Traffic Signal Controller: 4 steg

2025 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2025-01-13 06:58

Det finns ofta scenarier där flexibla trafiksignalsekvenser krävs för samordning av trafik genom korsningen mellan en trafikerad gata och en lättanvänd sidogata. I sådana situationer kan sekvenserna styras med hjälp av olika tidtagare och en trafiksökningssignal från sidogatan. Dessa krav kan uppfyllas genom konventionella metoder t.ex. med hjälp av byggstenar från diskreta elektroniska komponenter eller mikrokontroller. Konceptet med konfigurerbara blandade signalintegrerade kretsar (CMIC) är dock ett attraktivt alternativ med tanke på dess designflexibilitet, låga kostnad, utvecklingstid och bekvämlighet. Många regioner och länder går vidare till mer komplicerade rutnät som rymmer ett större antal variabler för att styra trafikljus. Många trafikljus använder dock fortfarande fast tidskontroll, till exempel elektromekaniska signalregulatorer. Syftet med denna ansökningsanmärkning är att visa hur man kan använda en GreenPAK: s Asynchronous State Machine (ASM) för att utveckla en förenklad trafiksignalstyrenhet för att ersätta en tidsstyrenhet. Denna trafiksignal reglerar trafik som passerar genom korsningen mellan en upptagen huvudgata och en lättanvänd sidogata. Kontrollenheten skulle styra sekvensen av två trafiksignaler, som installeras på huvud- och sidogatan. En sensorsignal som detekterar närvaron av sidogatstrafik matas till regulatorn som tillsammans med två tidtagare skulle styra trafiksignalernas sekvens. Ett finite state machine (FSM) -schema utvecklas som säkerställer att kraven i trafiksignalsekvensen uppfylls. Styrelogiken implementeras med hjälp av en dialogruta GreenPAK ™ SLG46537 konfigurerbar blandad signal IC.

Nedan beskrivs stegen som behövs för att förstå hur GreenPAK -chipet har programmerats för att skapa trafiksignalstyrenheten. Men om du bara vill få resultatet av programmeringen, ladda ner GreenPAK -programvara för att se den redan färdiga GreenPAK -designfilen. Anslut GreenPAK Development Kit till din dator och tryck på programmet för att skapa den anpassade IC: n för Traffic Signal Controller.

Steg 1: Krav

Tänk på ett trafikscenario med tidskraven för trafiksignaler från huvud- och sidogatan, som visas i figur 1. Systemet har sex tillstånd och kommer att flytta från ett tillstånd till det andra beroende på vissa fördefinierade förhållanden. Dessa villkor är baserade på tre tidtagare; en lång timer TL = 25 s, en kort timer TS = 4 s och en övergående timer Tt = 1 s. Dessutom krävs den digitala ingången från sidotrafikdetekteringssensorn. En grundlig beskrivning av vart och ett av de sex systemtillstånden och tillståndsövergångens styrsignaler ges nedan: I det första tillståndet är huvudsignalen grön medan sidosignalen är röd. Systemet förblir i detta tillstånd tills den långa timern (TL = 25 s) går ut eller så länge det inte finns något fordon på sidogatan. Om ett fordon är närvarande på sidogatan efter att den långa timern gått ut, kommer systemet att genomgå en tillståndsändring som går till det andra tillståndet. I det andra tillståndet blir huvudsignalen gul medan sidosignalen förblir röd under den korta timern (TS = 4 s). Efter 4 sekunder går systemet in i det tredje tillståndet. I det tredje tillståndet ändras huvudsignalen till rött och sidosignalen förblir röd under övergångstimern (Tt = 1 s). Efter 1 sekund flyttas systemet till det fjärde läget. Under det fjärde tillståndet är huvudsignalen röd medan sidosignalen blir grön. Systemet kommer att förbli i detta tillstånd tills den långa timern har gått ut (TL = 25 s) och det finns några fordon på sidogatan. Så snart den långa timern löper ut, eller det inte finns något fordon på sidogatan, övergår systemet till det femte läget. Under det femte tillståndet är huvudsignalen röd medan sidosignalen är gul under den korta timern (TS = 4 s). Efter 4 sekunder går systemet in i det sjätte tillståndet. I det sjätte och det sista tillståndet i systemet är både huvudsignalen och sidosignalerna röda under tiden för den övergående timern (Tt = 1 s). Därefter går systemet tillbaka till det första läget och börjar om igen. Det tredje och sjätte tillståndet ger ett bufferttillstånd där båda (huvudsidan och sidosignalerna) förblir röda under en kort tid under övergången. Stat 3 och 6 är likartade och kan verka överflödiga, men detta gör det enkelt att genomföra det föreslagna systemet.

