Satiksmes signālu kontrolieris: 4 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:52

Bieži pastāv tādi scenāriji, kad ir nepieciešama elastīga satiksmes signālu secība, lai koordinētu satiksmi caur aizņemtas ielas un mazizmantotas sānu ielas krustojumu. Šādās situācijās secības var kontrolēt, izmantojot dažādus taimerus un satiksmes noteikšanas signālu no sānu ielas. Šīs prasības var izpildīt, izmantojot parastās metodes, piem. izmantojot blokus no atsevišķiem elektroniskiem komponentiem vai mikrokontrolleriem. Tomēr konfigurējamu jauktu signālu integrālo shēmu (CMIC) jēdziens nodrošina pievilcīgu alternatīvu, ņemot vērā tā dizaina elastību, zemās izmaksas, izstrādes laiku un ērtības. Daudzi reģioni un valstis virzās uz sarežģītākiem tīkliem, kuros var iekļaut lielāku skaitu mainīgo, lai kontrolētu luksoforus. Tomēr daudzi luksofori joprojām izmanto fiksētu laika kontroli, piemēram, elektromehāniskos signālu kontrolierus. Šīs piezīmes mērķis ir parādīt, kā var izmantot GreenPAK asinhrono stāvokļa iekārtu (ASM), lai izstrādātu vienkāršotu satiksmes signālu kontrolieri, kas aizstātu fiksēta laika kontrolieri. Šis signāls regulē satiksmi, kas iet caur aizņemtas galvenās ielas un mazizmantotās sānu ielas krustojumu. Kontrolieris kontrolētu divu satiksmes signālu secību, kas ir uzstādīti galvenajā un sānu ielā. Sensora signāls, kas nosaka sānu ielas satiksmes klātbūtni, tiek padots kontrolierim, kas kopā ar diviem taimeriem kontrolētu satiksmes signālu secību. Ir izstrādāta ierobežota stāvokļa mašīnas (FSM) shēma, kas nodrošina satiksmes signālu secības prasību izpildi. Kontroliera loģika tiek ieviesta, izmantojot GreenPAK ™ SLG46537 konfigurējamu dialoglodziņu ar jauktu signālu IC.

Tālāk mēs aprakstījām darbības, kas vajadzīgas, lai saprastu, kā GreenPAK mikroshēma ir ieprogrammēta, lai izveidotu satiksmes signālu kontrolieri. Tomēr, ja vēlaties tikai iegūt programmēšanas rezultātu, lejupielādējiet GreenPAK programmatūru, lai apskatītu jau pabeigto GreenPAK dizaina failu. Pievienojiet GreenPAK attīstības komplektu datoram un nospiediet programmu, lai izveidotu pielāgotu IC satiksmes signālu kontrolierim.

1. darbība. Prasības

Apsveriet satiksmes scenāriju ar laika prasībām, kas nepieciešamas satiksmes signāliem no galvenās un sānu ielas, kā parādīts 1. attēlā. Sistēmai ir seši stāvokļi, un tā pārvietosies no viena stāvokļa uz citu atkarībā no noteiktiem iepriekš noteiktiem apstākļiem. Šo nosacījumu pamatā ir trīs taimeri; garš taimeris TL = 25 s, īss taimeris TS = 4 s un pārejošs taimeris Tt = 1 s. Turklāt ir nepieciešama ciparu ievade no sānu satiksmes noteikšanas sensora. Tālāk ir sniegts rūpīgs katra no sešiem sistēmas stāvokļiem un stāvokļa pārejas vadības signālu apraksts: Pirmajā stāvoklī galvenais signāls ir zaļš, bet sānu signāls ir sarkans. Sistēma paliks šādā stāvoklī, līdz beidzas taimeris (TL = 25 s) vai tik ilgi, kamēr blakus ielā nav neviena transportlīdzekļa. Ja transportlīdzeklis atrodas blakus ielā pēc ilgā taimera beigām, sistēma mainīs stāvokli, pārejot uz otro stāvokli. Otrajā stāvoklī galvenais signāls kļūst dzeltens, bet sānu signāls paliek sarkans īsā taimera darbības laikā (TS = 4 s). Pēc 4 sekundēm sistēma pāriet trešajā stāvoklī. Trešajā stāvoklī galvenais signāls mainās uz sarkanu, un sānu signāls paliek sarkans pārejoša taimera laikā (Tt = 1 s). Pēc 1 sekundes sistēma pāriet uz ceturto stāvokli. Ceturtajā stāvoklī galvenais signāls ir sarkans, bet sānu signāls kļūst zaļš. Sistēma paliks šādā stāvoklī līdz ilgā taimera beigām (TL = 25 s), un blakus ielā ir daži transportlīdzekļi. Tiklīdz beidzas ilglaicīgais taimeris vai blakus ielā nav neviena transportlīdzekļa, sistēma pāriet piektajā stāvoklī. Piektajā stāvoklī galvenais signāls ir sarkans, bet sānu signāls ir dzeltens īsā taimera darbības laikā (TS = 4 s). Pēc 4 sekundēm sistēma pāriet sestajā stāvoklī. Sestajā un pēdējā sistēmas stāvoklī gan galvenie, gan sānu signāli ir sarkani pārejošā taimera periodā (Tt = 1 s). Pēc tam sistēma atgriežas pirmajā stāvoklī un sākas no jauna. Trešais un sestais stāvoklis nodrošina bufera stāvokli, kurā abi (galvenie un sānu) signāli pārejas laikā īsu laiku paliek sarkani. 3. un 6. stāvoklis ir līdzīgi un var šķist lieki, tomēr tas ļauj piedāvātās shēmas īstenošana būt vienkārša.

