Eismo signalų valdiklis: 4 žingsniai

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:45

Dažnai egzistuoja scenarijai, kai eismo per judrios gatvės ir mažai naudojamos šalutinės gatvės sankryžą koordinavimui reikalingos lanksčios eismo signalų sekos. Tokiose situacijose sekas galima valdyti naudojant skirtingus laikmačius ir eismo aptikimo signalą iš šalutinės gatvės. Šiuos reikalavimus galima patenkinti įprastais metodais, pvz. naudojant blokus iš atskirų elektroninių komponentų arba mikrovaldiklių. Tačiau konfigūruojamų mišrių signalų integruotų grandynų (CMIC) koncepcija yra patraukli alternatyva, atsižvelgiant į jos dizaino lankstumą, mažą kainą, kūrimo laiką ir patogumą. Daugelis regionų ir šalių pereina prie sudėtingesnių tinklų, kuriuose galima pritaikyti daugiau kintamųjų, kad būtų galima valdyti šviesoforus. Tačiau daugelyje šviesoforų vis dar naudojamas fiksuotas laiko valdymas, pavyzdžiui, elektromechaniniai signalų valdikliai. Šios programos pastabos tikslas yra parodyti, kaip galima naudoti „GreenPAK“asinchroninę būsenos mašiną (ASM), siekiant sukurti supaprastintą eismo signalų valdiklį, kuris pakeistų nustatyto laiko valdiklį. Šis šviesoforas reguliuoja eismą, einantį per judrios pagrindinės gatvės ir mažai naudojamos šalutinės gatvės sankryžą. Valdiklis valdytų dviejų eismo signalų, kurie yra įrengti pagrindinėje ir šalutinėje gatvėje, seką. Jutiklio signalas, nustatantis šalutinio eismo eismą, tiekiamas valdikliui, kuris kartu su dviem laikmačiais valdytų eismo signalų seką. Sukurta baigtinės būsenos mašinos (FSM) schema, užtikrinanti, kad būtų įvykdyti eismo signalų sekos reikalavimai. Valdiklio logika įgyvendinama naudojant dialogo langą GreenPAK ™ SLG46537 konfigūruojamas mišrus signalas IC.

Žemiau aprašėme veiksmus, kurių reikia norint suprasti, kaip „GreenPAK“lustas buvo užprogramuotas sukurti eismo signalų valdiklį. Tačiau, jei norite gauti programavimo rezultatą, atsisiųskite „GreenPAK“programinę įrangą, kad peržiūrėtumėte jau užpildytą „GreenPAK“dizaino failą. Prijunkite „GreenPAK Development Kit“prie kompiuterio ir paspauskite programą, kad sukurtumėte pasirinktinį eismo signalų valdiklio IC.

1 žingsnis: Reikalavimai

Apsvarstykite eismo scenarijų su eismo signalų iš pagrindinės ir šoninės gatvės laiko reikalavimais, kaip parodyta 1 paveiksle. Sistema turi šešias būsenas ir, priklausomai nuo tam tikrų iš anksto nustatytų sąlygų, pereis iš vienos būsenos į kitą. Šios sąlygos yra pagrįstos trimis laikmačiais; ilgas laikmatis TL = 25 s, trumpas laikmatis TS = 4 s ir laikinas laikmatis Tt = 1 s. Be to, reikalinga skaitmeninė įvestis iš šoninio eismo aptikimo jutiklio. Žemiau pateikiamas išsamus kiekvienos iš šešių sistemos būsenų ir būsenos perėjimo valdymo signalų aprašymas: Pirmoje būsenoje pagrindinis signalas yra žalias, o šoninis - raudonas. Sistema liks šioje būsenoje, kol pasibaigs ilgasis laikmatis (TL = 25 s) arba tol, kol šalutinėje gatvėje nebus transporto priemonės. Jei pasibaigus ilgalaikiam laikui transporto priemonė yra šalutinėje gatvėje, sistemos būsena pasikeis ir pereis į antrąją būseną. Antroje būsenoje pagrindinis signalas tampa geltonas, o šoninis signalas lieka raudonas visą trumpo laikmačio laiką (TS = 4 s). Po 4 sekundžių sistema pereina į trečiąją būseną. Trečioje būsenoje pagrindinis signalas pasikeičia į raudoną, o šoninis signalas lieka raudonas visą laikino laikmačio laiką (Tt = 1 s). Po 1 sekundės sistema pereina į ketvirtą būseną. Ketvirtosios būsenos metu pagrindinis signalas yra raudonas, o šoninis - žalias. Sistema išliks tokia, kol pasibaigs ilgas laikmatis (TL = 25 s), o šalutinėje gatvėje yra keletas transporto priemonių. Kai tik pasibaigs laikmatis arba šalutinėje gatvėje nebus transporto priemonės, sistema pereis į penktąją būseną. Penktoje būsenoje pagrindinis signalas yra raudonas, o šoninis signalas geltonas visą trumpo laikmačio trukmę (TS = 4 s). Po 4 sekundžių sistema pereis į šeštąją būseną. Šeštojoje ir paskutinėje sistemos būsenoje tiek pagrindinis, tiek šoninis signalai yra raudoni laikino laikmačio laikotarpiui (Tt = 1 s). Po to sistema grįžta į pirmąją būseną ir vėl prasideda iš naujo. Trečioji ir šeštoji būsenos suteikia buferinę būseną, kai abu (pagrindiniai ir šoniniai) signalai perjungimo metu trumpai išlieka raudoni. 3 ir 6 būsenos yra panašios ir gali atrodyti nereikalingos, tačiau tai leidžia lengvai įgyvendinti siūlomą schemą.

