Kontrolluesi i Sinjalit të Trafikut: 4 Hapa

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:12

Shpesh ekzistojnë skenarë ku kërkohen sekuenca fleksibël të sinjaleve të trafikut për koordinimin e trafikut përmes kryqëzimit të një rruge të zënë me një rrugë anësore të përdorur lehtë. Në situata të tilla, sekuencat mund të kontrollohen duke përdorur kohëmatës të ndryshëm dhe një sinjal të zbulimit të trafikut nga rruga anësore. Këto kërkesa mund të përmbushen përmes metodave konvencionale p.sh. duke përdorur blloqe ndërtimi nga komponentë elektronikë diskrete ose mikrokontrollues. Sidoqoftë, koncepti i qarqeve të integruara të sinjalit të përzier (CMIC) siguron një alternativë tërheqëse duke marrë parasysh fleksibilitetin e tij të projektimit, koston e ulët, kohën e zhvillimit dhe komoditetin. Shumë rajone dhe vende po përparojnë në rrjete më të komplikuara që mund të strehojnë një numër më të madh variablash për të kontrolluar semaforët. Sidoqoftë, shumë semaforë ende përdorin kontroll fiks të kohës, siç janë kontrolluesit e sinjalit elektro-mekanik. Qëllimi i këtij shënimi të aplikacionit është të tregojë se si mund të përdoret një Makinë Gjendje Asinkrone e GreenPAK (ASM) për të zhvilluar një kontrollues të thjeshtuar të sinjalit të trafikut për të zëvendësuar një kontrollues me kohë të caktuar. Ky sinjal trafiku rregullon trafikun që kalon nëpër kryqëzimin e një rruge kryesore të zënë me një rrugë anësore të përdorur lehtë. Kontrolluesi do të kontrollonte sekuencën e dy sinjaleve të trafikut, të cilat janë instaluar në rrugën kryesore dhe anësore. Një sinjal sensori, që zbulon praninë e trafikut rrugor anësor, i jepet kontrolluesit që, në lidhje me dy kohëmatës, do të kontrollonte sekuencën e sinjaleve të trafikut. Schemeshtë zhvilluar një skemë e makinës me gjendje të fundme (FSM) e cila siguron që kërkesat e sekuencës së sinjaleve të trafikut janë përmbushur. Logjika e kontrolluesit zbatohet duke përdorur një dialog IC të sinjalit të përzier të konfigurueshëm GreenPAK ™ SLG46537.

Më poshtë kemi përshkruar hapat e nevojshëm për të kuptuar se si çipi GreenPAK është programuar për të krijuar Kontrolluesin e Sinjalit të Trafikut. Sidoqoftë, nëse thjesht doni të merrni rezultatin e programimit, shkarkoni softuerin GreenPAK për të parë Skedarin e Dizajnit të GreenPAK të përfunduar tashmë. Lidheni Kompletin e Zhvillimit GreenPAK në kompjuterin tuaj dhe goditni programin për të krijuar IC të personalizuar për Kontrolluesin e Sinjalit të Trafikut.

