Контролер за пътни сигнали: 4 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:50

Често съществуват сценарии, при които са необходими гъвкави последователности от пътни сигнали за координиране на трафика през кръстовището на оживена улица и леко използвана странична улица. В такива ситуации последователностите могат да бъдат контролирани с помощта на различни таймери и сигнал за откриване на трафик от страничната улица. Тези изисквания могат да бъдат изпълнени чрез конвенционални методи, напр. използване на градивни елементи от дискретни електронни компоненти или микроконтролери. Концепцията за конфигурируеми интегрирани схеми със смесен сигнал (CMIC) предлага атрактивна алтернатива, като се има предвид гъвкавостта на дизайна, ниската цена, времето за разработка и удобството. Много региони и държави преминават към по -сложни мрежи, които могат да приемат по -голям брой променливи за управление на светофарите. Въпреки това, много светофари все още използват фиксиран контрол на времето, като електромеханични контролери на сигнали. Целта на тази бележка за приложението е да покаже как може да се използва асинхронна машина на състоянието (ASM) на GreenPAK за разработване на опростен контролер за трафик сигнали, който да замени контролер с фиксирано време. Този светофар регулира движението, преминаващо през кръстовището на оживена главна улица и леко използвана странична улица. Контролерът ще контролира последователността на два сигнала за движение, които са инсталирани на главната и страничната улица. Сигнал от сензор, откриващ наличието на трафик по страничната улица, се подава към контролера, който, заедно с два таймера, ще контролира последователността на сигналите за движение. Разработена е схема с конечно състояние (FSM), която гарантира, че изискванията на последователността от пътни сигнали са изпълнени. Логиката на контролера е реализирана с помощта на диалогов IC с интегриран смесен сигнал GreenPAK ™ SLG46537.

По -долу описахме необходимите стъпки, за да разберете как чипът GreenPAK е програмиран за създаване на контролер за трафик сигнали. Ако обаче просто искате да получите резултат от програмирането, изтеглете софтуера GreenPAK, за да видите вече завършения файл за проектиране GreenPAK. Включете комплекта за разработка на GreenPAK към вашия компютър и натиснете програма, за да създадете персонализирана интегрална схема за контролера за трафик сигнали.

Стъпка 1: Изисквания

Помислете за сценарий за трафик с изискванията за време на пътните сигнали от главната и страничната улица, както е показано на фигура 1. Системата има шест състояния и ще се движи от едно състояние в друго в зависимост от определени предварително определени условия. Тези условия се основават на три таймера; дълъг таймер TL = 25 s, кратък таймер TS = 4 s и преходен таймер Tt = 1 s. Освен това е необходим цифровият вход от сензора за откриване на страничен трафик. Подробно описание на всяко от шестте състояния на системата и сигналите за контрол на прехода на състоянието е дадено по -долу: В първото състояние основният сигнал е зелен, докато страничният сигнал е червен. Системата ще остане в това състояние до изтичане на дългия таймер (TL = 25 s) или докато няма превозното средство на страничната улица. Ако превозно средство присъства на страничната улица след изтичане на продължителния таймер, системата ще претърпи промяна в състоянието, преминавайки към второто състояние. Във второто състояние основният сигнал става жълт, докато страничният сигнал остава червен по време на краткия таймер (TS = 4 s). След 4 секунди системата преминава в трето състояние. В третото състояние основният сигнал се променя в червено, а страничният сигнал остава в червено за времето на преходния таймер (Tt = 1 s). След 1 секунда системата преминава в четвърто състояние. По време на четвъртото състояние основният сигнал е червен, докато страничният сигнал става зелен. Системата ще остане в това състояние до изтичане на дългия таймер (TL = 25 s) и има някои превозни средства, присъстващи на страничната улица. Веднага щом изтече дългият таймер или няма превозно средство на страничната улица, системата ще премине в пето състояние. По време на петото състояние основният сигнал е червен, докато страничният сигнал е жълт за продължителността на късия таймер (TS = 4 s). След 4 секунди системата ще премине в шесто състояние. В шестото и последното състояние на системата, както основният, така и страничните сигнали са червени за периода на преходния таймер (Tt = 1 s). След това системата се връща към първото състояние и стартира отново. Третото и шестото състояние осигуряват буферно състояние, при което и двата (основен и страничен) сигнали остават червени за кратък период от време по време на смяната. Състояния 3 и 6 са сходни и може да изглеждат излишни, но това позволява прилагането на предложената схема да бъде просто.