Steg 2: Implementeringsschema

Ett komplett blockschema över systemet visas i figur 2. Denna figur illustrerar systemets övergripande struktur, funktion och listar alla erforderliga in- och utgångar. Den föreslagna trafiksignalstyrenheten har byggts kring finite state machine (FSM) -konceptet. Tidskraven som beskrivs ovan översätts till ett FSM med sex tillstånd som visas i figur 3.

Tillståndsförändringsvariablerna som visas ovan är: Vs-Ett fordon finns på sidogatan

TL - 25 s timern (lång timer) är på

TS - 4 s -timern (kort timer) är på

Tt - Timern 1 s (övergående timer) är på

Dialog GreenPAK CMIC SLG46537 har valts för implementering av FSM. Denna mycket mångsidiga enhet gör det möjligt att utforma en mängd olika funktioner med blandad signal i en mycket liten, lågeffekts enkel integrerad krets. Dessutom innehåller IC en ASM -makrocell utformad för att tillåta användaren att skapa tillståndsmaskiner med upp till 8 tillstånd. Användaren har flexibiliteten att definiera antalet tillstånd, tillståndsövergångar och insignaler som kommer att orsaka övergångar från ett tillstånd till ett annat tillstånd.

Steg 3: Implementering med GreenPAK

FSM som utvecklats för driften av trafikledaren implementeras med SLG46537 GreenPAK. I GreenPak Designer implementeras schemat enligt figur 4.

PIN3 och PIN4 är konfigurerade som digitala ingångar; PIN3 är ansluten till sidogatans fordonssensoringång och PIN4 används för systemåterställning. PIN -koder 5, 6, 7, 14, 15 och 16 konfigureras som utgångsstiften. PIN -koder 5, 6 och 7 överförs till sidosignalens röda, gula respektive gröna ljusdrivrutiner. PIN-koder 14, 15 och 16 överförs till huvudsignalens gröna, gula respektive röda ljusdrivrutiner. Detta slutför I/O -konfigurationen av schemat. I hjärtat av schemat ligger ASM -blocket. Ingångarna i ASM -blocket, som reglerar tillståndsändringar, erhålls från kombinatorisk logik med hjälp av tre mot-/fördröjningsblock (TS, TL och TT) och ingången från sidofordonssensorn. Den kombinatoriska logiken kvalificeras ytterligare med hjälp av tillståndsinformationen som matas tillbaka till LUT. Tillståndsinformation för första, andra, fjärde och femte tillstånd erhålls med användning av kombinationer av B0- och B1 -utgångar från ASM -blocket. Kombinationerna av B0 och B1 som motsvarar det första, andra, fjärde och femte tillståndet är (B0 = 0, B1 = 0), (B0 = 1, B1 = 0), (B0 = 1, B1 = 1) och (B0 = 0, B1 = 1). Tillståndsinformationen för de 3: e och 6: e delstaterna erhålls direkt genom att tillämpa OCH -operatören på de röda och röda huvudsignalerna. Matning av dessa tillståndsinformation till den kombinatoriska logiken säkerställer att endast relevanta tidtagare utlöses. Andra utgångar från ASM -blocket tilldelas de viktigaste trafikljusen (huvudröd, huvudgul och huvudgrön) och sidotrafikljus (sidoröd, sidogul och sidogrön).

Konfigurationen för ASM -blocket visas i figur 5 och figur 6. De tillstånd som visas i figur 5 motsvarar de definierade första, andra, tredje, fjärde, femte och sjätte tillstånden som visas i figur 3. ASM -konfigurationen för utdata för ASM blocket visas i figur 6.

