Traffic Signal Controller: 4 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:21

Det eksisterer ofte scenarier der det kreves fleksible trafikksignalsekvenser for koordinering av trafikk gjennom krysset mellom en trafikkert gate og en lett brukt sidegate. I slike situasjoner kan sekvensene styres ved hjelp av forskjellige tidtakere og et trafikkdeteksjonssignal fra sidegaten. Disse kravene kan oppfylles gjennom konvensjonelle metoder f.eks. ved hjelp av byggeklosser fra diskrete elektroniske komponenter eller mikrokontrollere. Konseptet med konfigurerbare blandede signalintegrerte kretser (CMIC) gir imidlertid et attraktivt alternativ med tanke på designfleksibilitet, lave kostnader, utviklingstid og bekvemmelighet. Mange regioner og land går videre til mer kompliserte rutenett som har plass til et større antall variabler for å kontrollere trafikklys. Imidlertid bruker mange trafikklys fortsatt fast tidskontroll, for eksempel elektromekaniske signalstyrere. Hensikten med denne applikasjonsnotatet er å vise hvordan man kan bruke en GreenPAKs Asynchronous State Machine (ASM) til å utvikle en forenklet trafikksignalkontroller for å erstatte en fasttidskontroller. Dette trafikksignalet regulerer trafikk som går gjennom krysset mellom en travel hovedgate og en lett brukt sidegate. Kontrolleren ville kontrollere sekvensen av to trafikksignaler, som er installert i hoved- og sidegaten. Et sensorsignal som oppdager tilstedeværelse av sidegatetrafikk, mates til kontrolleren som, i forbindelse med to tidtakere, ville kontrollere sekvensen til trafikksignalene. En endelig tilstandsmaskin (FSM) er utviklet som sikrer at kravene til trafikksignalsekvensen er oppfylt. Kontrolleren logikken er implementert ved hjelp av en dialogboks GreenPAK ™ SLG46537 konfigurerbart blandet signal IC.

Nedenfor har vi beskrevet trinnene som trengs for å forstå hvordan GreenPAK -brikken er programmert til å lage Traffic Signal Controller. Men hvis du bare vil få resultatet av programmeringen, kan du laste ned GreenPAK -programvare for å se den allerede fullførte GreenPAK -designfilen. Koble GreenPAK Development Kit til datamaskinen din og trykk på programmet for å lage den egendefinerte IC for Traffic Signal Controller.

Trinn 1: Krav

Vurder et trafikkscenario med tidskravene til trafikksignaler fra hoved- og sidegaten, som vist i figur 1. Systemet har seks tilstander, og vil bevege seg fra en tilstand til den andre avhengig av visse forhåndsdefinerte forhold. Disse betingelsene er basert på tre tidtakere; en lang timer TL = 25 s, en kort timer TS = 4 s og en forbigående timer Tt = 1 s. I tillegg er den digitale inngangen fra sidetrafikkdeteksjonssensoren nødvendig. En grundig beskrivelse av hver av de seks systemtilstandene og tilstandsovergangskontrollsignalene er gitt nedenfor: I den første tilstanden er hovedsignalet grønt mens sidesignalet er rødt. Systemet vil forbli i denne tilstanden til den lange timeren (TL = 25 s) utløper eller så lenge det ikke er noe kjøretøy i sidegaten. Hvis et kjøretøy er tilstede i sidegaten etter utløpet av den lange timeren, vil systemet gjennomgå en tilstandsendring som går til den andre tilstanden. I den andre tilstanden blir hovedsignalet gult mens sidesignalet forblir rødt i løpet av den korte timeren (TS = 4 s). Etter 4 sekunder går systemet over i den tredje tilstanden. I den tredje tilstanden endres hovedsignalet til rødt og sidesignalet forblir rødt i løpet av den midlertidige timeren (Tt = 1 s). Etter 1 sekund går systemet til den fjerde tilstanden. I den fjerde tilstanden er hovedsignalet rødt mens sidesignalet blir grønt. Systemet vil forbli i denne tilstanden til utløpet av lang tidtaker (TL = 25 s), og det er noen kjøretøy tilstede i sidegaten. Så snart den lange timeren utløper, eller det ikke er noe kjøretøy i sidegaten, vil systemet gå over til den femte tilstanden. I den femte tilstanden er hovedsignalet rødt mens sidesignalet er gult i løpet av den korte timeren (TS = 4 s). Etter 4 sekunder vil systemet gå over til den sjette tilstanden. I den sjette og siste tilstanden i systemet er både hoved- og sidesignalene røde for perioden med forbigående timer (Tt = 1 s). Etter det går systemet tilbake til den første tilstanden og starter på nytt. Den tredje og sjette tilstanden gir en buffertilstand der begge (hoved- og sidesignalene) forblir røde i en kort periode under overgangen. Stat 3 og 6 er like og kan virke overflødige, men dette gjør at implementeringen av den foreslåtte ordningen kan være enkel.

