Kontroler prometnih signala: 4 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:33

Često postoje scenariji u kojima su potrebne fleksibilne sekvence prometnih signala za koordinaciju prometa kroz križanje prometne ulice i slabo korištene sporedne ulice. U takvim situacijama sekvencama se može upravljati pomoću različitih mjerača vremena i signala za otkrivanje prometa sa sporedne ulice. Ti se zahtjevi mogu zadovoljiti konvencionalnim metodama, npr. pomoću građevnih blokova diskretnih elektroničkih komponenti ili mikrokontrolera. Međutim, koncept konfiguriranih miješanih signalnih integriranih krugova (CMIC) pruža atraktivnu alternativu s obzirom na fleksibilnost dizajna, niske troškove, vrijeme razvoja i praktičnost. Mnoge regije i zemlje napreduju do složenijih 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 asinkroni stroj (ASM) za razvoj pojednostavljenog kontrolera prometnih signala koji će zamijeniti kontroler fiksnog vremena. Ova prometna signalizacija regulira promet koji prolazi križanjem glavne prometne ulice i sporedne ulice koja se slabo koristi. Kontroler bi kontrolirao slijed dviju prometnih signala, koji su postavljeni na glavnoj i sporednoj ulici. Signal senzora, koji detektira prisutnost sporednog prometa, dovodi se u kontroler koji bi, zajedno s dva mjerača vremena, kontrolirao slijed prometne signalizacije. Razvijena je shema konačnih strojeva (FSM) koja osigurava da su ispunjeni zahtjevi sekvence prometnih signala. Logika kontrolera implementirana je pomoću dijaloga GreenPAK ™ SLG46537 koji se može konfigurirati s mješovitim IC signalom.

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 kako biste vidjeli već dovršenu datoteku za dizajn GreenPAK. Priključite GreenPAK Development Kit na svoje računalo i pritisnite hit program za stvaranje 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. Sustav ima šest stanja, te će se kretati iz jednog stanja u drugo ovisno o određenim unaprijed definiranim uvjetima. Ovi se uvjeti temelje na tri mjerača vremena; dugi mjerač vremena TL = 25 s, kratki mjerač vremena TS = 4 s i prijelazni mjerač vremena Tt = 1 s. Osim toga, potreban je digitalni ulaz sa senzora detekcije bočnog prometa. Temeljiti opis svakog od šest stanja sustava i kontrolnih signala prijelaza stanja dan je u nastavku: U prvom stanju, glavni signal je zelen, dok je bočni signal crven. Sustav će ostati u tom 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 duljeg vremena, sustav će proći kroz promjenu stanja prelazeći u drugo stanje. U drugom stanju glavni signal postaje žut, dok bočni signal ostaje crven za vrijeme kratkog timera (TS = 4 s). Nakon 4 sekunde sustav prelazi u treće stanje. U trećem stanju, glavni signal postaje crven, a bočni signal ostaje crven za vrijeme prolaznog timera (Tt = 1 s). Nakon 1 sekunde, sustav prelazi u četvrto stanje. Tijekom četvrtog stanja glavni signal je crven, dok bočni signal postaje zelen. Sustav će ostati u tom stanju do isteka dugotrajnog odbrojavanja (TL = 25 s), a na sporednoj su ulici prisutna neka vozila. Čim istekne mjerač vremena ili nema vozila u sporednoj ulici, sustav će prijeći u peto stanje. Tijekom petog stanja glavni signal je crven, dok je bočni signal žut za vrijeme kratkog timera (TS = 4 s). Nakon 4 sekunde sustav će preći u šesto stanje. U šestom i posljednjem stanju sustava, i glavni i sporedni signali su crveni za vrijeme prolaznog timera (Tt = 1 s). Nakon toga, sustav se vraća u prvo stanje i počinje iznova. Treće i šesto stanje pružaju međuspremničko stanje u kojem oba (glavni i sporedni) signal ostaju crveni kratko vrijeme tijekom promjene. Stanja 3 i 6 su slična i mogu se činiti suvišnima, međutim to omogućuje jednostavnu provedbu predložene sheme.

