Közlekedésjelző vezérlő: 4 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:40

Gyakran léteznek olyan forgatókönyvek, amikor rugalmas forgalmi jelzősorozatokra van szükség a forgalom összehangolásához egy forgalmas utca és egy gyengén használt mellékutca kereszteződésén keresztül. Ilyen helyzetekben a szekvenciák különböző időzítőkkel és a mellékutcából érkező forgalomjelzővel vezérelhetők. Ezeket a követelményeket hagyományos módszerekkel, pl. különálló elektronikus alkatrészekből vagy mikrovezérlőkből építőelemek felhasználásával. A konfigurálható vegyes jelű integrált áramkörök (CMIC) koncepciója azonban vonzó alternatívát kínál a tervezési rugalmasság, az alacsony költség, a fejlesztési idő és a kényelem miatt. Sok régió és ország bonyolultabb hálózatok felé halad, amelyek nagyobb számú változót képesek befogadni a közlekedési lámpák vezérléséhez. Sok közlekedési lámpa azonban továbbra is rögzített időszabályozást alkalmaz, például az elektromechanikus jelvezérlőket. Ennek az alkalmazási megjegyzésnek az a célja, hogy bemutassa, hogyan lehet a GreenPAK aszinkron állapotgépét (ASM) használni egy egyszerűsített forgalomirányító-vezérlő kifejlesztésére a rögzített idejű vezérlő helyett. Ez a forgalmi jel szabályozza a forgalmat a forgalmas főutca és a gyengén használt mellékutca kereszteződésén. A vezérlő két forgalmi jel sorrendjét szabályozza, amelyeket a fő- és mellékutcában helyeznek el. Az oldalsó utcai forgalom jelenlétét érzékelő érzékelőjelet táplálják a vezérlőnek, amely két időzítővel együtt szabályozza a közlekedési jelzések sorrendjét. Egy véges állapotú gép (FSM) sémát fejlesztettek ki, amely biztosítja a közlekedési jelzések sorozatának követelményeit. A vezérlő logikája a GreenPAK ™ SLG46537 konfigurálható vegyes jelű IC párbeszédpanel használatával valósul meg.

Az alábbiakban leírtuk azokat a lépéseket, amelyek szükségesek ahhoz, hogy megértsük, hogyan programozták a GreenPAK chipet a forgalomjelző vezérlő létrehozására. Ha azonban csak a programozás eredményét szeretné elérni, töltse le a GreenPAK szoftvert a már elkészült GreenPAK tervezési fájl megtekintéséhez. Csatlakoztassa a GreenPAK fejlesztői készletet a számítógépéhez, és nyomja meg a programot, és hozza létre a közlekedési jelzővezérlő egyéni IC -jét.