Trinn 2: Implementeringsplan

Et komplett blokkdiagram av systemet er vist i figur 2. Denne figuren illustrerer systemets overordnede struktur, funksjon og viser alle nødvendige innganger og utganger. Den foreslåtte trafikksignalkontrolleren er bygget rundt konseptet med endelig datamaskin (FSM). Tidskravene beskrevet ovenfor er oversatt til en seks -staters FSM som vist i figur 3.

Statsendringsvariablene vist ovenfor er: Vs-Et kjøretøy er tilstede i sidegaten

TL - 25 s -timeren (lang tidtaker) er på

TS - 4 s -timeren (kort timer) er på

Tt - 1 s -timeren (forbigående timer) er på

Dialog GreenPAK CMIC SLG46537 er valgt for implementering av FSM. Denne svært allsidige enheten gjør det mulig å utforme et stort utvalg av blandede signalfunksjoner i en veldig liten, lav effekt enkelt integrert krets. Videre inneholder IC en ASM -makrocelle designet for at brukeren kan lage tilstandsmaskiner med opptil 8 tilstander. Brukeren har fleksibiliteten til å definere antall tilstander, tilstandsoverganger og inngangssignaler som vil forårsake overganger fra en tilstand til en annen tilstand.

Trinn 3: Implementering ved hjelp av GreenPAK

FSM utviklet for drift av trafikkstyreren er implementert ved hjelp av SLG46537 GreenPAK. I GreenPak Designer er ordningen implementert som vist i figur 4.

PIN3 og PIN4 er konfigurert som digitale inngangspinner; PIN3 er koblet til sensorgang for sidegatebiler og PIN4 brukes for systemnullstilling. PIN -koder 5, 6, 7, 14, 15 og 16 er konfigurert som utgangspinner. PIN -koder 5, 6 og 7 overføres til sidesignalets henholdsvis røde, gule og grønne lysdrivere. PIN-koder 14, 15 og 16 overføres til hovedsignalet, henholdsvis grønt, gult og rødt lys. Dette fullfører I/O -konfigurasjonen av ordningen. I hjertet av skjematikken ligger ASM -blokken. Inngangene til ASM -blokken, som regulerer tilstandsendringer, er hentet fra kombinatorisk logikk ved hjelp av tre mot-/forsinkelsesblokker (TS, TL og TT) og inngangen fra sidekjøretøyets sensor. Den kombinatoriske logikken er ytterligere kvalifisert ved å bruke tilstandsinformasjonen som sendes tilbake til LUT. Tilstandsinformasjon om første, andre, fjerde og femte tilstand blir innhentet ved bruk av kombinasjoner av B0- og B1 -utganger fra ASM -blokken. Kombinasjonene av B0 og B1 som tilsvarer den første, andre, fjerde og femte tilstanden er (B0 = 0, B1 = 0), (B0 = 1, B1 = 0), (B0 = 1, B1 = 1) og (B0 = 0, B1 = 1). Tilstandsinformasjonen til 3. og 6. stat blir innhentet direkte ved å bruke AND -operatøren til de viktigste røde og siderøde signalene. Å mate denne tilstandsinformasjonen til den kombinatoriske logikken sikrer at bare de relevante tidtakerne utløses. Andre utganger fra ASM -blokken er tilordnet de viktigste trafikklysene (hovedrødt, hovedgult og hovedgrønt) og sidetrafikklys (side rødt, sidegult og sidegrønt).

Konfigurasjonen av ASM -blokken er vist i figur 5 og figur 6. Tilstandene vist i figur 5, tilsvarer de definerte første, andre, tredje, fjerde, femte og sjette tilstandene vist i figur 3. Output -RAM -konfigurasjonen til ASM blokken er vist i figur 6.

Tidsurene TL, TS og TT implementeres ved hjelp av henholdsvis teller-/forsinkelsesblokkene CNT1/DLY1, CNT2/DLY2 og CNT3/DLY3. Alle disse tre blokkene er konfigurert i forsinkelsesmodus med stigende kantdeteksjon. Som vist i figur 3 utløser den første og fjerde tilstanden TL, den andre og den femte tilstanden utløser TS, og den tredje og sjette tilstanden utløser TT ved bruk av kombinatorisk logikk. Når forsinkelsestimerne utløses, forblir utgangene 0 til den konfigurerte forsinkelsen fullfører varigheten. På denne måten TL’, TS’ og TT’

signaler hentes direkte fra utgangene til CNT1/DLY1, CNT2/DLY2 og CNT3/DLY3 blokker. TS’mates direkte til den andre og femte tilstandenes overgangsinngang mens TT’ sendes til den tredje og sjette tilstandenes overgangsinnganger. TL, på den annen side, sendes til kombinatoriske logikkblokker (LUT) som gir signalene TL 'Vs og TL'+ VS 'som mates til overgangsinngangene til henholdsvis den første og fjerde tilstanden. Dette fullfører implementeringen av FSM ved bruk av GreenPAK -designeren.