Стъпка 2: Схема за изпълнение

Пълна блокова диаграма на системата е показана на фигура 2. Тази фигура илюстрира цялостната структура, функция на системата и изброява всички необходими входове и изходи. Предложеният контролер за трафик сигнали е изграден около концепцията за крайно състояние машина (FSM). Описаните по -горе изисквания за време са преведени в шест състояние FSM, както е показано на фигура 3.

Показаните по-горе променливи за промяна на състоянието са: Vs-Превозното средство се намира на страничната улица

TL - Таймерът за 25 s (дълъг таймер) е включен

TS - Таймерът за 4 секунди (кратък таймер) е включен

Tt - Таймерът за 1 s (преходен таймер) е включен

Dialog GreenPAK CMIC SLG46537 е избран за внедряване на FSM. Това изключително универсално устройство позволява да се проектират голямо разнообразие от функции със смесен сигнал в рамките на много малка единична интегрална схема с ниска мощност. Освен това, IC съдържа макроклетка ASM, предназначена да позволява на потребителя да създава машини за състояния с до 8 състояния. Потребителят има гъвкавостта да дефинира броя състояния, преходите на състоянията и входните сигнали, които ще предизвикат преходи от едно състояние в друго.

Стъпка 3: Внедряване с помощта на GreenPAK

FSM, разработен за работата на контролера на трафика, е реализиран с помощта на SLG46537 GreenPAK. В GreenPak Designer схемата е изпълнена, както е показано на фигура 4.

PIN3 и PIN4 са конфигурирани като изводи за цифров вход; PIN3 е свързан към входа на сензора за превозното средство в страничната улица и PIN4 се използва за нулиране на системата. ПИН кодовете 5, 6, 7, 14, 15 и 16 са конфигурирани като изходни щифтове. ПИН кодове 5, 6 и 7 се предават съответно на червения, жълтия и зеления светодиод на страничния сигнал. ПИН кодове 14, 15 и 16 се предават съответно на зелените, жълтите и червените светлини на главния сигнал. Това завършва I/O конфигурацията на схемата. В основата на схемата лежи блокът ASM. Входовете на блока ASM, които регулират промените в състоянието, се получават от комбинативна логика с помощта на три брояча/забавящи блока (TS, TL и TT) и входа от сензора на страничния автомобил. Комбинаторната логика е допълнително квалифицирана, като се използва информацията за състоянието, връщана обратно на LUT. Информацията за състоянието на първо, второ, четвърто и пето състояние се получава с помощта на комбинации от изходи B0 и B1 на ASM блока. Комбинациите от B0 и B1, съответстващи на първото, второто, четвъртото и петото състояние са (B0 = 0, B1 = 0), (B0 = 1, B1 = 0), (B0 = 1, B1 = 1) и (B0 = 0, B1 = 1) съответно. Информацията за състоянията на 3 -то и 6 -то състояние се получава директно чрез прилагане на оператора AND към основните червени и странични червени сигнали. Подаването на информация за тези състояния към комбинаторната логика гарантира, че се задействат само съответните таймери. Други изходи на блока ASM са назначени към главните светофари (основно червено, основно жълто и основно зелено) и странични светофари (странично червено, странично жълто и странично зелено).

Конфигурацията на ASM блока е показана на Фигура 5 и Фигура 6. Състоянията, показани на Фигура 5, съответстват на дефинираните първо, второ, трето, четвърто, пето и шесто състояние, показани на Фигура 3. Конфигурацията на изходната RAM на ASM блокът е показан на фигура 6.

Таймерите TL, TS и TT се реализират с помощта на блокове за брояч/забавяне CNT1/DLY1, CNT2/DLY2 и CNT3/DLY3 съответно. Всички тези три блока са конфигурирани в режим на забавяне с откриване на нарастващ ръб. Както е показано на фигура 3, първото и четвъртото състояние задействат TL, второто и петото състояние задействат TS, а третото и шестото състояние задействат TT, използвайки комбинативна логика. Тъй като таймерите за закъснение се задействат, техните изходи остават 0, докато конфигурираното забавяне не завърши своята продължителност. По този начин TL ', TS' и TT '

сигналите се получават директно от изходите на блокове CNT1/DLY1, CNT2/DLY2 и CNT3/DLY3. TS 'се подава директно към преходния вход за второ и пето състояние, докато TT' се предава към преходни входове за трето и шесто състояние. TL, от друга страна, се предава на комбинаторни логически блокове (LUT), даващи сигнали TL’Vs и TL’+ VS’, които се подават съответно към преходните входове на първото и четвъртото състояние. Това завършва внедряването на FSM с помощта на дизайнера GreenPAK.