1. lépés: Követelmények

Tekintsünk egy forgalmi forgatókönyvet a fő- és mellékutcáról érkező jelzések időzítési követelményeivel, amint az az 1. ábrán látható. A rendszer hat állapottal rendelkezik, és bizonyos előre meghatározott feltételektől függően egyik állapotból a másikba mozog. Ezek a feltételek három időzítőn alapulnak; egy hosszú időzítő TL = 25 s, egy rövid időzítő TS = 4 s és egy átmeneti időzítő Tt = 1 s. Ezenkívül szükség van az oldalsó forgalomérzékelő digitális bemenetére. Az alábbiakban a hat rendszerállapot és az állapotátmenet -vezérlő jelek részletes leírása található: Az első állapotban a főjel zöld, míg az oldalsó jel piros. A rendszer ebben az állapotban marad, amíg a hosszú időzítő (TL = 25 s) le nem jár, vagy amíg nincs jármű a mellékutcában. Ha egy jármű jelen van a mellékutcában a hosszú időzítő lejárta után, a rendszer állapotváltozáson megy keresztül, amely a második állapotba kerül. A második állapotban a fő jelzés sárgára vált, míg az oldalsó jel piros marad a rövid időzítés idejére (TS = 4 s). 4 másodperc múlva a rendszer harmadik állapotba kerül. A harmadik állapotban a fő jel vörösre változik, és az oldalsó jel piros marad az átmeneti időzítés idejére (Tt = 1 s). 1 másodperc múlva a rendszer a negyedik állapotba lép. A negyedik állapot alatt a fő jel piros, míg az oldalsó zöldre vált. A rendszer ebben az állapotban marad a hosszú időzítő lejáratáig (TL = 25 s), és néhány jármű jelen van a mellékutcában. Amint a hosszú időzítő lejár, vagy nincs jármű a mellékutcában, a rendszer átáll az ötödik állapotba. Az ötödik állapot alatt a főjel piros, míg az oldalsó sárga a rövid időzítés idejére (TS = 4 s). 4 másodperc múlva a rendszer hatodik állapotba kerül. A rendszer hatodik és utolsó állapotában mind a fő, mind az oldalsó jelzés piros az átmeneti időzítő időszakára (Tt = 1 s). Ezt követően a rendszer visszatér az első állapotba, és újrakezdi. A harmadik és a hatodik állapot olyan pufferállapotot biztosít, amelyben mind a (fő-, mind az oldalsó) jelzések vörösek maradnak rövid ideig az átállás során. A 3. és a 6. állapot hasonló, és feleslegesnek tűnhet, azonban ez lehetővé teszi a javasolt rendszer egyszerű végrehajtását.

2. lépés: Végrehajtási séma

A rendszer teljes tömbvázlata a 2. ábrán látható. Ez az ábra a rendszer általános felépítését, funkcióit szemlélteti, és felsorolja az összes szükséges bemenetet és kimenetet. A javasolt forgalomirányító a véges állapotú gép (FSM) koncepció köré épült. A fent leírt időzítési követelményeket a 3. ábrán látható módon hat állapotú FSM -be fordítjuk.

A fent látható állapotváltozási változók a következők: Vs-Egy jármű van a mellékutcában

TL - A 25 s időzítő (hosszú időzítő) be van kapcsolva

TS - A 4 s időzítő (rövid időzítő) be van kapcsolva

Tt - Az 1 s időzítő (átmeneti időzítő) be van kapcsolva

A Dialog GreenPAK CMIC SLG46537 -et az FSM megvalósításához választottuk. Ez a rendkívül sokoldalú eszköz lehetővé teszi a vegyes jelű funkciók széles skálájának tervezését egy nagyon kicsi, kis teljesítményű egyetlen integrált áramkörön belül. Ezenkívül az IC tartalmaz egy ASM makrocellát, amely lehetővé teszi a felhasználó számára, hogy akár 8 állapotú állapotgépeket hozzon létre. A felhasználó rugalmasan meghatározhatja az állapotok számát, az állapotátmeneteket és a bemeneti jeleket, amelyek az egyik állapotból a másikba való átmenetet okozzák.

3. lépés: Végrehajtás GreenPAK használatával

A forgalomirányító működtetésére kifejlesztett FSM az SLG46537 GreenPAK használatával valósul meg. A GreenPak Designer programban a sémát a 4. ábra mutatja be.