2. solis: ieviešanas shēma

Pilnīga sistēmas blokshēma ir parādīta 2. attēlā. Šis attēls ilustrē sistēmas vispārējo struktūru, funkcijas un uzskaita visas nepieciešamās ieejas un izejas. Ierosinātais satiksmes signālu kontrolieris ir veidots, pamatojoties uz ierobežota stāvokļa mašīnas (FSM) koncepciju. Iepriekš aprakstītās laika prasības ir tulkotas sešu stāvokļu MFV, kā parādīts 3. attēlā.

Iepriekš parādītie stāvokļa maiņas mainīgie ir šādi: Vs-sānu ielā atrodas transportlīdzeklis

TL - ir ieslēgts 25 s taimeris (ilgs taimeris)

TS - 4 s taimeris (īss taimeris) ir ieslēgts

Tt - 1 s taimeris (pārejas taimeris) ir ieslēgts

Dialogs GreenPAK CMIC SLG46537 ir izvēlēts MFV ieviešanai. Šī ļoti daudzpusīgā ierīce ļauj izveidot ļoti dažādas jaukta signāla funkcijas ļoti mazā, mazjaudas vienā integrālajā shēmā. Turklāt IC satur ASM makroelementu, kas paredzēts, lai ļautu lietotājam izveidot stāvokļa mašīnas ar līdz pat 8 stāvokļiem. Lietotājs var elastīgi noteikt stāvokļu skaitu, stāvokļa pārejas un ievades signālus, kas izraisīs pāreju no viena stāvokļa uz citu.

3. darbība: ieviešana, izmantojot GreenPAK

Satiksmes kontroliera darbībai izstrādātais MFV tiek īstenots, izmantojot SLG46537 GreenPAK. Programmā GreenPak Designer shēma tiek īstenota, kā parādīts 4. attēlā.