Стъпка 4: Резултати

За целите на тестването дизайнът се емулира на GreenPAK Universal Development Board, използвайки SLG46537. Сигналите на светофарите (приравнени на цифрови изходни щифтове 5, 6, 7, 14, 15 и 16) се използват за активиране на светодиодите, които вече са налични на борда за развитие на GreenPAK за визуално наблюдение на поведението на FSM. За да изследваме изцяло динамичното поведение на разработената схема, използвахме Arduino UNO платка за взаимодействие с SLG46537. Платката Arduino предоставя на схемата входни сигнали за сензора за откриване на превозно средство и нулиране на системата, докато получава сигналите на светофара от системата. Платката Arduino се използва като многоканален логически анализатор за запис и графично показване на временното функциониране на системата. Разработени и тествани са два сценария, които улавят общото поведение на системата. Фигура 7 показва първия сценарий на схемата, когато някои превозни средства винаги присъстват на страничната улица. Когато се потвърди сигналът за нулиране, системата стартира в първо състояние с включени само основни зелени и странични червени сигнали и всички останали сигнали са изключени. Тъй като страничното превозно средство винаги присъства, следващият преход във второ състояние следва 25 секунди по -късно, като се включат основните жълти и странични червени сигнали. Четири секунди по -късно ASM влиза в третото състояние, където основните червени и страничните червени сигнали остават включени за 1 секунда. След това системата влиза в четвърто състояние с включени основни червени и странични зелени сигнали. Тъй като страничните превозни средства винаги присъстват, следващият преход се извършва 25 секунди по -късно, премествайки ASM в пето състояние. Преходът от пето към шесто състояние се случва 4 секунди по -късно с изтичането на TS. Системата остава в шесто състояние за продължителност от 1 секунда, преди ASM отново да влезе в първото състояние.

Фигура 8 показва поведението на схемата във втория сценарий, когато няколко странични превозни средства присъстват на сигнала за движение. Установено е, че поведението на системата функционира както е проектирано. Системата стартира в първо състояние с включени само основни зелени и странични червени сигнали, а всички останали сигнали трябва да бъдат изключени 25 секунди по -късно, следва следващият преход, тъй като има страничен автомобил. Основните жълти и странични червени сигнали се включват във второто състояние. След 4 секунди ASM влиза в трето състояние с включени основни червени и странични червени сигнали. Системата остава в трето състояние за 1 секунда и след това се премества в четвърто състояние, като запазва основното червено и страничната зелена. Веднага щом входът на сензора на автомобила падне (когато всички странични превозни средства са преминали), системата влиза в петото състояние, където основното червено и страничното жълто са включени. След престояване в пето състояние в продължение на четири секунди, системата се премества в шесто състояние, превръщайки главния и страничните сигнали в червено. Тези сигнали остават червени за 1 секунда, преди ASM отново да влезе в първото състояние. Действителните сценарии ще се основават на комбинация от тези два описани сценария, за които се установи, че работят правилно.

Заключение В това приложение отбележете, че контролер за трафик, който може да управлява трафика, преминаващ през кръстовището на оживена главна улица и леко използвана странична улица, беше реализиран с помощта на Dialog GreenPAK SLG46537. Схемата се основава на ASM, който гарантира, че изискванията за последователността на пътните сигнали са изпълнени. Поведението на дизайна беше проверено от няколко светодиода и микроконтролер Arduino UNO. Резултатите потвърдиха, че целите на проекта са изпълнени. Основното предимство на използването на продукта Dialog е да се премахне необходимостта от дискретни електронни компоненти и микроконтролер за изграждане на една и съща система. Съществуващият дизайн може да бъде разширен чрез добавяне на входен сигнал от бутон за преминаване на пешеходец, който иска да пресече оживената улица. Сигналът може да бъде предаден към порта ИЛИ заедно със сигнал от входния сензор на страничния автомобил, за да задейства първата промяна на състоянието. Въпреки това, за да се гарантира безопасността на пешеходците сега, има допълнително изискване за минимално време, прекарано в четвъртото състояние. Това може лесно да се постигне с помощта на друг таймер. Зелените и червените сигнали на страничния уличен светофар вече могат да се подават и към страничните пешеходни сигнали на страничната улица.