Korak 2: Shema provedbe

Cjeloviti blok dijagram sustava prikazan je na slici 2. Ova slika prikazuje ukupnu strukturu, funkciju sustava i navodi sve potrebne ulaze i izlaze. Predloženi kontroler prometnih signala izgrađen je oko koncepta konačnog stroja (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 - Uključen je tajmer od 25 s (dugi mjerač vremena)

TS - Uključen je mjerač vremena od 4 s (kratki mjerač vremena)

Tt - Uključen je mjerač vremena od 1 s (prolazni mjerač vremena)

Dialog GreenPAK CMIC SLG46537 odabran je za implementaciju FSM -a. Ovaj iznimno svestrani uređaj omogućuje projektiranje širokog spektra funkcija mješovitog signala unutar vrlo malog, integriranog kruga male snage. Nadalje, IC sadrži ASM makroćeliju osmišljenu tako da omogućuje korisniku stvaranje strojeva stanja koji imaju do 8 stanja. Korisnik ima fleksibilnost za definiranje broja stanja, prijelaza stanja i ulaznih signala 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 konfigurirani su kao pinovi za digitalni ulaz; PIN3 je spojen na ulaz osjetnika vozila sa sporedne ulice, a PIN4 se koristi za resetiranje sustava. PIN -ovi 5, 6, 7, 14, 15 i 16 konfigurirani su kao izlazni pinovi. PIN -ovi 5, 6 i 7 prenose se 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. Unošenjem informacija o tim stanjima u kombinatornu logiku osigurava se da se aktiviraju samo relevantni mjerači vremena. Ostali izlazi ASM bloka dodijeljeni su glavnim semaforima (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.

Odbrojavači 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 rastućeg ruba. 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. Kad 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 izravno dobivaju s izlaza blokova CNT1/DLY1, CNT2/DLY2 i CNT3/DLY3. TS’se izravno dovodi na ulaz tranzicije drugog i petog stanja, dok se TT’ prenosi na prijelazne 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. Time je dovršena implementacija FSM -a pomoću dizajnera GreenPAK.

Korak 4: Rezultati

Za potrebe testiranja, dizajn je emuliran na GreenPAK univerzalnoj razvojnoj ploči pomoću SLG46537. Signali semafora (izjednačeni s 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 ulazni senzor za otkrivanje vozila i signale za resetiranje sustava, dok iz sustava prima signale semafora. Arduino ploča koristi se kao višekanalni logički analizator za snimanje i grafičko prikazivanje vremenskog funkcioniranja sustava. Razvijaju se i testiraju dva scenarija koji obuhvaćaju opće ponašanje sustava. Slika 7 prikazuje prvi scenarij sheme kada su neka vozila uvijek prisutna u sporednoj ulici. Kad se potvrdi signal za resetiranje, sustav se pokreće u prvom stanju s 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 gdje glavni crveni i bočni crveni signali ostaju uključeni 1 sekundu. Sustav tada ulazi u četvrto stanje s uključenim glavnim crvenim i bočnim zelenim signalima. Budući 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. Sustav ostaje u šestom stanju u trajanju od 1 sekunde prije nego što ASM ponovno uđe u prvo stanje.

Slika 8 prikazuje ponašanje sheme u drugom scenariju, kada je nekoliko bočnih vozila prisutno na prometnoj signalizaciji. Ponašanje sustava funkcionira kako je projektirano. Sustav se pokreće u prvom stanju s uključenim samo glavnim zelenim i bočnim crvenim signalima, a svi ostali signali moraju 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. Sustav ostaje u trećem stanju 1 sekundu, a zatim se prebacuje u četvrto stanje držeći glavnu crvenu i zelenu stranu uključenim. Čim ulaz senzora vozila padne (kad prođu sva bočna vozila), sustav ulazi u peto stanje u kojem su glavna crvena i bočna žuta. Nakon što ostane u petom stanju četiri sekunde, sustav prelazi u šesto stanje okrećući i glavni i bočni signal crveno. Ovi signali ostaju crveni 1 sekundu prije nego ASM ponovno uđe u prvo stanje. Stvarni scenariji temeljili bi se 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 križanje 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 projektni ciljevi ispunjeni. Ključna prednost korištenja proizvoda Dialog je uklanjanje potrebe za diskretnim elektroničkim komponentama i mikrokontrolerom za izgradnju istog sustava. Postojeći dizajn može se proširiti dodavanjem ulaznog signala s gumba za prolaz pješaka koji želi prijeći prometnu ulicu. Signal se može proslijediti na vrata ILI zajedno sa signalom sa bočnog ulaznog osjetnika 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 pomoću drugog vremenskog bloka. Zeleni i crveni signali na sporednoj uličnoj prometnoj signalizaciji sada se također mogu slati na bočne signale pješaka u sporednoj ulici.