Traffic Signal Controller: 4 na Hakbang

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:11

Mayroong madalas na mga sitwasyon kung saan kinakailangan ang mga kakayahang umangkop na mga pagkakasunud-sunod ng signal ng trapiko para sa koordinasyon ng trapiko sa pamamagitan ng intersection ng isang abalang kalye at isang gaanong ginamit na kalye sa gilid. Sa mga ganitong sitwasyon, maaaring makontrol ang mga pagkakasunud-sunod gamit ang iba't ibang mga timer at isang senyas ng pagtuklas ng trapiko mula sa gilid na kalye. Ang mga kinakailangang ito ay maaaring matugunan sa pamamagitan ng maginoo na pamamaraan hal. gamit ang mga bloke ng gusali mula sa mga discrete electronic na sangkap o microcontrollers. Gayunpaman, ang konsepto ng maaaring i-configure na halo-halong signal integrated circuit (CMIC) ay nagbibigay ng isang kaakit-akit na kahalili na isinasaalang-alang ang kakayahang umangkop sa disenyo, mababang gastos, oras ng pag-unlad, at kaginhawaan. Maraming mga rehiyon at bansa ang umuusad sa mas kumplikadong mga grids na maaaring tumanggap ng isang mas malaking bilang ng mga variable upang makontrol ang mga ilaw ng trapiko. Gayunpaman, maraming mga ilaw sa trapiko ay gumagamit pa rin ng nakapirming kontrol sa oras, tulad ng mga electro-mechanical signal Controller. Ang layunin ng tala ng application na ito ay upang ipakita kung paano ang isang tao ay maaaring gumamit ng isang Asynchronous State Machine (ASM) ng GreenPAK upang makabuo ng isang pinasimple na signal signal traffic upang mapalitan ang isang nakapirming oras na controller. Kinokontrol ng signal ng trapiko ang trapiko na dumadaan sa intersection ng isang abalang pangunahing kalye at isang gaanong ginamit na kalye sa gilid. Makokontrol ng controller ang pagkakasunud-sunod ng dalawang signal ng trapiko, na naka-install sa pangunahing kalye at kalye. Ang isang senyas ng sensor, na nakita ang pagkakaroon ng trapiko sa kalye sa gilid, ay pinakain sa tagakontrol na, kasabay ng dalawang timer, ay makokontrol ang pagkakasunud-sunod ng mga signal ng trapiko. Ang isang finite state machine (FSM) scheme ay binuo na tinitiyak ang mga kinakailangan ng pagkakasunud-sunod ng mga signal signal ay natutugunan. Ang lohika ng controller ay ipinatupad gamit ang isang dayalogo GreenPAK ™ SLG46537 maisasaayos na halo-halong signal IC.

Sa ibaba inilarawan namin ang mga kinakailangang hakbang na maunawaan kung paano naka-program ang chip ng GreenPAK upang likhain ang Traffic Signal Controller. Gayunpaman, kung nais mo lamang makuha ang resulta ng pag-program, mag-download ng GreenPAK software upang matingnan ang natapos na GreenPAK Design File. I-plug ang GreenPAK Development Kit sa iyong computer at pindutin ang programa upang likhain ang pasadyang IC para sa Traffic Signal Controller.