2 žingsnis: įgyvendinimo schema

Išsami sistemos blokinė schema parodyta 2 paveiksle. Šis paveikslėlis iliustruoja bendrą sistemos struktūrą, funkciją ir išvardija visus reikalingus įėjimus ir išėjimus. Siūlomas eismo signalų valdiklis buvo sukurtas remiantis baigtinės būsenos mašinos (FSM) koncepcija. Pirmiau aprašyti laiko reikalavimai yra išversti į šešių būsenų FSM, kaip parodyta 3 paveiksle.

Aukščiau pateikti būsenos keitimo kintamieji: Vs-transporto priemonė yra šalutinėje gatvėje

TL - įjungtas 25 s laikmatis (ilgas laikmatis)

TS - įjungtas 4 s laikmatis (trumpasis laikmatis)

Tt - įjungtas 1 s laikmatis (laikinas laikmatis)

MLS įgyvendinimui pasirinktas „Dialog GreenPAK CMIC SLG46537“. Šis labai universalus įrenginys leidžia suprojektuoti įvairias mišraus signalo funkcijas per labai mažą, mažos galios vieną integruotą grandinę. Be to, IC yra ASM makroelementas, skirtas leisti vartotojui sukurti būsenos mašinas, turinčias iki 8 būsenų. Vartotojas gali lanksčiai nustatyti būsenų skaičių, būsenos perėjimus ir įvesties signalus, kurie sukels perėjimus iš vienos būsenos į kitą.

3 veiksmas: diegimas naudojant „GreenPAK“

FSM, sukurtas eismo valdytojo veikimui, įgyvendinamas naudojant SLG46537 GreenPAK. „GreenPak Designer“schema įgyvendinama, kaip parodyta 4 paveiksle.

