Controler semnal de trafic: 4 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:42

Există adesea scenarii în care sunt necesare secvențe flexibile de semnalizare a traficului pentru coordonarea traficului prin intersecția unei străzi aglomerate și a unei străzi laterale ușor folosite. În astfel de situații, secvențele pot fi controlate folosind diferite temporizatoare și un semnal de detectare a traficului de pe strada laterală. Aceste cerințe pot fi îndeplinite prin metode convenționale de ex. folosind blocuri de construcție din componente electronice discrete sau microcontrolere. Cu toate acestea, conceptul de circuite integrate configurabile cu semnal mixt (CMIC) oferă o alternativă atractivă având în vedere flexibilitatea sa de proiectare, costul redus, timpul de dezvoltare și comoditatea. Multe regiuni și țări progresează către rețele mai complicate, care pot găzdui un număr mai mare de variabile pentru controlul semaforelor. Cu toate acestea, multe semafoare utilizează încă controlul timpului fix, cum ar fi controlerele de semnal electromecanice. Scopul acestei note de aplicație este de a arăta cum se poate utiliza o mașină de stat asincronă (ASM) a unui GreenPAK pentru a dezvolta un controler de semnal de trafic simplificat care să înlocuiască un controler cu timp fix. Acest semnal de trafic reglementează traficul care trece prin intersecția unei străzi principale aglomerate și a unei străzi laterale ușor folosite. Controlerul ar controla secvența a două semnale de trafic, care sunt instalate pe strada principală și laterală. Un semnal de senzor, care detectează prezența traficului lateral, este alimentat către controler care, împreună cu două temporizatoare, ar controla secvența semnalelor de trafic. Este dezvoltată o schemă de mașină cu stare finită (FSM) care asigură îndeplinirea cerințelor secvenței semnalelor de trafic. Logica controlerului este implementată utilizând un dialog de semnal mixat configurabil GreenPAK ™ SLG46537 IC.

Mai jos am descris pașii necesari pentru a înțelege cum a fost programat cipul GreenPAK pentru a crea controlerul semnalului de trafic. Cu toate acestea, dacă doriți doar să obțineți rezultatul programării, descărcați software-ul GreenPAK pentru a vizualiza fișierul de proiectare GreenPAK deja finalizat. Conectați kitul de dezvoltare GreenPAK la computer și apăsați programul pentru a crea un IC personalizat pentru controlerul semnalului de trafic.

Pasul 1: Cerințe

Luați în considerare un scenariu de trafic cu cerințele de sincronizare a semnalelor de trafic de pe strada principală și laterală, așa cum se arată în Figura 1. Sistemul are șase stări și se va deplasa de la o stare la alta în funcție de anumite condiții predefinite. Aceste condiții se bazează pe trei temporizatoare; un temporizator lung TL = 25 s, un temporizator scurt TS = 4 s și un temporizator tranzitoriu Tt = 1 s. În plus, este necesară intrarea digitală de la senzorul de detectare a traficului lateral. O descriere amănunțită a fiecăreia dintre cele șase stări ale sistemului și a semnalelor de control al tranziției stării este dată mai jos: În prima stare, semnalul principal este verde, în timp ce semnalul lateral este roșu. Sistemul va rămâne în această stare până expiră temporizatorul lung (TL = 25 s) sau atâta timp cât nu există vehicul pe strada laterală. Dacă un vehicul este prezent pe strada laterală după expirarea temporizatorului lung, sistemul va suferi o schimbare de stare trecând la a doua stare. În a doua stare, semnalul principal devine galben în timp ce semnalul lateral rămâne roșu pe durata temporizatorului scurt (TS = 4 s). După 4 secunde sistemul trece în a treia stare. În a treia stare, semnalul principal se schimbă în roșu, iar semnalul lateral rămâne roșu pe durata temporizatorului tranzitoriu (Tt = 1 s). După 1 secundă, sistemul trece la a patra stare. În a patra stare, semnalul principal este roșu, în timp ce semnalul lateral devine verde. Sistemul va rămâne în această stare până la expirarea temporizatorului lung (TL = 25 s) și există unele vehicule prezente pe strada laterală. De îndată ce expiră temporizatorul lung sau nu există vehicul pe strada laterală, sistemul va trece în a cincea stare. În a cincea stare, semnalul principal este roșu, în timp ce semnalul lateral este galben pe durata temporizatorului scurt (TS = 4 s). După 4 secunde sistemul va trece în a șasea stare. În a șasea și ultima stare a sistemului, atât semnalele principale, cât și cele laterale sunt roșii pentru perioada temporizatorului tranzitoriu (Tt = 1 s). După aceea, sistemul revine la prima stare și pornește din nou. A treia și a șasea stare oferă o stare tampon în care ambele semnale (principale și laterale) rămân roșii pentru o scurtă perioadă de timp în timpul schimbării. Stările 3 și 6 sunt similare și pot părea redundante, cu toate acestea acest lucru permite implementarea schemei propuse să fie simplă.