Hakbang 1: Mga Kinakailangan

Isaalang-alang ang isang pangyayari sa trapiko na may mga kinakailangan sa oras ng mga signal ng trapiko mula sa pangunahing at gilid na kalye, tulad ng ipinakita sa Larawan 1. Ang system ay may anim na estado, at lilipat mula sa isang estado patungo sa isa pa depende sa ilang mga paunang natukoy na kundisyon. Ang mga kundisyong ito ay batay sa tatlong mga timer; isang mahabang timer TL = 25 s, isang maikling timer TS = 4 s at isang pansamantalang timer na Tt = 1 s. Bilang karagdagan, kinakailangan ang digital na input mula sa sensor ng detection ng trapiko sa gilid. Ang isang masusing paglalarawan ng bawat isa sa anim na estado ng estado at ang mga signal ng kontrol sa paglipat ng estado ay ibinibigay sa ibaba: Sa unang estado, ang pangunahing signal ay berde habang pula ang signal ng gilid. Mananatili ang system sa estado na ito hanggang sa mag-expire ang mahabang timer (TL = 25 s) o hangga't walang sasakyan sa gilid na kalye. Kung ang isang sasakyan ay naroroon sa gilid na kalye pagkatapos ng pag-expire ng mahabang timer, ang system ay sasailalim sa isang pagbabago ng estado na lumilipat sa pangalawang estado. Sa pangalawang estado, ang pangunahing signal ay nagiging dilaw habang ang signal ng gilid ay mananatiling pula para sa tagal ng maikling timer (TS = 4 s). Pagkatapos ng 4 segundo ang system ay lumipat sa pangatlong estado. Sa pangatlong estado, ang pangunahing signal ay nagbabago sa pula at ang gilid na signal ay mananatiling pula para sa tagal ng pansamantala timer (Tt = 1 s). Pagkatapos ng 1 segundo, ang system ay lumilipat sa ika-apat na estado. Sa panahon ng ika-apat na estado ang pangunahing signal ay pula habang ang signal ng gilid ay nagiging berde. Ang system ay mananatili sa estado na ito hanggang sa mag-expire ng mahabang timer (TL = 25 s) at mayroong ilang mga sasakyan na naroroon sa gilid ng kalye. Sa sandaling mag-expire ang mahabang timer, o walang sasakyan sa kalye ng gilid, ang system ay lilipat sa ikalimang estado. Sa panahon ng ikalimang estado ang pangunahing signal ay pula habang ang signal ng gilid ay dilaw para sa tagal ng maikling timer (TS = 4 s). Pagkatapos ng 4 segundo ang system ay lilipat sa pang-anim na estado. Sa pang-anim at huling estado ng system, kapwa ang mga pangunahing at gilid na signal ay pula para sa panahon ng pansamantalang timer (Tt = 1 s). Pagkatapos nito, ang system ay babalik sa unang estado at magsisimulang muli. Ang pangatlo at pang-anim na estado ay nagbibigay ng isang estado ng buffer kung saan ang parehong (pangunahing at gilid) signal mananatiling pula para sa isang maikling panahon sa panahon ng pagbabago. Ang Estado 3 at 6 ay magkatulad at maaaring mukhang kalabisan, subalit pinapayagan nitong maging simple ang pagpapatupad ng iminungkahing pamamaraan.

Hakbang 2: Scheme ng Pagpapatupad

Ang isang kumpletong diagram ng block ng system ay ipinapakita sa Larawan 2. Ang figure na ito ay naglalarawan ng pangkalahatang istraktura, pagpapaandar ng system, at nakalista ang lahat ng kinakailangang mga input at output. Ang iminungkahing tagapagpahiwatig ng signal signal ng trapiko ay binuo sa paligid ng konsepto ng finite state machine (FSM). Ang mga kinakailangan sa oras na inilarawan sa itaas ay isinalin sa isang anim na estado na FSM na nakalarawan sa Larawan 3.

Ang mga variable ng pagbabago ng estado na ipinakita sa itaas ay: Vs - Ang isang sasakyan ay naroroon sa gilid ng kalye

TL - Ang 25 s timer (long timer) ay nasa

TS - Ang 4 s timer (maikling timer) ay nasa

Tt - Ang 1 s timer (pansamantala timer) ay nasa

Ang Dialog GreenPAK CMIC SLG46537 ay napili para sa pagpapatupad ng FSM. Pinapayagan ng lubos na maraming nalalaman na aparato ang isang iba't ibang mga function na halo-halong signal na idinisenyo sa loob ng napakaliit, mababang lakas na solong integrated circuit. Bukod dito, naglalaman ang IC ng isang ASM macrocell na dinisenyo upang payagan ang gumagamit na lumikha ng mga machine ng estado na may hanggang sa 8 mga estado. Ang gumagamit ay may kakayahang umangkop upang tukuyin ang bilang ng mga estado, mga paglipat ng estado, at mga input signal na magsasanhi ng mga paglipat mula sa isang estado patungo sa isa pang estado.

Hakbang 3: Pagpapatupad Gamit ang GreenPAK

Ang FSM na binuo para sa pagpapatakbo ng traffic controller ay ipinatupad gamit ang SLG46537 GreenPAK. Sa GreenPak Designer ang pamamaraan ay ipinatupad tulad ng ipinakita sa Larawan 4.