PIN3 ir PIN4 yra sukonfigūruoti kaip skaitmeniniai įvesties kaiščiai; PIN3 yra prijungtas prie šoninės gatvės transporto priemonių jutiklio įvesties, o PIN4 naudojamas sistemos atstatymui. PIN kodai 5, 6, 7, 14, 15 ir 16 yra sukonfigūruoti kaip išvesties kaiščiai. 5, 6 ir 7 PIN kodai perduodami atitinkamai šoninio signalo raudonos, geltonos ir žalios šviesos vairuotojams. 14, 15 ir 16 PIN kodai perduodami atitinkamai pagrindinio signalo žalios, geltonos ir raudonos šviesos vairuotojams. Tai užbaigia schemos įvesties/išvesties konfigūraciją. Schemos esmė yra ASM blokas. ASM bloko įėjimai, reguliuojantys būsenos pokyčius, gaunami iš kombinatorinės logikos, naudojant tris skaitiklius/uždelsimo blokus (TS, TL ir TT) ir įvestį iš šoninio transporto priemonės jutiklio. Kombinatorinė logika dar labiau kvalifikuojama naudojant būsenos informaciją, grąžintą LUT. Pirmosios, antrosios, ketvirtosios ir penktosios būsenų būsenos informacija gaunama naudojant ASM bloko B0 ir B1 išėjimų derinius. B0 ir B1 deriniai, atitinkantys pirmąją, antrąją, ketvirtąją ir penktąją būsenas, yra (B0 = 0, B1 = 0), (B0 = 1, B1 = 0), (B0 = 1, B1 = 1) ir (B0 = 0, B1 = 1) atitinkamai. 3 ir 6 būsenų būsenų informacija gaunama tiesiogiai taikant AND operatorių pagrindiniams raudoniems ir šoniniams raudoniems signalams. Šių būsenų informacijos tiekimas į kombinatorinę logiką užtikrina, kad suaktyvinami tik atitinkami laikmačiai. Kiti ASM bloko išėjimai priskiriami pagrindiniams šviesoforams (pagrindinis raudonas, pagrindinis geltonas ir pagrindinis žalias) ir šoniniams šviesoforams (šoninis raudonas, šoninis geltonas ir šonas žalias).

ASM bloko konfigūracija parodyta 5 paveiksle ir 6 paveiksle. 5 paveiksle parodytos būsenos atitinka apibrėžtas pirmas, antras, trečias, ketvirtas, penktas ir šeštas būsenas, parodytas 3 paveiksle. ASM išvesties RAM konfigūracija blokas parodytas 6 paveiksle.

Laikmačiai TL, TS ir TT įgyvendinami naudojant atitinkamai skaitiklius/uždelsimo blokus CNT1/DLY1, CNT2/DLY2 ir CNT3/DLY3. Visi šie trys blokai yra sukonfigūruoti atidėjimo režimu su kylančio krašto aptikimu. Kaip parodyta 3 paveiksle, pirmoji ir ketvirtoji būsenos sukelia TL, antroji ir penktoji - TS, o trečioji ir šeštoji - TT, naudodamos kombinatorinę logiką. Kai įjungiami delsos laikmačiai, jų išėjimai lieka 0, kol sukonfigūruotas delsos laikas baigiasi. Tokiu būdu TL, TS ir TT

signalai gaunami tiesiogiai iš CNT1/DLY1, CNT2/DLY2 ir CNT3/DLY3 blokų išėjimų. TS “yra tiesiogiai tiekiamas į antrosios ir penktosios būsenos perėjimo įvestį, o TT“- į trečiosios ir šeštosios būsenos perėjimo įvestis. Kita vertus, TL perduodamas kombinatoriniams loginiams blokams (LUT), duodantiems signalus TL 'Vs ir TL'+ VS ', kurie atitinkamai tiekiami į pirmosios ir ketvirtosios būsenos pereinamuosius įėjimus. Tai užbaigia FSM diegimą naudojant „GreenPAK“dizainerį.

4 žingsnis: Rezultatai

Bandymo tikslais dizainas imituojamas „GreenPAK Universal Development Board“, naudojant SLG46537. Šviesoforo signalai (prilyginami skaitmeniniams išvesties kaiščiams 5, 6, 7, 14, 15 ir 16) naudojami suaktyvinti šviesos diodus, kurie jau yra „GreenPAK“plėtros valdyboje, ir vizualiai stebėti MFV elgesį. Norėdami visiškai ištirti sukurtos schemos dinaminį elgesį, sąsajai su SLG46537 naudojome „Arduino UNO“plokštę. „Arduino“plokštė pateikia transporto priemonės aptikimo jutiklio įvesties ir sistemos atstatymo signalus pagal schemą, kol ji gauna šviesoforo signalus iš sistemos. „Arduino“plokštė naudojama kaip daugelio kanalų loginis analizatorius, skirtas įrašyti ir grafiškai parodyti sistemos veikimą laiku. Sukuriami ir išbandomi du scenarijai, atspindintys bendrą sistemos elgesį. 7 paveiksle pavaizduotas pirmasis schemos scenarijus, kai kai kurios transporto priemonės visada yra šalutinėje gatvėje. Kai patvirtinamas atstatymo signalas, sistema paleidžiama pirmoje būsenoje, kai įjungiami tik pagrindiniai žalieji ir šoniniai raudoni signalai, o visi kiti signalai yra išjungti. Kadangi šoninė transporto priemonė visada yra, kitas perėjimas į antrąją būseną įvyksta po 25 sekundžių, įjungiant pagrindinius geltonus ir šoninius raudonus signalus. Po keturių sekundžių ASM pereina į trečiąją būseną, kur pagrindiniai raudoni ir šoniniai raudoni signalai lieka įjungti 1 sekundę. Tada sistema pereina į ketvirtą būseną, kai įjungti pagrindiniai raudoni ir šoniniai žali signalai. Kadangi šoninės transporto priemonės visada yra, kitas perėjimas įvyksta po 25 sekundžių, perkeliant ASM į penktąją būseną. Perėjimas iš penktos į šeštą būseną įvyksta po 4 sekundžių, kai baigiasi TS. Sistema lieka šeštoje būsenoje 1 sekundę, kol ASM vėl sugrąžina pirmąją būseną.