Hapi 1: Kërkesat

Konsideroni një skenar trafiku me kërkesat e kohës për sinjalet e trafikut nga rruga kryesore dhe anësore, siç tregohet në Figurën 1. Sistemi ka gjashtë gjendje dhe do të lëvizë nga një gjendje në tjetrën në varësi të kushteve të caktuara të paracaktuara. Këto kushte bazohen në tre kohëmatës; një kohëmatës i gjatë TL = 25 s, një kohëmatës i shkurtër TS = 4 s dhe një kohëmatës kalimtar Tt = 1 s. Për më tepër, kërkohet hyrja dixhitale nga sensori i zbulimit të trafikut anësor. Një përshkrim i plotë i secilës prej gjashtë gjendjeve të sistemit dhe sinjaleve të kontrollit të kalimit të gjendjes jepet më poshtë: Në gjendjen e parë, sinjali kryesor është jeshil ndërsa sinjali anësor është i kuq. Sistemi do të qëndrojë në këtë gjendje derisa të skadojë kohëmatësi i gjatë (TL = 25 s) ose për sa kohë që nuk ka automjet në rrugën anësore. Nëse një automjet është i pranishëm në rrugën anësore pas skadimit të kohëmatësit të gjatë, sistemi do të pësojë një ndryshim të gjendjes duke lëvizur në gjendjen e dytë. Në gjendjen e dytë, sinjali kryesor bëhet i verdhë ndërsa sinjali anësor mbetet i kuq për kohëzgjatjen e kohëmatësit të shkurtër (TS = 4 s). Pas 4 sekondash sistemi kalon në gjendjen e tretë. Në gjendjen e tretë, sinjali kryesor ndryshon në të kuqe dhe sinjali anësor mbetet i kuq për kohëzgjatjen e kohëmatësit kalimtar (Tt = 1 s). Pas 1 sekonde, sistemi kalon në gjendjen e katërt. Gjatë gjendjes së katërt sinjali kryesor është i kuq ndërsa sinjali anësor kthehet në të gjelbër. Sistemi do të qëndrojë në këtë gjendje deri në skadimin e kohëmatësit të gjatë (TL = 25 s) dhe ka disa automjete të pranishme në rrugën anësore. Sapo të skadojë kohëmatësi i gjatë, ose nuk ka automjet në rrugën anësore, sistemi do të kalojë në gjendjen e pestë. Gjatë gjendjes së pestë sinjali kryesor është i kuq ndërsa sinjali anësor është i verdhë për kohëzgjatjen e kohëmatësit të shkurtër (TS = 4 s). Pas 4 sekondash sistemi do të kalojë në gjendjen e gjashtë. Në gjendjen e gjashtë dhe të fundit të sistemit, si sinjalet kryesore ashtu edhe ato anësore janë të kuqe për periudhën e kohëmatësit kalimtar (Tt = 1 s). Pas kësaj, sistemi kthehet në gjendjen e parë dhe fillon përsëri. Gjendja e tretë dhe e gjashtë sigurojnë një gjendje tampon ku të dy sinjalet (kryesore dhe anësore) qëndrojnë të kuqe për një periudhë të shkurtër kohe gjatë kalimit. Gjendja 3 dhe 6 janë të ngjashme dhe mund të duken të tepërta, megjithatë kjo lejon që zbatimi i skemës së propozuar të jetë i thjeshtë.

Hapi 2: Skema e Zbatimit

Një diagram i plotë i sistemit është treguar në Figurën 2. Kjo figurë ilustron strukturën e përgjithshme, funksionin e sistemit dhe liston të gjitha hyrjet dhe daljet e kërkuara. Kontrolluesi i propozuar i sinjalit të trafikut është ndërtuar rreth konceptit të makinës me gjendje të fundme (FSM). Kërkesat e kohës të përshkruara më sipër përkthehen në një FSM me gjashtë gjendje siç përshkruhet në Figurën 3.

Variablat e ndryshimit të gjendjes të treguar më sipër janë: Vs-Një automjet është i pranishëm në rrugën anësore

TL - Kohëmatësi 25 s (kohëmatës i gjatë) është aktiv

TS - Kohëmatësi 4 s (kohëmatësi i shkurtër) është aktiv

Tt - Kohëmatësi 1 s (kohëmatësi kalimtar) është aktiv

Dialog GreenPAK CMIC SLG46537 është zgjedhur për zbatimin e FSM. Kjo pajisje shumë e gjithanshme lejon që një larmi e madhe e funksioneve të sinjalit të përzier të projektohen brenda një qarku të vetëm të integruar shumë të vogël, me fuqi të ulët. Për më tepër, IC përmban një macrocell ASM të krijuar për të lejuar përdoruesin të krijojë makina shtetërore që kanë deri në 8 gjendje. Përdoruesi ka fleksibilitetin për të përcaktuar numrin e gjendjeve, kalimet e gjendjes dhe sinjalet hyrëse që do të shkaktojnë kalime nga një gjendje në një gjendje tjetër.

Hapi 3: Zbatimi duke përdorur GreenPAK

FSM e zhvilluar për funksionimin e kontrolluesit të trafikut zbatohet duke përdorur SLG46537 GreenPAK. Në GreenPak Designer skema zbatohet siç tregohet në Figurën 4.