Pasul 2: Schema de implementare

O diagramă bloc completă a sistemului este prezentată în Figura 2. Această figură ilustrează structura generală, funcția sistemului și listează toate intrările și ieșirile necesare. Controlerul semnalului de trafic propus a fost construit în jurul conceptului de mașină cu stare finită (FSM). Cerințele de sincronizare descrise mai sus sunt traduse într-un FSM cu șase stări, așa cum este descris în Figura 3.

Variabilele de schimbare a stării de mai sus sunt: Vs - Un vehicul este prezent pe strada laterală

TL - Temporizatorul de 25 s (temporizator lung) este pornit

TS - Temporizatorul de 4 s (temporizator scurt) este pornit

Tt - Temporizatorul de 1 s (temporizator tranzitoriu) este pornit

Dialogul GreenPAK CMIC SLG46537 a fost ales pentru implementarea FSM. Acest dispozitiv extrem de versatil permite proiectarea unei game largi de funcții de semnal mixt într-un circuit integrat unic, de mică putere. Mai mult, IC conține o macrocelula ASM concepută pentru a permite utilizatorului să creeze mașini de stare cu până la 8 stări. Utilizatorul are flexibilitatea de a defini numărul de stări, tranzițiile de stare și semnalele de intrare care vor provoca tranziții dintr-o stare în alta.

Pasul 3: Implementare utilizând GreenPAK

FSM dezvoltat pentru funcționarea controlerului de trafic este implementat folosind SLG46537 GreenPAK. În GreenPak Designer schema este implementată așa cum se arată în Figura 4.

PIN3 și PIN4 sunt configurate ca pini de intrare digitale; PIN3 este conectat la intrarea senzorului vehiculelor laterale și PIN4 este utilizat pentru resetarea sistemului. PIN-urile 5, 6, 7, 14, 15 și 16 sunt configurate ca pini de ieșire. PIN-urile 5, 6 și 7 sunt transmise la driverele semnalului lateral roșu, galben și respectiv verde. Codurile PIN 14, 15 și 16 sunt transmise la driverele semnalului principal verde, galben și respectiv roșu. Aceasta completează configurația I / O a schemei. În centrul schemei se află blocul ASM. Intrările blocului ASM, care reglează modificările de stare, sunt obținute din logica combinatorie utilizând trei blocuri de contor / întârziere (TS, TL și TT) și intrarea de la senzorul lateral al vehiculului. Logica combinatorie este calificată în continuare folosind informațiile de stare redate la LUT. Informațiile de stare din prima, a doua, a patra și a cincea stare sunt obținute utilizând combinații de ieșiri B0 și B1 ale blocului ASM. Combinațiile dintre B0 și B1 corespunzătoare primei, a doua, a patra și a cincea stări sunt (B0 = 0, B1 = 0), (B0 = 1, B1 = 0), (B0 = 1, B1 = 1) și (B0 = 0, respectiv B1 = 1). Informațiile despre stări ale stării a 3-a și a 6-a se obțin direct aplicând operatorul AND la principalele semnale roșii și roșii laterale. Alimentarea acestor informații despre stări către logica combinatorie asigură faptul că sunt declanșate numai temporizatoarele relevante. Alte ieșiri ale blocului ASM sunt atribuite semaforelor principale (roșu principal, galben principal și verde principal) și semaforelor laterale (roșu lateral, galben lateral și verde lateral).

Configurația blocului ASM este prezentată în Figura 5 și Figura 6. Stările prezentate în Figura 5 corespund cu prima, a doua, a treia, a patra, a cincea și a șasea stare definite în Figura 3. Configurarea RAM de ieșire a ASM blocul este prezentat în Figura 6.

Timerele TL, TS și TT sunt implementate folosind blocurile de contor / întârziere CNT1 / DLY1, CNT2 / DLY2 și respectiv CNT3 / DLY3. Toate aceste trei blocuri sunt configurate în modul de întârziere cu detectarea marginii ascendente. Așa cum se arată în Figura 3, prima și a patra stare declanșează TL, a doua și a cincea stare declanșează TS, iar a treia și a șasea stare declanșează TT folosind logica combinatorie. Pe măsură ce temporizatoarele de întârziere sunt declanșate, ieșirile lor rămân 0 până când întârzierea configurată își finalizează durata. În acest fel, TL’, TS’ și TT’

semnalele sunt obținute direct din ieșirile blocurilor CNT1 / DLY1, CNT2 / DLY2 și CNT3 / DLY3. TS’este alimentat direct la intrarea de tranziție a doua și a cincea stare, în timp ce TT’ este transmis la intrările de tranziție a treia și a șasea stare. TL, pe de altă parte, este transmis blocurilor logice combinatorii (LUT), dând semnalele TL’Vs și TL’ + VS’care sunt alimentate la intrările de tranziție ale primei și respectiv a 4-a stări. Aceasta finalizează implementarea FSM utilizând proiectantul GreenPAK.

