Krmilnik prometnih signalov: 4 koraki

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:03

Pogosto obstajajo scenariji, kjer so za koordinacijo prometa skozi križišče prometne ulice in rahlo uporabljene stranske ulice potrebni prilagodljivi zaporedji prometnih signalov. V takih situacijah je mogoče zaporedja nadzirati z različnimi časovniki in signalom za zaznavanje prometa s stranske ulice. Te zahteve je mogoče izpolniti z običajnimi metodami, npr. z uporabo gradnikov iz diskretnih elektronskih komponent ali mikrokrmilnikov. Vendar pa koncept konfiguriranih mešanih signalnih integriranih vezij (CMIC) ponuja privlačno alternativo glede na prilagodljivost zasnove, nizke stroške, čas razvoja in udobje. Mnoge regije in države napredujejo k bolj zapletenim omrežjem, ki lahko sprejmejo večje število spremenljivk za upravljanje semaforjev. Vendar pa mnogi semaforji še vedno uporabljajo fiksni časovni nadzor, na primer elektromehanske krmilnike signalov. Namen te opombe o vlogi je pokazati, kako lahko uporabimo GreenPAK-ov asinhroni državni stroj (ASM) za razvoj poenostavljenega krmilnika prometnih signalov za zamenjavo regulatorja s fiksnim časom. Ta prometni signal ureja promet, ki poteka skozi križišče prometne glavne ulice in rahlo uporabljene stranske ulice. Krmilnik bi nadzoroval zaporedje dveh prometnih signalov, nameščenih na glavni in stranski ulici. Signal senzorja, ki zazna prisotnost stranskega prometa, se dovaja v krmilnik, ki bi v povezavi z dvema časovnikoma nadzoroval zaporedje prometnih signalov. Razvita je shema končnih avtomatov (FSM), ki zagotavlja, da so izpolnjene zahteve zaporedja prometnih signalov. Logika krmilnika je izvedena z dialogom mešanega signala, ki ga lahko konfigurira GreenPAK ™ SLG46537.

Spodaj smo opisali potrebne korake za razumevanje, kako je bil čip GreenPAK programiran za ustvarjanje krmilnika prometnih signalov. Če pa želite samo doseči rezultat programiranja, prenesite programsko opremo GreenPAK, če si želite ogledati že dokončano oblikovalsko datoteko GreenPAK. Priključite razvojni komplet GreenPAK v računalnik in pritisnite na program, da ustvarite IC po meri za krmilnik prometnih signalov.

1. korak: Zahteve

Razmislite o prometnem scenariju z časovnimi zahtevami prometne signalizacije z glavne in stranske ulice, kot je prikazano na sliki 1. Sistem ima šest stanj in se bo premaknil iz enega stanja v drugega, odvisno od določenih vnaprej določenih pogojev. Ti pogoji temeljijo na treh časovnikih; dolg časovnik TL = 25 s, kratek časovnik TS = 4 s in prehodni časovnik Tt = 1 s. Poleg tega je potreben digitalni vhod s stranskega senzorja za zaznavanje prometa. Podroben opis vsakega od šestih sistemskih stanj in signalov za nadzor prehoda stanja je podan spodaj: V prvem stanju je glavni signal zelen, stranski pa rdeč. Sistem ostane v tem stanju, dokler ne poteče dolg časovnik (TL = 25 s) ali dokler na stranski ulici ni vozila. Če je vozilo po poteku dolgega časovnika prisotno na stranski ulici, se bo sistem spremenil v drugo stanje. V drugem stanju glavni signal obarva rumeno, stranski pa ostane rdeč za čas kratkega časovnika (TS = 4 s). Po 4 sekundah se sistem premakne v tretje stanje. V tretjem stanju se glavni signal spremeni v rdečo, stranski pa ostane rdeč za čas prehodnega časovnika (Tt = 1 s). Po 1 sekundi se sistem premakne v četrto stanje. V četrtem stanju je glavni signal rdeč, stranski pa zeleno. Sistem bo v tem stanju ostal do izteka dolgega časa (TL = 25 s) in na stranski ulici je nekaj vozil. Takoj, ko časovnik izteče ali če na stranski ulici ni vozila, bo sistem prešel v peto stanje. V petem stanju je glavni signal rdeč, stranski pa rumen za čas kratkega časovnika (TS = 4 s). Po 4 sekundah bo sistem prešel v šesto stanje. V šestem in zadnjem stanju sistema sta glavna in stranski signal rdeča za čas prehodnega časovnika (Tt = 1 s). Po tem se sistem vrne v prvo stanje in se znova zažene. Tretje in šesto stanje zagotavljata stanje medpomnilnika, pri katerem oba (glavni in stranski) signal za kratek čas med preklopom ostaneta rdeča. Stanji 3 in 6 sta si podobni in se lahko zdita odveč, vendar to omogoča preprosto izvajanje predlagane sheme.