PIN3 dhe PIN4 janë konfiguruar si kunja hyrëse dixhitale; PIN3 është i lidhur me hyrjen e sensorit të automjeteve anësore dhe PIN4 përdoret për rivendosjen e sistemit. PIN -et 5, 6, 7, 14, 15 dhe 16 janë konfiguruar si kunja dalëse. PIN -et 5, 6 dhe 7 i kalojnë respektivisht drejtuesit të sinjalit anësor të dritave të kuqe, të verdhë dhe jeshile. PIN-et 14, 15 dhe 16 i kalojnë respektivisht drejtuesve të sinjalit kryesor me dritën jeshile, të verdhë dhe të kuqe. Kjo përfundon konfigurimin I/O të skemës. Në zemër të skemës qëndron blloku ASM. Hyrjet e bllokut ASM, të cilat rregullojnë ndryshimet e gjendjes, merren nga logjika kombinatore duke përdorur tre blloqe kundër/vonesë (TS, TL dhe TT) dhe hyrjen nga sensori i mjetit anësor. Logjika kombinatore kualifikohet më tej duke përdorur informacionin shtetëror të ushqyer me LUT. Informacioni i gjendjes së gjendjes së parë, të dytë, të katërt dhe të pestë merret duke përdorur kombinime të daljeve B0 dhe B1 të bllokut ASM. Kombinimet e B0 dhe B1 që korrespondojnë me gjendjen e parë, të dytë, të katërt dhe të pestë janë (B0 = 0, B1 = 0), (B0 = 1, B1 = 0), (B0 = 1, B1 = 1) dhe (B0 = 0, B1 = 1) respektivisht. Informacioni i gjendjeve të gjendjeve të 3 -të dhe të 6 -të merret drejtpërdrejt duke aplikuar operatorin AND në sinjalet kryesore të kuqe dhe të kuqe anësore. Ushqyerja e këtyre informacioneve me logjikën kombinuese siguron që të aktivizohen vetëm kohëmatësit përkatës. Rezultatet e tjera të bllokut ASM caktohen në semaforët kryesorë (e kuqja kryesore, e verdha kryesore dhe jeshilja kryesore) dhe semaforët anësorë (ana e kuqe, e verdha anësore dhe jeshile anësore).

Konfigurimi i bllokut ASM është treguar në Figurën 5 dhe Figurën 6. Gjendjet e paraqitura në Figurën 5, korrespondojnë me gjendjet e para të përcaktuara, të dyta, të treta, të katërta, të pesta dhe të gjashta të paraqitura në Figurën 3. Konfigurimi i RAM -it dalës të ASM blloku është treguar në figurën 6.

Kohëmatësit TL, TS dhe TT zbatohen duke përdorur blloqet kundër/vonesë CNT1/DLY1, CNT2/DLY2 dhe CNT3/DLY3 respektivisht. Të tre këto blloqe janë konfiguruar në modalitetin e vonesës me zbulimin e skajit në rritje. Siç tregohet në Figurën 3, gjendjet e para dhe të katërta shkaktojnë TL, gjendjet e dyta dhe të pesta shkaktojnë TS, dhe gjendjet e treta dhe të gjashta shkaktojnë TT duke përdorur logjikën kombinatoriale. Ndërsa kohëmatësit e vonesës ndizen, rezultatet e tyre mbeten 0 derisa vonesa e konfiguruar të përfundojë kohëzgjatjen e saj. Në këtë mënyrë TL’, TS’ dhe TT’

sinjalet merren drejtpërdrejt nga daljet e blloqeve CNT1/DLY1, CNT2/DLY2 dhe CNT3/DLY3. TS’ushqehet drejtpërdrejt me hyrjen e tranzicionit të gjendjes së dytë dhe të pestë ndërsa TT’ i kalohet hyrjeve të tranzicionit të gjendjes së tretë dhe të gjashtë. TL, nga ana tjetër, i kalohet blloqeve logjike kombinatore (LUT) që japin sinjalet TL’Vs dhe TL’+ VS’të cilat ushqehen me hyrjet e kalimit të gjendjeve të para dhe të katërta përkatësisht. Kjo përfundon zbatimin e FSM duke përdorur projektuesin GreenPAK.