Pasul 4: Rezultate

În scopuri de testare, designul este emulat pe placa de dezvoltare universală GreenPAK folosind SLG46537. Semnalele semaforelor (echivalente cu pinii de ieșire digitale 5, 6, 7, 14, 15 și 16) sunt utilizate pentru a activa LED-urile care sunt deja disponibile pe placa de dezvoltare GreenPAK pentru a observa vizual comportamentul FSM. Pentru a investiga pe deplin comportamentul dinamic al schemei dezvoltate, am folosit o placă Arduino UNO pentru a interfața cu SLG46537. Placa Arduino furnizează intrarea senzorului de detectare a vehiculului și semnalele de resetare a sistemului în timp ce primește semnalele semaforului din sistem. Placa Arduino este utilizată ca un analizor logic multicanal pentru a înregistra și a arăta grafic funcționarea temporală a sistemului. Sunt dezvoltate și testate două scenarii care surprind comportamentul general al sistemului. Figura 7 prezintă primul scenariu al schemei atunci când unele vehicule sunt întotdeauna prezente pe strada laterală. Când se afirmă semnalul de resetare, sistemul pornește în prima stare, cu doar semnalele principale verzi și roșii laterale activate și toate celelalte semnale oprite. Deoarece vehiculul lateral este întotdeauna prezent, următoarea tranziție în a doua stare urmează 25 de secunde mai târziu, pornind semnalele principale galbene și roșii laterale. Patru secunde mai târziu ASM intră în a treia stare în care semnalele roșii principale și roșii laterale rămân aprinse timp de 1 secundă. Sistemul intră apoi în a patra stare cu semnalele principale roșii și verzi laterale activate. Deoarece vehiculele laterale sunt întotdeauna prezente, următoarea tranziție are loc 25 de secunde mai târziu, mutând ASM în a cincea stare. Trecerea de la starea a cincea la a șasea are loc 4 secunde mai târziu, odată cu expirarea TS. Sistemul rămâne în a șasea stare pentru o durată de 1 secundă înainte ca ASM să reintroducă prima stare.

Figura 8 arată comportamentul schemei în cel de-al doilea scenariu, când câteva vehicule laterale sunt prezente la semnalul de trafic. Se constată că comportamentul sistemului funcționează așa cum a fost conceput. Sistemul pornește în prima stare cu doar semnalele principale verzi și roșii laterale activate și toate celelalte semnale care vor fi oprite 25 de secunde mai târziu urmează următoarea tranziție, deoarece există un vehicul lateral prezent. Semnalele principale galbene și roșii laterale sunt activate în a doua stare. După 4 secunde, ASM intră în a treia stare cu semnalele roșii principale și roșii laterale activate. Sistemul rămâne în a treia stare timp de 1 secundă și apoi trece la a patra stare păstrând roșu principal și verde aprins. De îndată ce intrarea senzorului vehiculului scade (când au trecut toate vehiculele laterale), sistemul intră în a cincea stare în care sunt aprinse roșu principal și galben lateral. După ce a rămas în a cincea stare timp de patru secunde, sistemul trece la cea de-a șasea stare transformând roșu atât semnalele principale, cât și cele laterale. Aceste semnale rămân roșii timp de 1 secundă înainte ca ASM să intre din nou în prima stare. Scenariile actuale s-ar baza pe o combinație a acestor două scenarii descrise care se dovedesc a funcționa corect.

Concluzie În această aplicație, un controler de trafic care poate gestiona traficul care trece prin intersecția unei străzi principale ocupate și a unei străzi laterale ușor utilizate a fost implementat folosind un Dialog GreenPAK SLG46537. Schema se bazează pe un ASM care asigură îndeplinirea cerințelor secvenței semnalelor de trafic. Comportamentul designului a fost verificat de mai multe LED-uri și un microcontroler Arduino UNO. Rezultatele au verificat îndeplinirea obiectivelor de proiectare. Avantajul cheie al utilizării produsului Dialog este de a evita necesitatea componentelor electronice discrete și a microcontrolerului pentru a construi același sistem. Designul existent poate fi extins prin adăugarea unui semnal de intrare de la un buton pentru trecerea pietonilor care caută să traverseze strada aglomerată. Semnalul poate fi transmis către o poartă SAU împreună cu semnalul de la senzorul lateral de intrare al vehiculului pentru a declanșa prima schimbare de stare. Cu toate acestea, pentru a asigura siguranța pietonului acum există o cerință suplimentară de timp minim care trebuie petrecut în a patra stare. Acest lucru poate fi realizat cu ușurință folosind un alt bloc temporizator. Semnalele verzi și roșii de pe semnalul de circulație al străzii laterale pot fi acum alimentate și către semnalele pietonale laterale de pe strada laterală.