Liikennevalo -ohjain: 4 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:00

Usein on olemassa skenaarioita, joissa joustavia liikennevalosarjoja tarvitaan liikenteen koordinoimiseksi vilkkaan kadun ja kevyesti käytetyn sivukadun risteyksessä. Tällaisissa tilanteissa jaksoja voidaan ohjata eri ajastimilla ja sivukadun liikenteen havaitsemissignaalilla. Nämä vaatimukset voidaan täyttää tavanomaisilla menetelmillä, esim. käyttämällä rakennuspalikoita erillisistä elektronisista komponenteista tai mikro -ohjaimista. Konfiguroitavien yhdistelmäsignaalien integroitujen piirien (CMIC) käsite tarjoaa kuitenkin houkuttelevan vaihtoehdon ottaen huomioon sen suunnittelun joustavuuden, alhaiset kustannukset, kehitysajan ja mukavuuden. Monet alueet ja maat ovat siirtymässä monimutkaisempiin verkkoihin, joihin mahtuu enemmän muuttujia liikennevalojen ohjaamiseen. Monet liikennevalot käyttävät kuitenkin edelleen kiinteää ajanohjausta, kuten sähkömekaanisia signaaliohjaimia. Tämän sovellushuomautuksen tarkoituksena on näyttää, kuinka GreenPAKin asynkronisen tilakoneen (ASM) avulla voidaan kehittää yksinkertaistettu liikenteenohjain, joka korvaa määräaikaisen ohjaimen. Tämä liikennemerkki säätelee liikennettä vilkkaan pääkadun ja kevyesti käytetyn sivukadun risteyksen kautta. Ohjain ohjaisi kahden liikennevalon järjestystä, jotka on asennettu pää- ja sivukadulle. Anturisignaali, joka havaitsee sivukadun liikenteen, syötetään ohjaimeen, joka yhdessä kahden ajastimen kanssa ohjaisi liikennevalojen järjestystä. Kehitetään äärellinen tilakone (FSM) -järjestelmä, joka varmistaa, että liikennesignaalien vaatimukset täyttyvät. Ohjainlogiikka toteutetaan käyttämällä GreenPAK ™ SLG46537 -konfiguroitavaa sekamuotoisen IC -valintaikkunaa.

Seuraavassa kuvataan vaiheet, jotka tarvitaan ymmärtämään, miten GreenPAK -siru on ohjelmoitu luomaan liikennesignaalin ohjain. Jos haluat vain saada ohjelmoinnin tuloksen, lataa GreenPAK -ohjelmisto nähdäksesi jo valmistuneen GreenPAK -suunnittelutiedoston. Liitä GreenPAK -kehityssarja tietokoneeseesi ja paina ohjelmaa luodaksesi mukautetun IC: n liikennesignaalin ohjaimelle.