2. korak: Shema izvajanja

Celoten blok diagram sistema je prikazan na sliki 2. Ta slika ponazarja celotno strukturo, delovanje sistema in navaja vse potrebne vhode in izhode. Predlagani krmilnik prometnih signalov je zgrajen okoli koncepta končnega stanja stroja (FSM). Zgoraj opisane zahteve glede časa so prevedene v šeststopenjski FSM, kot je prikazano na sliki 3.

Zgoraj prikazane spremenljivke stanja: Vs-Vozilo je na stranski ulici

TL - Časovnik 25 s (dolg časovnik) je vklopljen

TS - Časovnik 4 s (kratek časovnik) je vklopljen

Tt - Časovnik 1 s (prehodni časovnik) je vklopljen

Dialog GreenPAK CMIC SLG46537 je bil izbran za izvajanje FSM. Ta zelo vsestranska naprava omogoča oblikovanje najrazličnejših funkcij mešanega signala v zelo majhnem enosmernem vezju z nizko porabo energije. Poleg tega IC vsebuje makrocelico ASM, ki uporabniku omogoča ustvarjanje državnih strojev z do 8 stanji. Uporabnik ima prožnost pri določanju števila stanj, prehodov stanja in vhodnih signalov, ki bodo povzročili prehode iz enega stanja v drugo.

3. korak: Izvajanje z uporabo programa GreenPAK

FSM, razvit za delovanje kontrolorja prometa, se izvaja z uporabo SLG46537 GreenPAK. V načrtovalcu GreenPak je shema izvedena, kot je prikazano na sliki 4.

PIN3 in PIN4 sta konfigurirana kot vhoda za digitalni vhod; PIN3 je priključen na vhod senzorja vozila na stranski ulici, PIN4 pa se uporablja za ponastavitev sistema. PIN 5, 6, 7, 14, 15 in 16 so konfigurirani kot izhodni zatiči. PIN 5, 6 in 7 se posredujejo voznikom rdeče, rumene in zelene luči stranskega signala. PIN 14, 15 in 16 se posredujejo gonilnikom zelenega, rumenega in rdečega luči glavnega signala. S tem je dokončana V/I konfiguracija sheme. V središču sheme je blok ASM. Vhodi bloka ASM, ki uravnavajo spremembe stanja, so pridobljeni iz kombinatorne logike s pomočjo treh blokov števca/zakasnitve (TS, TL in TT) in vhoda iz senzorja stranskega vozila. Kombinatorna logika je dodatno kvalificirana z uporabo informacij o stanju, ki se pošiljajo LUT -om. Podatki o stanju prvega, drugega, četrtega in petega stanja so pridobljeni s kombinacijo izhodov B0 in B1 bloka ASM. Kombinacije B0 in B1, ki ustrezajo prvemu, drugemu, četrtem in petem stanju, so (B0 = 0, B1 = 0), (B0 = 1, B1 = 0), (B0 = 1, B1 = 1) in (B0 = 0, B1 = 1). Informacije o stanju 3. in 6. stanja se pridobijo neposredno z uporabo operatorja AND za glavne rdeče in stranske rdeče signale. Hranjenje informacij o teh stanjih v kombinatorno logiko zagotavlja, da se sprožijo le ustrezni časovniki. Drugi izhodi bloka ASM so dodeljeni glavnim semaforjem (glavna rdeča, glavna rumena in glavna zelena) in stranskim semaforjem (stranska rdeča, stranska rumena in stranska zelena).

Konfiguracija bloka ASM je prikazana na sliki 5 in sliki 6. Stanja, prikazana na sliki 5, ustrezajo definiranemu prvemu, drugemu, tretjem, četrtem, petem in šestem stanju, prikazanemu na sliki 3. Konfiguracija izhodnega RAM -a ASM blok je prikazan na sliki 6.

Časovniki TL, TS in TT se izvajajo z uporabo blokov števca/zakasnitve CNT1/DLY1, CNT2/DLY2 oziroma CNT3/DLY3. Vsi ti trije bloki so konfigurirani v načinu zakasnitve z zaznavanjem naraščajočega roba. Kot je prikazano na sliki 3, prvo in četrto stanje sprožita TL, drugo in peto stanje sprožita TS, tretje in šesto stanje pa sprožita TT s kombinacijsko logiko. Ko se sprožijo časovni zamiki, njihovi izhodi ostanejo 0, dokler nastavljena zakasnitev ne zaključi svojega trajanja. Na ta način TL ', TS' in TT '

signali se neposredno pridobivajo z izhodov blokov CNT1/DLY1, CNT2/DLY2 in CNT3/DLY3. TS 'se neposredno dovaja na prehodni vhod za drugo in peto stanje, medtem ko se TT' posreduje na prehodne vhode za tretje in šesto stanje. TL pa se posreduje kombinatornim logičnim blokom (LUT), ki oddajajo signale TL 'Vs in TL'+ VS ', ki se napajajo na prehodne vhode prvega in 4. stanja. S tem je izvedba FSM zaključena z oblikovalcem GreenPAK.

