Ako je vozilo prisutno u sporednoj ulici nakon isteka dugotrajnosti, sistem će proći kroz promjenu stanja prelazeći u drugo stanje. U drugom stanju, glavni signal postaje žut, dok bočni signal ostaje crven za vrijeme kratkog tajmera (TS = 4 s). Nakon 4 sekunde sistem prelazi u treće stanje. U trećem stanju, glavni signal se mijenja u crveno, a bočni signal ostaje crven za vrijeme trajanja prolaznog timera (Tt = 1 s). Nakon 1 sekunde, sistem prelazi u četvrto stanje. Tokom četvrtog stanja glavni signal je crven, dok bočni signal postaje zelen. Sistem će ostati u ovom stanju do isteka dugotrajnog odbrojavanja (TL = 25 s), a u sporednoj ulici su prisutna neka vozila. Čim istekne tajmer ili nema vozila u sporednoj ulici, sistem će preći u peto stanje. Tokom petog stanja glavni signal je crven, dok je bočni signal žut za vrijeme kratkog tajmera (TS = 4 s). Nakon 4 sekunde sistem će preći u šesto stanje. U šestom i posljednjem stanju sistema, i glavni i sporedni signali su crveni za period prolaznog tajmera (Tt = 1 s). Nakon toga, sistem se vraća u prvo stanje i počinje iznova. Treće i šesto stanje pružaju tamponsko stanje u kojem oba (glavni i sporedni) signal ostaju crveni kratak vremenski period tokom promjene. Stanja 3 i 6 su slična i mogu se činiti suvišnima, međutim to omogućava da implementacija predložene sheme bude jednostavna.

Korak 2: Šema implementacije

Cjeloviti blok dijagram sistema prikazan je na slici 2. Ova slika prikazuje ukupnu strukturu, funkciju sistema i navodi sve potrebne ulaze i izlaze. Predloženi kontroler prometnih signala izgrađen je oko koncepta konačne mašine (FSM). Gore opisani zahtjevi za vrijeme prevedeni su u FSM sa šest stanja kako je prikazano na slici 3.

Gore prikazane varijable promjene stanja su: Vs-Vozilo se nalazi u sporednoj ulici

TL - Tajmer od 25 s (dugi tajmer) je uključen

TS - Tajmer od 4 s (kratki tajmer) je uključen

Tt - Tajmer za 1 s (privremeni tajmer) je uključen

Dialog GreenPAK CMIC SLG46537 izabran je za implementaciju FSM -a. Ovaj izuzetno svestrani uređaj omogućava dizajniranje širokog spektra funkcija mješovitog signala unutar vrlo malog, integriranog kola male snage. Nadalje, IC sadrži ASM makroćeliju osmišljenu tako da omogućava korisniku stvaranje strojeva stanja sa do 8 stanja. Korisnik ima fleksibilnost da definira broj stanja, prijelaze stanja i ulazne signale koji će uzrokovati prijelaze iz jednog stanja u drugo stanje.

Korak 3: Implementacija korištenjem GreenPAK -a

FSM razvijen za rad kontrolera prometa implementiran je pomoću SLG46537 GreenPAK. U GreenPak Designer shema je implementirana kao što je prikazano na slici 4.

PIN3 i PIN4 su konfigurirani kao pinovi za digitalni ulaz; PIN3 je povezan na ulaz senzora vozila sa sporedne ulice, a PIN4 se koristi za resetovanje sistema. PIN -ovi 5, 6, 7, 14, 15 i 16 konfigurirani su kao izlazni pinovi. PIN -ovi 5, 6 i 7 se prosljeđuju vozačima crvenog, žutog i zelenog svjetla bočnog signala. PIN-ovi 14, 15 i 16 prosljeđuju se vozačima zelenog, žutog i crvenog svjetla glavnog signala. Time je dovršena I/O konfiguracija sheme. U središtu sheme leži ASM blok. Ulazi ASM bloka, koji reguliraju promjene stanja, dobivaju se iz kombinatorne logike pomoću tri bloka brojača/kašnjenja (TS, TL i TT) i ulaza sa senzora bočnog vozila. Kombinatorna logika dodatno se kvalificira pomoću informacija o stanju koje se vraćaju LUT -ovima. Podaci o stanju prvog, drugog, četvrtog i petog stanja dobivaju se kombinacijom izlaza B0 i B1 ASM bloka. Kombinacije B0 i B1 koje odgovaraju prvom, drugom, četvrtom i petom stanju su (B0 = 0, B1 = 0), (B0 = 1, B1 = 0), (B0 = 1, B1 = 1) i (B0 = 0, B1 = 1). Informacije o stanju 3. i 6. stanja dobivaju se izravno primjenom operatora AND na glavne crvene i bočne crvene signale. Dovođenje informacija o ovim stanjima do kombinatorne logike osigurava da se aktiviraju samo relevantni tajmeri. Ostali izlazi ASM bloka dodijeljeni su glavnom semaforu (glavno crveno, glavno žuto i glavno zeleno) i bočnim semaforima (bočno crveno, bočno žuto i bočno zeleno).

Konfiguracija ASM bloka prikazana je na slikama 5 i 6. Stanja prikazana na slici 5 odgovaraju definiranim prvom, drugom, trećem, četvrtom, petom i šestom stanju prikazanom na slici 3. Izlazna RAM konfiguracija ASM -a blok je prikazan na slici 6.