Vaihe 1: Vaatimukset

Harkitse liikenneskenaariota, jossa on pää- ja sivukadulta tulevien liikennevalojen ajoitusvaatimukset, kuten kuvassa 1. Järjestelmässä on kuusi tilaa ja se siirtyy tilasta toiseen tiettyjen ennalta määritettyjen olosuhteiden mukaan. Nämä ehdot perustuvat kolmeen ajastimeen; pitkä ajastin TL = 25 s, lyhyt ajastin TS = 4 s ja ohimenevä ajastin Tt = 1 s. Lisäksi tarvitaan sivuliikenteen havaitsemisanturin digitaalitulo. Alla on yksityiskohtainen kuvaus kustakin kuudesta järjestelmätilasta ja tilasiirtymän ohjaussignaaleista: Ensimmäisessä tilassa pääsignaali on vihreä ja sivusignaali punainen. Järjestelmä pysyy tässä tilassa, kunnes pitkä ajastin (TL = 25 s) kuluu loppuun tai niin kauan kuin sivukadulla ei ole ajoneuvoa. Jos ajoneuvo on sivukadulla pitkän ajastimen päättymisen jälkeen, järjestelmä vaihtaa tilaan siirtymällä toiseen tilaan. Toisessa tilassa pääsignaali muuttuu keltaiseksi, kun taas sivusignaali pysyy punaisena lyhyen ajastimen ajan (TS = 4 s). 4 sekunnin kuluttua järjestelmä siirtyy kolmanteen tilaan. Kolmannessa tilassa pääsignaali muuttuu punaiseksi ja sivusignaali pysyy punaisena siirtymäajastimen ajan (Tt = 1 s). Yhden sekunnin kuluttua järjestelmä siirtyy neljänteen tilaan. Neljännen tilan aikana pääsignaali on punainen ja sivusignaali muuttuu vihreäksi. Järjestelmä pysyy tässä tilassa pitkän ajastimen (TL = 25 s) päättymiseen asti, ja sivukadulla on joitain ajoneuvoja. Heti kun pitkä ajastin on kulunut umpeen tai sivukadulla ei ole ajoneuvoa, järjestelmä siirtyy viidenteen tilaan. Viidennen tilan aikana pääsignaali on punainen ja sivusignaali keltainen lyhyen ajastimen ajan (TS = 4 s). 4 sekunnin kuluttua järjestelmä siirtyy kuudenteen tilaan. Järjestelmän kuudennessa ja viimeisessä tilassa sekä pää- että sivusignaalit ovat punaisia siirtymäajastimen ajan (Tt = 1 s). Tämän jälkeen järjestelmä palaa ensimmäiseen tilaan ja alkaa alusta. Kolmas ja kuudes tila tarjoavat puskuritilan, jossa molemmat (pää- ja sivusignaalit) pysyvät punaisina lyhyen ajan siirtymisen aikana. Tilat 3 ja 6 ovat samankaltaisia ja saattavat tuntua tarpeettomilta, mutta tämä mahdollistaa ehdotetun järjestelmän toteuttamisen yksinkertaisuuden.

Vaihe 2: Toteutusjärjestelmä

Järjestelmän täydellinen lohkokaavio on esitetty kuvassa 2. Tämä kuva havainnollistaa järjestelmän rakennetta, toimintaa ja luettelee kaikki tarvittavat tulot ja lähdöt. Ehdotettu liikenteenohjain on rakennettu äärellisen tilan koneen (FSM) ympärille. Edellä kuvatut ajoitusvaatimukset muunnetaan kuuden tilan FSM: ksi, kuten kuvassa 3 on esitetty.

Yllä esitetyt tilamuutosmuuttujat ovat: Vs-Sivukadulla on ajoneuvo

TL - 25 s ajastin (pitkä ajastin) on päällä

TS - 4 sekunnin ajastin (lyhyt ajastin) on päällä

Tt - 1 sekunnin ajastin (väliaikainen ajastin) on päällä

Dialog GreenPAK CMIC SLG46537 on valittu FSM: n toteuttamiseen. Tämä erittäin monipuolinen laite mahdollistaa monenlaisten sekoitussignaalitoimintojen suunnittelun hyvin pieneen, pienitehoiseen yksittäiseen integroituun piiriin. Lisäksi IC sisältää ASM -makrosolun, jonka avulla käyttäjä voi luoda tilakoneita, joissa on enintään 8 tilaa. Käyttäjä voi joustavasti määrittää tilojen määrän, tilasiirtymät ja tulosignaalit, jotka aiheuttavat siirtymiä tilasta toiseen.

Vaihe 3: Toteutus GreenPAKin avulla

Liikenteenohjaimen toimintaa varten kehitetty FSM toteutetaan SLG46537 GreenPAK: n avulla. GreenPak Designerissa järjestelmä toteutetaan kuvan 4 mukaisesti.