A PIN3 és a PIN4 digitális bemeneti csapként van konfigurálva; A PIN3 csatlakozik a mellékutcai járműérzékelő bemenetéhez, és a PIN4 a rendszer visszaállításához használható. Az 5, 6, 7, 14, 15 és 16 PIN -kódok kimeneti csapként vannak konfigurálva. Az 5 -ös, 6 -os és 7 -es PIN -kódokat az oldalsó jelzés piros, sárga és zöld jelzőjei továbbítják. A 14-es, 15-ös és 16-os PIN-kódokat továbbítják a főjel zöld, sárga és piros lámpájához. Ezzel befejeződik a séma I/O konfigurációja. A vázlat középpontjában az ASM blokk található. Az ASM blokk állapotváltozásokat szabályozó bemenetei a kombinációs logikából származnak, három számláló/késleltető blokk (TS, TL és TT) és az oldalsó járműérzékelő bemenetének felhasználásával. A kombinatorikus logika tovább minősíthető a LUT -okhoz visszaadott állapotinformációk felhasználásával. Az első, második, negyedik és ötödik állapot állapotinformációit az ASM blokk B0 és B1 kimeneteinek kombinációjával kapjuk. Az első, második, negyedik és ötödik állapotnak megfelelő B0 és B1 kombinációk (B0 = 0, B1 = 0), (B0 = 1, B1 = 0), (B0 = 1, B1 = 1) és (B0 = 0, B1 = 1). A 3. és 6. állapot állapotinformációit közvetlenül az ÉS operátor alkalmazásával kapjuk meg a fő piros és oldalsó piros jelekhez. Ezen állapotinformációk kombinatorikus logikába történő betáplálása biztosítja, hogy csak a megfelelő időzítők aktiválódjanak. Az ASM blokk egyéb kimenetei a fő közlekedési lámpákhoz (fő piros, fő sárga és fő zöld) és oldalsó jelzőlámpákhoz (piros piros, oldal sárga és oldal zöld) vannak hozzárendelve.

Az ASM blokk konfigurációja az 5. és a 6. ábrán látható. Az 5. ábrán látható állapotok megfelelnek a 3. ábrán látható első, második, harmadik, negyedik, ötödik és hatodik állapotnak. Az ASM kimeneti RAM konfigurációja blokk a 6. ábrán látható.

A TL, TS és TT időzítők a CNT1/DLY1, CNT2/DLY2 és a CNT3/DLY3 számláló/késleltető blokkok használatával kerülnek megvalósításra. Mindhárom blokk késleltetett üzemmódban van beállítva, emelkedő él érzékeléssel. Amint a 3. ábrán látható, az első és a negyedik állapot TL -t, a második és az ötödik állapot TS -t, a harmadik és hatodik állapot pedig TT -t vált ki kombinatorikus logika segítségével. Amint a késleltetési időzítők aktiválódnak, kimeneteik 0 maradnak, amíg a beállított késleltetés befejezi időtartamát. Ily módon a TL, TS és TT

A jelek közvetlenül a CNT1/DLY1, CNT2/DLY2 és CNT3/DLY3 blokkok kimeneteiből származnak. A TS’közvetlenül a második és az ötödik állapot átmeneti bemenetére kerül, míg a TT’ a harmadik és hatodik állapotátmenet bemenetre. A TL viszont kombinatorikus logikai blokkokhoz (LUT) kerül továbbításra, amelyek a TL’Vs és a TL’+ VS’jeleket adják, amelyeket az első és a 4. állapot átmeneti bemenetei táplálnak. Ezzel befejeződik az FSM megvalósítása a GreenPAK tervező segítségével.

4. lépés: Eredmények

Tesztelés céljából a tervezést a GreenPAK Universal Development Board emulálja az SLG46537 segítségével. A közlekedési lámpák jelzéseivel (egyenértékűek az 5., 6., 7., 14., 15. és 16. digitális kimeneti tűkkel) a GreenPAK Fejlesztőtáblán már rendelkezésre álló LED -ek aktiválására használják, hogy vizuálisan megfigyeljék az MSZÁ viselkedését. A kifejlesztett rendszer dinamikus viselkedésének teljes körű vizsgálatához Arduino UNO kártyát használtunk az SLG46537 -hez való illesztéshez. Az Arduino kártya biztosítja a jármű észlelési érzékelő bemeneti és rendszer -visszaállítási jeleit a sémához, miközben megkapja a közlekedési lámpa jeleit a rendszerből. Az Arduino táblát többcsatornás logikai elemzőként használják a rendszer időbeli működésének rögzítésére és grafikus bemutatására. Két olyan forgatókönyvet dolgoznak ki és tesztelnek, amelyek rögzítik a rendszer általános viselkedését. A 7. ábra a rendszer első forgatókönyvét mutatja, amikor néhány jármű mindig jelen van a mellékutcában. Amikor a visszaállítási jel érvényesül, a rendszer az első állapotban indul, csak a fő zöld és az oldalsó piros jelek vannak bekapcsolva, és az összes többi jel kikapcsolva. Mivel az oldalsó járművek mindig jelen vannak, a következő átállás a második állapotba 25 másodperccel később történik, amikor bekapcsolják a fő sárga és oldalsó piros jelzéseket. Négy másodperccel később az ASM a harmadik állapotba lép, ahol a fő piros és az oldalsó piros jelzés 1 másodpercig világít. A rendszer ezután a negyedik állapotba lép, amikor a fő piros és az oldalsó zöld jelzések be vannak kapcsolva. Mivel az oldalsó járművek mindig jelen vannak, a következő átmenetre 25 másodperccel később kerül sor, amikor az ASM ötödik állapotba kerül. Az ötödik állapotról a hatodikra való átmenet 4 másodperccel később következik be, amikor a TS lejár. A rendszer a hatodik állapotban marad 1 másodpercig, mielőtt az ASM visszaállítja az első állapotot.