PIN3 un PIN4 ir konfigurēti kā digitālās ievades tapas; PIN3 ir pievienots sānu ielas transportlīdzekļa sensora ieejai, un PIN4 tiek izmantots sistēmas atiestatīšanai. PIN kodi 5, 6, 7, 14, 15 un 16 ir konfigurēti kā izejas tapas. PIN, 5, 6 un 7 tiek pārsūtīti attiecīgi sānu signāla sarkanās, dzeltenās un zaļās gaismas draiveriem. PIN, 14, 15 un 16 tiek nodoti attiecīgi galvenā signāla zaļās, dzeltenās un sarkanās gaismas draiveriem. Tas pabeidz shēmas I/O konfigurāciju. Shēmas pamatā ir ASM bloks. ASM bloka ieejas, kas regulē stāvokļa izmaiņas, tiek iegūtas no kombinatoriskās loģikas, izmantojot trīs skaitītāju/aizkaves blokus (TS, TL un TT) un ievadi no transportlīdzekļa sānu sensora. Kombinatoriskā loģika tiek tālāk kvalificēta, izmantojot stāvokļa informāciju, kas tiek nosūtīta atpakaļ LUT. Pirmā, otrā, ceturtā un piektā stāvokļa informācija tiek iegūta, izmantojot ASM bloka B0 un B1 izeju kombinācijas. B0 un B1 kombinācijas, kas atbilst pirmajam, otrajam, ceturtajam un piektajam stāvoklim, ir (B0 = 0, B1 = 0), (B0 = 1, B1 = 0), (B0 = 1, B1 = 1) un (B0 = 0, B1 = 1). Informācija par stāvokli trešajā un sestajā stāvoklī tiek iegūta tieši, piemērojot AND operatoru galvenajiem sarkanajiem un sānu sarkanajiem signāliem. Šo stāvokļu informācijas ievadīšana kombinatoriskajā loģikā nodrošina, ka tiek aktivizēti tikai attiecīgie taimeri. Citas ASM bloka izejas tiek piešķirtas galvenajiem luksoforiem (galvenais sarkanais, galvenais dzeltenais un galvenais zaļais) un sānu luksoforiem (sānu sarkans, sānu dzeltens un sānu zaļš).

ASM bloka konfigurācija ir parādīta 5. un 6. attēlā. 5. attēlā redzamie stāvokļi atbilst definētajam pirmajam, otrajam, trešajam, ceturtajam, piektajam un sestajam stāvoklim, kas parādīts 3. attēlā. ASM izejas RAM konfigurācija bloks ir parādīts 6. attēlā.

Taimeri TL, TS un TT tiek realizēti, izmantojot attiecīgi skaitītāju/aizkaves blokus CNT1/DLY1, CNT2/DLY2 un CNT3/DLY3. Visi šie trīs bloki ir konfigurēti aizkaves režīmā ar augšupejošu malu noteikšanu. Kā parādīts 3. attēlā, pirmais un ceturtais stāvoklis izraisa TL, otrais un piektais stāvoklis izraisa TS, bet trešais un sestais stāvoklis izraisa TT, izmantojot kombinatorisko loģiku. Kad tiek iedarbināti aizkaves taimeri, to izejas paliek 0, līdz konfigurētā aizkave pabeidz savu ilgumu. Tādā veidā TL, TS un TT

signāli tiek iegūti tieši no CNT1/DLY1, CNT2/DLY2 un CNT3/DLY3 bloku izejām. TS’tiek tieši ievadīts otrā un piektā stāvokļa pārejas ievadē, bet TT’ tiek nodots trešā un sestā stāvokļa pārejas ievadam. Savukārt TL tiek nodots kombinatoriskajiem loģikas blokiem (LUT), dodot signālus TL 'Vs un TL'+ VS ', kas tiek padoti attiecīgi pirmā un ceturtā stāvokļa pārejas ievadiem. Tas pabeidz MFV ieviešanu, izmantojot GreenPAK dizaineru.

4. solis: rezultāti

Pārbaudes nolūkos dizains tiek emulēts GreenPAK universālās attīstības padomē, izmantojot SLG46537. Luksoforu signāli (pielīdzināti digitālajām izejas tapām 5, 6, 7, 14, 15 un 16) tiek izmantoti, lai aktivizētu gaismas diodes, kas jau ir pieejamas GreenPAK attīstības padomē, lai vizuāli novērotu MFV uzvedību. Lai pilnībā izpētītu izstrādātās shēmas dinamisko uzvedību, mēs izmantojām Arduino UNO plati, lai izveidotu saskarni ar SLG46537. Arduino dēlis nodrošina transportlīdzekļa noteikšanas sensora ieejas un sistēmas atiestatīšanas signālus shēmai, kamēr tā saņem luksofora signālus no sistēmas. Arduino tāfele tiek izmantota kā daudzkanālu loģikas analizators, lai ierakstītu un grafiski parādītu sistēmas laika darbību. Tiek izstrādāti un pārbaudīti divi scenāriji, kas atspoguļo sistēmas vispārējo uzvedību. 7. attēlā parādīts shēmas pirmais scenārijs, kad daži transportlīdzekļi vienmēr atrodas blakus ielā. Kad tiek apstiprināts atiestatīšanas signāls, sistēma sāk darboties pirmajā stāvoklī, ieslēdzot tikai galvenos zaļos un sānu sarkanos signālus un visus pārējos signālus izslēdzot. Tā kā blakus esošie transportlīdzekļi vienmēr atrodas, nākamā pāreja otrajā stāvoklī notiek pēc 25 sekundēm, ieslēdzot galvenos dzeltenos un sānu sarkanos signālus. Pēc četrām sekundēm ASM nonāk trešajā stāvoklī, kur galvenie sarkanie un sānu sarkanie signāli paliek ieslēgti 1 sekundi. Pēc tam sistēma ieslēdzas ceturtajā stāvoklī ar ieslēgtiem galvenajiem sarkanajiem un sānu zaļajiem signāliem. Tā kā blakus esošie transportlīdzekļi vienmēr ir klāt, nākamā pāreja notiek 25 sekundes vēlāk, pārvietojot ASM uz piekto stāvokli. Pāreja no piektā uz sesto stāvokli notiek 4 sekundes vēlāk, kad beidzas TS. Sistēma paliek sestajā stāvoklī 1 sekundi, pirms ASM atjauno pirmo stāvokli.