8 paveiksle parodyta schemos elgsena pagal antrąjį scenarijų, kai prie eismo signalo yra keletas šoninių transporto priemonių. Nustatyta, kad sistemos veikimas veikia taip, kaip numatyta. Sistema paleidžiama pirmoje būsenoje, kai įjungiami tik pagrindiniai žalieji ir šoniniai raudoni signalai, o visi kiti signalai turi būti išjungti po 25 sekundžių, o po to eina kitas perėjimas, nes yra šoninė transporto priemonė. Pagrindiniai geltoni ir šoniniai raudoni signalai įjungiami antroje būsenoje. Po 4 sekundžių ASM pereina į trečiąją būseną, kai įjungti pagrindiniai raudoni ir šoniniai raudoni signalai. Sistema lieka trečioje būsenoje 1 sekundę, o tada pereina į ketvirtą būseną, įjungdama raudoną ir šoną žaliai. Kai tik transporto priemonės jutiklio įvestis sumažėja (kai pravažiuoja visos šoninės transporto priemonės), sistema pereina į penktąją būseną, kai įjungta pagrindinė raudona ir šoninė geltona. Keturias sekundes išbuvusi penktoje būsenoje, sistema pereina į šeštąją būseną, raudoną ir pagrindinius, ir šoninius signalus. Šie signalai lieka raudoni 1 sekundę, kol ASM vėl pereina į pirmąją būseną. Tikrieji scenarijai būtų pagrįsti šių dviejų aprašytų scenarijų deriniu, kurie, kaip nustatyta, veikia tinkamai.

Šioje programoje atkreipkite dėmesį į eismo reguliuotoją, galintį valdyti eismą, einantį per judrios pagrindinės gatvės ir mažai naudojamos šalutinės gatvės sankryžą, įdiegta naudojant „Dialog GreenPAK SLG46537“. Schema pagrįsta ASM, kuri užtikrina, kad būtų laikomasi eismo signalų sekos reikalavimų. Dizaino elgesį patikrino keli šviesos diodai ir „Arduino UNO“mikrovaldiklis. Rezultatai patvirtino, kad projektavimo tikslai buvo pasiekti. Pagrindinis „Dialog“produkto naudojimo pranašumas yra tai, kad norint sukurti tą pačią sistemą nereikia atskirų elektroninių komponentų ir mikrovaldiklio. Esamą dizainą galima išplėsti pridedant įvesties signalą iš mygtuko, skirto praeiti pėstiesiems, norintiems kirsti judrią gatvę. Signalas gali būti perduotas ARBA vartams kartu su signalu iš šoninio transporto priemonės įvesties jutiklio, kad būtų suaktyvintas pirmasis būsenos pasikeitimas. Tačiau, siekiant užtikrinti pėsčiųjų saugumą, dabar yra papildomas reikalavimas - tam tikras minimalus laikas, praleidžiamas ketvirtoje būsenoje. Tai galima lengvai padaryti naudojant kitą laikmačio bloką. Žalias ir raudonas signalai, esantys šalutinės gatvės eismo signale, dabar taip pat gali būti nukreipti į šalutinėje gatvėje esančius šoninius pėsčiųjų signalus.