A 8. ábra a rendszer viselkedését mutatja a második forgatókönyvben, amikor néhány oldalsó jármű jelen van a közlekedési jelzőlámpánál. A rendszer viselkedése a tervek szerint működik. A rendszer az első állapotban indul, csak a fő zöld és az oldalsó piros jelzések vannak bekapcsolva, és az összes többi jel 25 másodperccel később kikapcsol, a következő átmenet következik, mivel oldaljármű van jelen. A fő sárga és oldalsó piros jelzések a második állapotban kapcsolnak be. 4 másodperc múlva az ASM a harmadik állapotba lép, amikor a fő piros és az oldalsó piros jelzések be vannak kapcsolva. A rendszer 1 másodpercig a harmadik állapotban marad, majd a negyedik állapotba lép, miközben a fő piros és az oldal zölden világít. Amint a jármű érzékelő bemenete alacsony lesz (ha az összes oldalsó jármű elhaladt), a rendszer az ötödik állapotba lép, ahol a fő piros és az oldalsó sárga világít. Miután négy másodpercig az ötödik állapotban maradt, a rendszer a hatodik állapotba lép, és a fő- és az oldalsó jelzéseket is pirosra váltja. Ezek a jelek 1 másodpercig pirosak maradnak, mielőtt az ASM újra belép az első állapotba. A tényleges forgatókönyvek e két leírt forgatókönyv kombinációján alapulnának, amelyekről kiderül, hogy megfelelően működnek.

Következtetés Ebben az alkalmazásban a Dialog GreenPAK SLG46537 segítségével valósult meg egy forgalomirányító, amely képes kezelni a forgalmas főutca és egy enyhén használt mellékutca kereszteződését. A séma egy ASM -en alapul, amely biztosítja a közlekedési jelzések sorrendi követelményeinek teljesítését. A dizájn viselkedését több LED és egy Arduino UNO mikrokontroller ellenőrizte. Az eredmények igazolták, hogy a tervezési célok teljesültek. A Dialog termék használatának legfőbb előnye, hogy nem kell különálló elektronikus alkatrészeket és mikrovezérlőket használni ugyanazon rendszer létrehozásához. A meglévő kialakítás kibővíthető egy bemeneti jel hozzáadásával egy nyomógombból, hogy a gyalogos áthaladjon a forgalmas utcán. A jelet át lehet adni egy VAGY kapura a jármű oldalsó bemeneti érzékelőjének jelével együtt az első állapotváltozás kiváltásához. A gyalogosok biztonságának biztosítása érdekében azonban további követelmény, hogy a negyedik állapotban minimális időt kell eltölteni. Ez könnyen megvalósítható egy másik időzítő blokk használatával. A mellékutcai forgalomjelzőn lévő zöld és piros jelzések mostantól a mellékutcán lévő oldalsó gyalogosjelzőkhöz is betáplálhatók.