PIN3 ja PIN4 on määritetty digitaalitulonappeiksi; PIN3 on kytketty sivukadun ajoneuvotunnistimen tuloon ja PIN4 -koodia käytetään järjestelmän nollaamiseen. PIN -koodit 5, 6, 7, 14, 15 ja 16 on määritetty ulostulonappeiksi. PIN -koodit 5, 6 ja 7 välitetään sivusignaalin punaisen, keltaisen ja vihreän valon ohjaimille. PIN-koodit 14, 15 ja 16 välitetään pääsignaalin vihreän, keltaisen ja punaisen valon ohjaimille. Tämä täydentää järjestelmän I/O -määrityksen. Kaavion ytimessä on ASM -lohko. ASM -lohkon tulot, jotka säätelevät tilan muutoksia, saadaan yhdistelmälogiikasta käyttämällä kolmea laskuri/viive -lohkoa (TS, TL ja TT) ja tuloa ajoneuvon sivutunnistimesta. Yhdistelmälogiikkaa täydennetään edelleen käyttämällä LUT: ille palautettuja tilatietoja. Ensimmäisen, toisen, neljännen ja viidennen tilan tilatiedot saadaan käyttämällä ASM -lohkon B0- ja B1 -lähtöjen yhdistelmiä. Ensimmäisen, toisen, neljännen ja viidennen tilan vastaavat yhdistelmät B0 ja B1 ovat (B0 = 0, B1 = 0), (B0 = 1, B1 = 0), (B0 = 1, B1 = 1) ja (B0 = 0, B1 = 1). Kolmannen ja kuudennen tilan tilatiedot saadaan suoraan käyttämällä AND -operaattoria punaisiin ja sivupunaisiin pääsignaaleihin. Näiden tilojen tietojen syöttäminen yhdistelmälogiikkaan varmistaa, että vain asiaankuuluvat ajastimet käynnistyvät. ASM -lohkon muut lähdöt on liitetty pääliikennevaloihin (pääpunainen, pääkeltainen ja päävihreä) ja sivuliikennevaloihin (sivu punainen, sivu keltainen ja sivu vihreä).

ASM -lohkon kokoonpano on esitetty kuviossa 5 ja kuviossa 6. Kuvassa 5 esitetyt tilat vastaavat kuvassa 3 esitettyjä määritettyjä ensimmäisiä, toisia, kolmanteita, neljännen, viidennen ja kuudennen tilan. lohko on esitetty kuvassa 6.

Ajastimet TL, TS ja TT toteutetaan vastaavasti laskuri-/viivelauseilla CNT1/DLY1, CNT2/DLY2 ja CNT3/DLY3. Kaikki nämä kolme lohkoa on konfiguroitu viive -tilassa nousevan reunan tunnistuksella. Kuten kuvassa 3 esitetään, ensimmäinen ja neljäs tila laukaisevat TL: n, toinen ja viides tila laukaisevat TS: n ja kolmas ja kuudes tila laukaisevat TT: n yhdistelmälogiikan avulla. Kun viiveajastimet laukaistaan, niiden lähdöt pysyvät 0: ssa, kunnes määritetty viive täyttää sen keston. Tällä tavalla TL ', TS' ja TT '

signaalit saadaan suoraan CNT1/DLY1-, CNT2/DLY2- ja CNT3/DLY3 -lohkojen lähdöistä. TS 'syötetään suoraan toisen ja viidennen tilan siirtymäsyöttöön, kun taas TT' siirretään kolmannen ja kuudennen tilan siirtymäsyöttöön. Toisaalta TL välitetään yhdistelmälogiikkalohkoille (LUT), jotka antavat signaalit TL 'Vs ja TL'+ VS ', jotka syötetään vastaavasti ensimmäisen ja neljännen tilan siirtotuloihin. Tämä viimeistelee FSM: n käyttöönoton GreenPAK -suunnittelijan avulla.

Vaihe 4: Tulokset

Testiä varten malli emuloidaan GreenPAK Universal Development Board -laitteella SLG46537: n avulla. Liikennevalojen signaaleja (jotka rinnastetaan digitaalisiin ulostulonappeihin 5, 6, 7, 14, 15 ja 16) käytetään aktivoimaan GreenPAK Development Boardissa jo saatavilla olevat LED -valot tarkkailemaan visuaalisesti Mikronesian käyttäytymistä. Jotta voisimme täysin tutkia kehitetyn järjestelmän dynaamista käyttäytymistä, käytimme Arduino UNO -korttia liittymään SLG46537: een. Arduino -kortti tarjoaa ajoneuvon tunnistusanturin tulo- ja järjestelmän nollaussignaalit järjestelmään samalla kun se vastaanottaa liikennevalosignaalit järjestelmästä. Arduino-korttia käytetään monikanavaisena logiikka-analysaattorina, joka tallentaa ja näyttää graafisesti järjestelmän ajallisen toiminnan. Kaksi skenaariota, jotka kuvaavat järjestelmän yleistä käyttäytymistä, kehitetään ja testataan. Kuvassa 7 esitetään järjestelmän ensimmäinen skenaario, kun sivukadulla on aina joitakin ajoneuvoja. Kun kuittaussignaali vahvistetaan, järjestelmä käynnistyy ensimmäisessä tilassa, kun vain päävihreä ja punainen punainen signaali ovat päällä ja kaikki muut signaalit on kytketty pois päältä. Koska sivuajoneuvot ovat aina läsnä, seuraava siirtyminen toiseen tilaan tapahtuu 25 sekuntia myöhemmin, kun keltaiset ja sivupunaiset päävalot kytketään päälle. Neljä sekuntia myöhemmin ASM siirtyy kolmanteen tilaan, jossa punaiset ja sivupunaiset pääsignaalit pysyvät päällä 1 sekunnin ajan. Järjestelmä siirtyy sitten neljänteen tilaan punaisen ja sivuvihreän pääsignaalin ollessa päällä. Koska sivuajoneuvot ovat aina läsnä, seuraava siirtymä tapahtuu 25 sekuntia myöhemmin siirtämällä ASM viidenteen tilaan. Siirtyminen viidennestä kuudenteen tilaan tapahtuu 4 sekuntia myöhemmin, kun TS vanhenee. Järjestelmä pysyy kuudennessa tilassa 1 sekunnin ajan, ennen kuin ASM palauttaa ensimmäisen tilan.