Tajmeri TL, TS i TT implementirani su pomoću blokova brojača/kašnjenja CNT1/DLY1, CNT2/DLY2 i CNT3/DLY3. Sva ova tri bloka konfigurirana su u modu odgode s otkrivanjem rastuće ivice. Kao što je prikazano na slici 3, prvo i četvrto stanje pokreću TL, drugo i peto stanje pokreću TS, a treće i šesto stanje pokreću TT pomoću kombinatorne logike. Kako se aktiviraju mjerači kašnjenja, njihovi izlazi ostaju 0 sve dok konfigurirano kašnjenje ne dovrši svoje trajanje. Na ovaj način TL ', TS' i TT '

signali se direktno dobijaju sa izlaza blokova CNT1/DLY1, CNT2/DLY2 i CNT3/DLY3. TS 'se direktno dovodi na ulaz tranzicije drugog i petog stanja, dok se TT' prenosi na tranzicijske ulaze za treće i šesto stanje. TL se, s druge strane, prenosi kombinatornim logičkim blokovima (LUT) koji daju signale TL 'Vs i TL'+ VS 'koji se dovode na prijelazne ulaze prvog i 4. stanja. Ovim je završena implementacija FSM -a pomoću GreenPAK dizajnera.

Korak 4: Rezultati

Za potrebe testiranja, dizajn je emuliran na GreenPAK Univerzalnoj razvojnoj ploči koristeći SLG46537. Signali semafora (izjednačeni sa digitalnim izlaznim pinovima 5, 6, 7, 14, 15 i 16) koriste se za aktiviranje LED dioda koje su već dostupne na razvojnoj ploči GreenPAK -a za vizualno promatranje ponašanja FSM -a. Kako bismo u potpunosti istražili dinamičko ponašanje razvijene sheme, koristili smo Arduino UNO ploču za povezivanje sa SLG46537. Arduino ploča daje shemi ulaz senzora za otkrivanje vozila i signale za resetiranje sistema dok prima signale semafora iz sistema. Arduino ploča koristi se kao višekanalni logički analizator za snimanje i grafičko prikazivanje vremenskog funkcioniranja sistema. Razvijena su i testirana dva scenarija koja obuhvaćaju općenito ponašanje sistema. Slika 7 prikazuje prvi scenario sheme kada su neka vozila uvijek prisutna u sporednoj ulici. Kada se potvrdi signal za resetiranje, sistem se pokreće u prvom stanju sa uključenim samo glavnim zelenim i bočnim crvenim signalima, a svi ostali signali su isključeni. Budući da su bočna vozila uvijek prisutna, sljedeći prijelaz u drugo stanje slijedi 25 sekundi kasnije uključivanjem glavnih žutih i bočnih crvenih signala. Četiri sekunde kasnije ASM ulazi u treće stanje u kojem glavni crveni i bočni crveni signali ostaju uključeni 1 sekundu. Sistem tada ulazi u četvrto stanje sa uključenim glavnim crvenim i bočnim zelenim signalima. S obzirom da su bočna vozila uvijek prisutna, sljedeći prijelaz se događa 25 sekundi kasnije, čime se ASM prebacuje u peto stanje. Prijelaz iz petog u šesto stanje događa se 4 sekunde kasnije kako TS istječe. Sistem ostaje u šestom stanju u trajanju od 1 sekunde prije nego što ASM ponovo uđe u prvo stanje.

Slika 8 prikazuje ponašanje sheme u drugom scenariju, kada je nekoliko bočnih vozila prisutno na semaforu. Ponašanje sistema funkcionira kako je dizajnirano. Sistem se pokreće u prvom stanju sa uključenim samo glavnim zelenim i bočnim crvenim signalima, a svi ostali signali će biti isključeni 25 sekundi kasnije, slijedi sljedeći prijelaz budući da je prisutno bočno vozilo. Glavni žuti i bočni crveni signali uključuju se u drugom stanju. Nakon 4 sekunde, ASM ulazi u treće stanje s uključenim glavnim crvenim i bočnim crvenim signalima. Sistem ostaje u trećem stanju 1 sekundu, a zatim se prebacuje u četvrto stanje držeći glavnu crvenu i bočno zelenu stranu. Čim ulaz senzora vozila padne (kad prođu sva bočna vozila), sistem ulazi u peto stanje u kojem su glavna crvena i bočna žuta. Nakon što ostane u petom stanju četiri sekunde, sistem prelazi u šesto stanje okrećući i glavni i bočni signal crvenom bojom. Ovi signali ostaju crveni 1 sekundu prije nego ASM ponovno uđe u prvo stanje. Stvarni scenariji bi se zasnivali na kombinaciji ova dva opisana scenarija za koje se ustanovi da ispravno funkcioniraju.

Zaključak U ovoj aplikaciji imajte na umu da je kontroler prometa koji može upravljati prometom koji prolazi kroz raskrsnicu prometne glavne ulice i slabo korištene sporedne ulice implementiran pomoću Dialog GreenPAK SLG46537. Shema se temelji na ASM -u koji osigurava da su ispunjeni zahtjevi za sekvencu prometnih signala. Ponašanje dizajna provjereno je s nekoliko LED dioda i Arduino UNO mikrokontrolerom. Rezultati su potvrdili da su ciljevi dizajna ispunjeni. Ključna prednost korištenja proizvoda Dialog je uklanjanje potrebe za diskretnim elektroničkim komponentama i mikrokontrolerom za izgradnju istog sistema. Postojeći dizajn može se proširiti dodavanjem ulaznog signala sa tipke za prolaz pješaka koji želi prijeći prometnu ulicu. Signal se može proslijediti na ulaz ILI zajedno sa signalom sa bočnog ulaznog senzora vozila kako bi se pokrenula prva promjena stanja. Međutim, kako bi se osigurala sigurnost pješaka, postoji dodatni zahtjev da se minimalno vrijeme provede u četvrtom stanju. To se lako može postići korištenjem drugog vremenskog bloka. Zeleni i crveni signali na sporednoj uličnoj saobraćajnoj signalizaciji sada se takođe mogu slati na signale bočnih pješaka u sporednoj ulici.