Hapi 4: Rezultatet

Për qëllime testimi, dizajni emulohet në Bordin e Zhvillimit Universal GreenPAK duke përdorur SLG46537. Sinjalet e semaforëve (të barazuar me kunjat e daljes dixhitale 5, 6, 7, 14, 15 dhe 16) përdoren për të aktivizuar LED -të që janë tashmë në dispozicion në Bordin e Zhvillimit të GreenPAK për të vëzhguar vizualisht sjelljen e FSM. Për të hetuar plotësisht sjelljen dinamike të skemës së zhvilluar, ne përdorëm një bord Arduino UNO për t'u ndërlidhur me SLG46537. Bordi Arduino siguron hyrjen e sensorit të zbulimit të automjetit dhe sinjalet e rivendosjes së sistemit në skemë ndërsa merr sinjalet e semaforit nga sistemi. Bordi Arduino përdoret si një analizues logjik me shumë kanale për të regjistruar dhe treguar grafikisht funksionimin e përkohshëm të sistemit. Dy skenarë që kapin sjelljen e përgjithshme të sistemit janë zhvilluar dhe testuar. Figura 7 tregon skenarin e parë të skemës kur disa automjete janë gjithmonë të pranishme në rrugën anësore. Kur sinjali i rivendosjes pohohet sistemi fillon në gjendjen e parë me vetëm sinjalet kryesore jeshile dhe të kuqe anësore të ndezura dhe të gjithë sinjalet e tjerë të fikur. Meqenëse automjetet anësore janë gjithmonë të pranishme, kalimi tjetër në gjendjen e dytë vjen 25 sekonda më vonë duke ndezur sinjalet kryesore të verdha dhe të kuqe anësore. Katër sekonda më vonë ASM hyn në gjendjen e tretë ku sinjalet kryesore të kuqe dhe të kuqe anësore mbeten të ndezura për 1 sekondë. Sistemi pastaj hyn në gjendjen e katërt me sinjalet kryesore të kuqe dhe jeshile anësore të ndezura. Meqenëse automjetet anësore janë gjithmonë të pranishme, kalimi tjetër ndodh 25 sekonda më vonë duke lëvizur ASM në gjendjen e pestë. Kalimi nga gjendja e pestë në të gjashtin ndodh 4 sekonda më vonë pasi TS skadon. Sistemi qëndron në gjendjen e gjashtë për një kohëzgjatje prej 1 sekonde para se ASM të hyjë në gjendjen e parë.

Figura 8 tregon sjelljen e skemës në skenarin e dytë, kur disa automjete anësore janë të pranishme në sinjalin e trafikut. Sjellja e sistemit konstatohet se funksionon ashtu siç është projektuar. Sistemi fillon në gjendjen e parë me vetëm sinjalet kryesore jeshile dhe të kuqe të ndezura dhe të gjitha sinjalet e tjera të fiken 25 sekonda më vonë pason tranzicioni tjetër pasi ekziston një automjet anësor i pranishëm. Sinjalet kryesore të verdha dhe të kuqe anësore ndizen në gjendjen e dytë. Pas 4 sekondash, ASM hyn në gjendjen e tretë me sinjalet kryesore të kuqe dhe të kuqe anësore të ndezura. Sistemi qëndron në gjendjen e tretë për 1 sekondë dhe më pas kalon në gjendjen e katërt duke mbajtur të kuqen kryesore dhe anën jeshile të ndezur. Sapo hyrja e sensorit të automjetit të ulet (kur të kenë kaluar të gjitha automjetet anësore), sistemi hyn në gjendjen e pestë ku ndizen e kuqja kryesore dhe e verdha anësore. Pasi qëndron në gjendjen e pestë për katër sekonda, sistemi kalon në gjendjen e gjashtë duke i kthyer të kuqe sinjalet kryesore dhe anësore. Këto sinjale mbeten të kuqe për 1 sekondë para se ASM të hyjë përsëri në gjendjen e parë. Skenarët aktualë do të bazoheshin në një kombinim të këtyre dy skenarëve të përshkruar të cilët rezultojnë se funksionojnë në mënyrë korrekte.

Në këtë aplikacion vini re një kontrollues të trafikut që mund të menaxhojë trafikun që kalon nëpër kryqëzimin e një rruge kryesore të zënë dhe një rrugë anësore e përdorur lehtë u zbatua duke përdorur një Dialog GreenPAK SLG46537. Skema bazohet në një ASM që siguron përmbushjen e kërkesave të sekuencës së sinjaleve të trafikut. Sjellja e dizajnit u verifikua nga disa LED dhe një mikrokontrollues Arduino UNO. Rezultatet verifikuan se objektivat e projektimit ishin përmbushur. Avantazhi kryesor i përdorimit të produktit Dialog është të shmangë nevojën e komponentëve elektronikë diskrete dhe mikrokontrolluesit për të ndërtuar të njëjtin sistem. Dizajni ekzistues mund të zgjatet duke shtuar një sinjal hyrës nga një buton shtyse për kalimin e këmbësorëve që kërkojnë të kalojnë rrugën e zënë. Sinjali mund të kalohet në një portë OR së bashku me sinjalin nga sensori i hyrjes së automjetit anësor për të shkaktuar ndryshimin e parë të gjendjes. Sidoqoftë, për të siguruar sigurinë e këmbësorëve tani ekziston një kërkesë shtesë e një kohe minimale për t'u shpenzuar në gjendjen e katërt. Kjo mund të arrihet lehtësisht duke përdorur një bllok tjetër kohëmatës. Sinjalet jeshile dhe të kuqe në sinjalin e trafikut të rrugëve anësore tani mund të ushqehen edhe me sinjalet anësore të këmbësorëve në rrugën anësore.