Kuvio 8 esittää järjestelmän käyttäytymistä toisessa skenaariossa, kun liikennevalossa on muutamia sivuajoneuvoja. Järjestelmän toiminnan havaitaan toimivan suunnitellusti. Järjestelmä käynnistyy ensimmäisessä tilassa, kun vain päävihreä ja sivupunainen signaali ovat päällä ja kaikki muut signaalit ovat pois päältä 25 sekuntia myöhemmin, seuraava siirtyminen seuraa, koska sivuajoneuvo on läsnä. Tärkeimmät keltaiset ja sivupunaiset signaalit kytketään päälle toisessa tilassa. 4 sekunnin kuluttua ASM siirtyy kolmanteen tilaan punaisen ja sivun punaisen signaalin ollessa päällä. Järjestelmä pysyy kolmannessa tilassa 1 sekunnin ajan ja siirtyy sitten neljään tilaan pitäen punaisen ja sivun vihreänä. Heti kun ajoneuvon anturin tulo laskee (kun kaikki sivuajoneuvot ovat ohittaneet), järjestelmä siirtyy viidenteen tilaan, jossa pääpunainen ja sivukeltainen ovat päällä. Kun järjestelmä on viidennessä tilassa neljän sekunnin ajan, järjestelmä siirtyy kuudenteen tilaan kääntämällä sekä pää- että sivusignaalit punaisiksi. Nämä signaalit pysyvät punaisina 1 sekunnin ajan, ennen kuin ASM palaa ensimmäiseen tilaan. Todelliset skenaariot perustuisivat näiden kahden kuvatun skenaarion yhdistelmään, jonka todetaan toimivan oikein.

Johtopäätös Tässä sovelluksessa huomataan, että liikenteenohjain, joka pystyy hallitsemaan vilkkaan pääkadun ja kevyesti käytetyn sivukadun risteyksen kautta kulkevaa liikennettä, toteutettiin käyttämällä Dialog GreenPAK SLG46537 -laitetta. Järjestelmä perustuu ASM -järjestelmään, joka varmistaa liikennevalojen järjestysvaatimusten täyttymisen. Suunnittelun käyttäytyminen varmistettiin useilla LEDeillä ja Arduino UNO -mikro -ohjaimella. Tulokset osoittivat, että suunnittelutavoitteet saavutettiin. Dialog -tuotteen käytön tärkein etu on välttää erillisten elektronisten komponenttien ja mikro -ohjaimen tarve rakentaa sama järjestelmä. Olemassa olevaa rakennetta voidaan laajentaa lisäämällä tulosignaali painikkeesta jalankulkijoiden kulkemiseksi kiireisen kadun yli. Signaali voidaan siirtää TAI -portille yhdessä ajoneuvon sivutulotunnistimen signaalin kanssa ensimmäisen tilanmuutoksen käynnistämiseksi. Kuitenkin jalankulkijan turvallisuuden varmistamiseksi on nyt lisävaatimus, jonka mukaan neljännessä tilassa on käytettävä vähimmäisaikaa. Tämä voidaan tehdä helposti käyttämällä toista ajastinlohkoa. Sivukadun liikennemerkin vihreät ja punaiset signaalit voidaan nyt syöttää myös sivukadun sivukäytäville.