8. attēlā parādīta shēmas uzvedība otrajā scenārijā, kad pie satiksmes signāla ir daži blakus transportlīdzekļi. Ir konstatēts, ka sistēmas darbība darbojas, kā paredzēts. Sistēma sākas pirmajā stāvoklī, kad ir ieslēgti tikai galvenie zaļie un sānu sarkanie signāli, un visi pārējie signāli ir izslēgti 25 sekundes vēlāk, seko nākamā pāreja, jo ir sānu transportlīdzeklis. Galvenie dzeltenie un sānu sarkanie signāli tiek ieslēgti otrajā stāvoklī. Pēc 4 sekundēm ASM nonāk trešajā stāvoklī ar ieslēgtiem galvenajiem sarkanajiem un sānu sarkanajiem signāliem. Sistēma paliek trešajā stāvoklī 1 sekundi un pēc tam pāriet uz ceturto stāvokli, saglabājot galveno sarkano un sānu zaļo. Tiklīdz transportlīdzekļa sensora ieeja kļūst zema (kad visi sānu transportlīdzekļi ir pagājuši), sistēma pāriet piektajā stāvoklī, kurā ir ieslēgts galvenais sarkanais un sānu dzeltenais. Pēc četru sekunžu uzturēšanās piektajā stāvoklī sistēma pāriet uz sesto stāvokli, padarot gan galveno, gan sānu signālu sarkanu. Šie signāli paliek sarkani 1 sekundi, pirms ASM atkal nonāk pirmajā stāvoklī. Faktiskie scenāriji būtu balstīti uz šo divu aprakstīto scenāriju kombināciju, kas, kā tiek konstatēts, darbojas pareizi.

Šajā lietotnē ņemiet vērā satiksmes kontrolieri, kas var pārvaldīt satiksmi, kas iet caur aizņemtas galvenās ielas un mazizmantotās sānu ielas krustojumu, izmantojot Dialog GreenPAK SLG46537. Shēmas pamatā ir ASM, kas nodrošina satiksmes signālu secības prasību izpildi. Dizaina uzvedību pārbaudīja vairākas gaismas diodes un Arduino UNO mikrokontrolleris. Rezultāti apstiprināja, ka projektēšanas mērķi ir sasniegti. Dialog produkta lietošanas galvenā priekšrocība ir novērst atsevišķu elektronisko komponentu un mikrokontrolleru nepieciešamību vienas un tās pašas sistēmas izveidošanai. Esošo dizainu var paplašināt, pievienojot ieejas signālu no spiedpogas, lai gājējs varētu šķērsot aizņemto ielu. Signālu var nodot VAI vārtiem kopā ar signālu no transportlīdzekļa sānu ievades sensora, lai izraisītu pirmo stāvokļa maiņu. Tomēr, lai nodrošinātu gājēju drošību, tagad ir papildu prasība par minimālu laiku, kas jāpavada ceturtajā stāvoklī. To var viegli izdarīt, izmantojot citu taimera bloku. Zaļie un sarkanie signāli sānu ielas satiksmes signālā tagad var tikt novirzīti arī uz sānu ielas gājēju signāliem.