Trinn 4: Resultater

For testformål emuleres designet på GreenPAK Universal Development Board ved bruk av SLG46537. Lyskryssignalene (lik digital utgangsstifter 5, 6, 7, 14, 15 og 16) brukes til å aktivere lysdiodene som allerede er tilgjengelige på GreenPAK Development Board for å visuelt observere oppførselen til FSM. For å undersøke den dynamiske oppførselen til den utviklede ordningen fullt ut, brukte vi et Arduino UNO -kort for å koble til SLG46537. Arduino -kortet gir inngang for kjøretøysdeteksjonssensor og systemtilbakestillingssignaler til systemet mens det får trafikklyssignalene fra systemet. Arduino-kortet brukes som en flerkanals logisk analysator for å registrere og grafisk vise systemets tidsmessige funksjon. To scenarier som fanger systemets generelle oppførsel er utviklet og testet. Figur 7 viser det første scenariet av ordningen når noen biler alltid er tilstede i sidegaten. Når tilbakestillingssignalet bekreftes, starter systemet i første tilstand med bare grønt og rødt side -signal på og alle de andre signalene er slått av. Siden sidebilen alltid er til stede, følger den neste overgangen til den andre tilstanden 25 sekunder senere ved å slå på de viktigste gule og røde sidene. Fire sekunder senere går ASM inn i den tredje tilstanden der de viktigste røde og siderøde signalene forblir på i 1 sekund. Systemet går deretter inn i den fjerde tilstanden med de viktigste røde og sidegrønne signalene slått på. Siden sidebilene alltid er til stede, skjer neste overgang 25 sekunder senere, og flytter ASM til femte tilstand. Overgangen fra femte til sjette tilstand skjer 4 sekunder senere etter hvert som TS utløper. Systemet forblir i den sjette tilstanden i 1 sekund før ASM kommer tilbake til den første tilstanden.

Figur 8 viser oppførselen til ordningen i det andre scenariet, når noen få sidebiler er tilstede ved trafikksignalet. Det er funnet at oppførselen til systemet fungerer som designet. Systemet starter i den første tilstanden med bare grønt og rødt side -signal på og alle de andre signalene som skal slås av 25 sekunder senere følger neste overgang siden det er et sidekjøretøy tilstede. De viktigste gule og røde sidene er slått på i den andre tilstanden. Etter 4 sekunder går ASM inn i den tredje tilstanden med de viktigste røde og siderøde signalene slått på. Systemet forblir i den tredje tilstanden i 1 sekund og går deretter til den fjerde tilstanden med hovedrødt og grønt på siden. Så snart kjøretøyets sensorinngang blir lav (når alle sidebilene har passert), går systemet inn i den femte tilstanden der hovedrødt og sidegult er på. Etter å ha oppholdt seg i den femte tilstanden i fire sekunder, går systemet til den sjette tilstanden og gjør både hoved- og sidesignaler røde. Disse signalene forblir røde i 1 sekund før ASM går tilbake til den første tilstanden. Faktiske scenarier vil være basert på en kombinasjon av disse to beskrevne scenariene som er funnet å fungere riktig.

Konklusjon I denne app -notatet ble en trafikkstyrer som kan håndtere trafikk som passerer gjennom krysset mellom en travel hovedgate og en lett brukt sidegate implementert ved hjelp av en Dialog GreenPAK SLG46537. Ordningen er basert på en ASM som sikrer at trafikksignalens sekvenskrav er oppfylt. Oppførselen til designet ble bekreftet av flere lysdioder og en Arduino UNO mikrokontroller. Resultatene bekreftet at designmålene ble nådd. Den viktigste fordelen med å bruke Dialog -produktet er å unngå behovet for diskrete elektroniske komponenter og mikrokontroller for å bygge det samme systemet. Den eksisterende designen kan utvides ved å legge til et inngangssignal fra en trykknapp for passasje av fotgjenger som ønsker å krysse den travle gaten. Signalet kan sendes til en ELLER -gate sammen med signal fra inngangssensoren fra kjøretøyet for å utløse den første tilstandsendringen. For å sikre fotgjengerens sikkerhet nå er det imidlertid et tilleggskrav på en minimumstid i den fjerde staten. Dette kan enkelt oppnås ved å bruke en annen timerblokk. De grønne og røde signalene på sidegatens trafikksignal kan nå også mates til sidegate -signalene i sidegaten.