Ang PIN3 at PIN4 ay naka-configure bilang mga digital input pin; Ang PIN3 ay konektado sa gilid ng input ng vehikulo ng kalye at ang PIN4 ay ginagamit para sa pag-reset ng system. Ang mga PIN 5, 6, 7, 14, 15 at 16 ay na-configure bilang mga output pin. Ang mga PIN 5, 6 at 7 ay ipinapasa sa pula, dilaw at berdeng ilaw na mga driver ng gilid ng signal ayon sa pagkakabanggit. Ang mga PIN 14, 15 at 16 ay ipinapasa sa mga pangunahing driver na berde, dilaw at pula-ilaw na mga driver ayon sa pagkakabanggit. Nakumpleto nito ang pagsasaayos ng I / O ng pamamaraan. Sa gitna ng eskematiko ay nakasalalay ang bloke ng ASM. Ang mga pag-input ng ASM block, na kinokontrol ang mga pagbabago sa estado, ay nakuha mula sa kombinatorial na lohika na gumagamit ng tatlong mga counter / delay block (TS, TL at TT) at ang pag-input mula sa sensor ng gilid ng sasakyan. Ang kombinasyon ng lohika ay karagdagang kwalipikado gamit ang impormasyon ng estado na pinakain pabalik sa LUTs. Ang impormasyon ng estado ng una, pangalawa, pang-apat at ikalimang estado ay nakuha gamit ang mga kombinasyon ng B0 at B1 na output ng ASM block. Ang mga kombinasyon ng B0 at B1 na tumutugma sa una, pangalawa, pang-apat at ikalimang estado ay (B0 = 0, B1 = 0), (B0 = 1, B1 = 0), (B0 = 1, B1 = 1) at (B0 = 0, B1 = 1) ayon sa pagkakabanggit. Ang impormasyon ng estado ng ika-3 at ika-6 na estado ay nakuha nang direkta na paglalapat ng AT operator sa pangunahing pula at gilid na pulang signal. Ang pagpapakain sa mga estadong ito ng impormasyon sa kombinasyon ng lohika ay nagsisiguro na ang mga nauugnay na timer lamang ang nati-trigger. Ang iba pang mga output ng ASM block ay nakatalaga sa pangunahing mga ilaw ng trapiko (pangunahing pula, pangunahing dilaw, at pangunahing berde) at mga ilaw sa trapiko sa gilid (pulang gilid, dilaw sa gilid, at berdeng gilid).

Ang pagsasaayos ng bloke ng ASM ay ipinapakita sa Larawan 5 at Larawan 6. Ang mga estado na ipinakita sa Larawan 5, tumutugma sa tinukoy na una, pangalawa, pangatlo, pang-apat, ikalima at pang-anim na estado na ipinakita sa Larawan 3. Ang output RAM pagsasaayos ng ASM ang block ay ipinapakita sa Larawan 6.

Ang mga timer na TL, TS at TT ay ipinatupad gamit ang counter / delay blocks CNT1 / DLY1, CNT2 / DLY2at CNT3 / DLY3 ayon sa pagkakabanggit. Ang lahat ng tatlong mga bloke na ito ay naka-configure sa mode na pagkaantala na may tumataas na pagtuklas ng gilid. Tulad ng ipinakita sa Larawan 3, ang una at pang-apat na estado ay nagpapalitaw ng TL, ang pangalawa at ikalimang estado ay nagpapalitaw ng TS, at ang pangatlo at ikaanim na estado ay nagpapalitaw ng TT gamit ang kombinatorial na lohika. Habang nagti-trigger ang mga timer ng pagkaantala, mananatiling 0 ang kanilang mga output hanggang sa makumpleto ng na-configure na pagkaantala ang tagal nito. Sa ganitong paraan ang TL ', TS' at TT '

ang mga signal ay direktang nakuha mula sa mga output ng CNT1 / DLY1, CNT2 / DLY2 at CNT3 / DLY3 blocks. Ang TS 'ay direktang pinakain sa pangalawa at ikalimang estado ng paglipat ng input habang ang TT' ay naipasa sa pangatlo at pang-anim na paglalagay ng paglipat. Ang TL naman Nakumpleto nito ang pagpapatupad ng FSM gamit ang taga-disenyo ng GreenPAK.

Hakbang 4: Mga Resulta

Para sa mga layunin sa pagsubok, ang disenyo ay ginaya sa GreenPAK Universal Development Board gamit ang SLG46537. Ang mga signal ng ilaw ng trapiko (equated sa digital output pin 5, 6, 7, 14, 15 at 16) ay ginagamit upang buhayin ang mga LED na magagamit na sa GreenPAK Development Board upang biswal na obserbahan ang pag-uugali ng FSM. Upang lubos na maimbestigahan ang pabago-bagong pag-uugali ng nabuong pamamaraan, gumamit kami ng isang Arduino UNO board upang makipag-ugnay sa SLG46537. Ang board ng Arduino ay nagbibigay ng input ng sensor ng detection ng sasakyan at mga signal ng pag-reset ng system sa pamamaraan habang nakakakuha ito ng mga signal ng ilaw ng trapiko mula sa system. Ang Arduino board ay ginagamit bilang isang multi-channel logic analyzer upang maitala at maipakita nang graphic ang pansamantalang paggana ng system. Dalawang mga sitwasyon na nakakakuha ng pangkalahatang pag-uugali ng system ay binuo at nasubok. Ipinapakita ng Larawan 7 ang unang senaryo ng pamamaraan kung ang ilang mga sasakyan ay palaging naroroon sa gilid ng kalye. Kapag na-assert ang reset signal ang system ay nagsisimula sa unang estado na may lamang pangunahing berde at gilid na mga pulang signal at naka-off ang lahat ng iba pang mga signal. Dahil ang sasakyan sa gilid ay palaging naroroon sa susunod na paglipat sa pangalawang estado ay sumusunod sa 25 segundo mamaya ang pag-on ng pangunahing dilaw at gilid na pulang mga signal. Apat na segundo mamaya ang ASM ay pumasok sa pangatlong estado kung saan ang pangunahing pula at gilid na pulang signal ay mananatili sa loob ng 1 segundo. Ang sistema ay pumasok sa pang-apat na estado na may pangunahing pula at gilid na berdeng mga signal na nakabukas. Dahil ang mga sasakyang pang-gilid ay laging naroroon, ang susunod na paglipat ay magaganap 25 segundo mamaya paglipat ng ASM sa ikalimang estado. Ang paglipat mula sa ikalima hanggang ikaanim na estado ay nangyayari pagkalipas ng 4 segundo habang nag-expire ang TS. Ang system ay mananatili sa ika-anim na estado para sa tagal ng 1 segundo bago muling ipasok ng ASM ang unang estado.