4. korak: Rezultati

Za namene testiranja je zasnova emulirana na univerzalni razvojni plošči GreenPAK z uporabo SLG46537. Signali semaforjev (enaki z digitalnimi izhodnimi zatiči 5, 6, 7, 14, 15 in 16) se uporabljajo za aktiviranje LED, ki so že na voljo na razvojni plošči GreenPAK za vizualno opazovanje obnašanja FSM. Da bi v celoti raziskali dinamično vedenje razvite sheme, smo za povezavo z SLG46537 uporabili ploščo Arduino UNO. Arduino plošča zagotavlja vhod senzorja za zaznavanje vozila in signale za ponastavitev sistema v shemo, medtem ko sprejema signale semaforja iz sistema. Plošča Arduino se uporablja kot večkanalni logični analizator za snemanje in grafično prikazovanje časovnega delovanja sistema. Razvita in preizkušena sta dva scenarija, ki zajemata splošno vedenje sistema. Slika 7 prikazuje prvi scenarij sheme, ko so nekatera vozila vedno prisotna na stranski ulici. Ko je potrjen signal za ponastavitev, se sistem zažene v prvem stanju, pri čemer so vklopljeni samo glavni zeleni in stranski rdeči signali, vsi drugi signali pa so izklopljeni. Ker je stransko vozilo vedno prisotno, naslednji prehod v drugo stanje sledi 25 sekund kasneje, ko vklopite glavni rumeni in stranski rdeči signal. Štiri sekunde kasneje ASM vstopi v tretje stanje, kjer glavni rdeči in stranski rdeči signal ostanejo vklopljeni 1 sekundo. Sistem nato vstopi v četrto stanje z vklopljenimi glavnimi rdečimi in stranskimi zelenimi signali. Ker so stranska vozila vedno prisotna, naslednji prehod poteka 25 sekund kasneje, ko ASM premaknemo v peto stanje. Prehod iz petega v šesto stanje se zgodi 4 sekunde kasneje, ko TS preneha. Sistem ostane v šestem stanju 1 sekundo, preden ASM ponovno vstopi v prvo stanje.

Slika 8 prikazuje obnašanje sheme v drugem scenariju, ko je na semaforju prisotnih nekaj stranskih vozil. Ugotovljeno je, da vedenje sistema deluje tako, kot je bilo zasnovano. Sistem se zažene v prvem stanju z vklopljenimi samo glavnimi zelenimi in stranskimi rdečimi signali, vsi drugi signali pa se izklopijo 25 sekund kasneje, sledi naslednji prehod, ker je prisotno stransko vozilo. Glavni rumeni in stranski rdeči signal se vklopita v drugem stanju. Po 4 sekundah ASM vstopi v tretje stanje z vklopljenimi glavnimi rdečimi in stranskimi rdečimi signali. Sistem ostane v tretjem stanju 1 sekundo, nato pa se premakne v četrto stanje, pri čemer je glavna rdeča, stran pa zelena. Takoj, ko se vhod senzorja vozila zniža (ko so minila vsa stranska vozila), sistem preide v peto stanje, kjer sta glavna rdeča in stranska rumena. Ko štiri sekunde ostane v petem stanju, se sistem premakne v šesto stanje, tako da glavni in stranski signal obarva rdeče. Ti signali ostanejo rdeči 1 sekundo, preden ASM ponovno vstopi v prvo stanje. Dejanski scenariji bi temeljili na kombinaciji teh dveh opisanih scenarijev, za katere je bilo ugotovljeno, da delujejo pravilno.

Zaključek V tej aplikaciji upoštevajte, da je bil z Dialog GreenPAK SLG46537 izveden prometni kontrolor, ki lahko upravlja promet, ki poteka skozi križišče prometne glavne ulice in rahlo uporabljene stranske ulice. Shema temelji na sistemu ASM, ki zagotavlja, da so izpolnjene zahteve po zaporedju prometnih signalov. Obnašanje zasnove je preverilo več LED in mikrokrmilnik Arduino UNO. Rezultati so potrdili, da so bili načrti izpolnjeni. Ključna prednost uporabe izdelka Dialog je odprava potrebe po ločenih elektronskih komponentah in mikrokrmilniku za izgradnjo istega sistema. Obstoječo zasnovo je mogoče razširiti z dodajanjem vhodnega signala s pritiskom na gumb za prehod pešca, ki želi prečkati prometno ulico. Signal lahko pošljete na vrata OR skupaj s signalom iz stranskega vhodnega senzorja vozila, da sprožite prvo spremembo stanja. Vendar pa je za zagotovitev varnosti pešca zdaj potrebna dodatna minimalna doba časa v četrtem stanju. To je mogoče enostavno doseči z uporabo drugega časovnega bloka. Zeleni in rdeči signal na semaforju ob stranski ulici se lahko zdaj pošiljata tudi na signale stranskih pešcev na stranski ulici.