Ipinapakita ng Larawan 8 ang pag-uugali ng pamamaraan sa pangalawang senaryo, kung ang ilang mga sasakyan sa gilid ay nagpapakita ng signal ng trapiko. Ang pag-uugali ng system ay natagpuan na gumagana tulad ng dinisenyo. Nagsisimula ang system sa unang estado na may lamang pangunahing berde at gilid na pulang mga signal na naka-on at lahat ng iba pang mga signal na off 25 segundo mamaya ang susunod na paglipat ay sumusunod dahil mayroong isang bahagi ng sasakyan na naroroon. Ang pangunahing dilaw at gilid na pulang mga signal ay naka-on sa pangalawang estado. Pagkatapos ng 4 na segundo, ang ASM ay pumapasok sa pangatlong estado na may pangunahing pula at gilid na pulang signal na nakabukas. Ang sistema ay mananatili sa pangatlong estado para sa 1 segundo at pagkatapos ay lumipat sa ika-apat na estado na pinapanatili ang pangunahing pula at gilid na berde. Sa sandaling ang input ng sensor ng sasakyan ay bumaba (kapag ang lahat ng mga gilid na sasakyan ay lumipas), ang system ay pumapasok sa pang-limang estado kung saan nakalagay ang pangunahing pula at gilid na dilaw. Matapos manatili sa pang-limang estado sa loob ng apat na segundo ang sistema ay lumilipat sa ikaanim na estado na nagiging pula ang parehong pangunahing at panig na mga signal. Ang mga signal na ito ay mananatiling pula sa 1 segundo bago muling pumasok ang ASM sa unang estado. Ang mga aktwal na sitwasyon ay batay sa isang kombinasyon ng dalawang inilarawang mga senaryo na napatunayang gumagana nang tama.

Konklusyon Sa app na ito tandaan ang isang traffic controller na maaaring pamahalaan ang trapiko na dumadaan sa intersection ng isang abalang pangunahing kalye at isang gaanong ginamit na kalye sa gilid ay ipinatupad gamit ang isang Dialog GreenPAK SLG46537. Ang pamamaraan ay batay sa isang ASM na nagsisiguro na natutugunan ang mga kinakailangan sa pagkakasunud-sunod ng mga signal ng trapiko. Ang pag-uugali ng disenyo ay na-verify ng maraming mga LED at isang Arduino UNO microcontroller. Ang mga resulta ay napatunayan na ang mga layunin sa disenyo ay natutugunan. Ang pangunahing bentahe ng paggamit ng produktong Dialog ay upang maibawas ang pangangailangan ng mga discrete electronic na bahagi at microcontroller upang maitayo ang parehong system. Ang umiiral na disenyo ay maaaring mapalawak sa pamamagitan ng pagdaragdag ng isang senyas ng pag-input mula sa isang pindutan ng itulak para sa daanan ng naglalakad na naghahanap upang tumawid sa abalang kalye. Ang signal ay maaaring maipasa sa isang OR gate kasama ang signal mula sa sensor ng input ng gilid ng sasakyan upang ma-trigger ang unang pagbabago ng estado. Gayunpaman, upang matiyak ang kaligtasan ng naglalakad ngayon mayroong isang karagdagang kinakailangan ng kaunting minimum na oras na gugugol sa ika-apat na estado. Madali itong magagawa gamit ang isa pang timer block. Ang mga berde at pula na signal sa gilid ng signal ng trapiko sa kalye ay maaari na ring pakainin sa mga signal ng pedestrian sa gilid sa gilid ng kalye.