Tidtagarna TL, TS och TT implementeras med hjälp av räknaren/fördröjningsblocken CNT1/DLY1, CNT2/DLY2 respektive CNT3/DLY3. Alla dessa tre block är konfigurerade i fördröjningsläge med stigande kantdetektering. Såsom visas i figur 3 utlöser det första och det fjärde tillståndet TL, det andra och det femte tillståndet utlöser TS, och det tredje och det sjätte tillståndet utlöser TT med hjälp av kombinatorisk logik. När fördröjningstimern utlöses förblir deras utgångar 0 tills den konfigurerade fördröjningen slutför dess varaktighet. På så sätt TL’, TS’ och TT’

signaler erhålls direkt från utsignalerna från CNT1/DLY1, CNT2/DLY2 och CNT3/DLY3 -block. TS 'matas direkt till den andra och femte tillståndets övergångsinmatning medan TT' skickas till den tredje och sjätte delstatens övergångsinmatningar. TL å andra sidan överförs till kombinatoriska logiska block (LUT) som ger signalerna TL 'Vs och TL'+ VS 'som matas till övergångsingångarna för det första respektive det fjärde tillståndet. Detta slutför implementeringen av FSM med hjälp av GreenPAK -designern.

Steg 4: Resultat

För teständamål emuleras designen på GreenPAK Universal Development Board med SLG46537. Trafikljussignalerna (motsvarar digitala utgångsstift 5, 6, 7, 14, 15 och 16) används för att aktivera de lysdioder som redan finns på GreenPAK Development Board för att visuellt observera FSM: s beteende. För att fullt ut undersöka det dynamiska beteendet hos det utvecklade schemat använde vi ett Arduino UNO -kort för att ansluta till SLG46537. Arduino -kortet ger fordonsdetekteringssensorinsignaler och systemåterställningssignaler till systemet medan det får trafikljussignaler från systemet. Arduino-kortet används som en flerkanalig logikanalysator för att registrera och grafiskt visa systemets tidsmässiga funktion. Två scenarier som fångar systemets allmänna beteende utvecklas och testas. Figur 7 visar det första scenariot i schemat när vissa fordon alltid finns på sidogatan. När återställningssignalen bekräftas startar systemet i det första tillståndet med endast huvudsakliga gröna och röda sidosignaler på och alla andra signaler är avstängda. Eftersom sidofordonet alltid är närvarande följer nästa övergång till det andra tillståndet 25 sekunder senare att de gula och röda sidosignalerna slås på. Fyra sekunder senare går ASM in i det tredje tillståndet där de huvudsakliga röda och sidoröda signalerna förblir i 1 sekund. Systemet går sedan in i det fjärde läget med röda och gröna sidosignaler påslagen. Eftersom sidofordonen alltid är närvarande sker nästa övergång 25 sekunder senare och flyttar ASM till det femte läget. Övergången från femte till sjätte tillståndet inträffar 4 sekunder senare när TS går ut. Systemet stannar i det sjätte tillståndet under en sekund innan ASM återger det första tillståndet.

Figur 8 visar hur systemet fungerar i det andra scenariot, när några sidofordon är närvarande vid trafiksignalen. Systemets beteende verkar fungera som det är utformat. Systemet startar i det första tillståndet med endast huvudsakliga gröna och sidröda signaler på och alla andra signaler som ska vara avstängda 25 sekunder senare följer nästa övergång eftersom det finns ett sidofordon närvarande. De huvudsakliga gula och sidoröda signalerna slås på i det andra tillståndet. Efter 4 sekunder går ASM in i det tredje läget med röda huvud- och sidoröda signaler på. Systemet stannar i det tredje läget i 1 sekund och flyttar sedan till det fjärde läget med huvudröd och sidogrön på. Så snart fordonssensorns ingång blir låg (när alla sidofordon har passerat) går systemet in i det femte tillståndet där huvudröd och sidogult är på. Efter att ha stannat i det femte läget i fyra sekunder går systemet till det sjätte tillståndet och vrider både huvud- och sidosignaler rött. Dessa signaler förblir röda i 1 sekund innan ASM åter går in i det första tillståndet. Faktiska scenarier skulle baseras på en kombination av dessa två beskrivna scenarier som befunnits fungera korrekt.

Slutsats I den här appen noteras en trafikkontrollant som kan hantera trafik som passerar genom korsningen mellan en upptagen huvudgata och en lätt använd sidogata implementerades med en Dialog GreenPAK SLG46537. Schemat är baserat på en ASM som säkerställer att trafiksignalernas sekvenskrav uppfylls. Designens beteende verifierades av flera lysdioder och en Arduino UNO -mikrokontroller. Resultaten bekräftade att designmålen var uppfyllda. Den största fördelen med att använda Dialog -produkten är att undvika behovet av diskreta elektroniska komponenter och mikrokontroller för att bygga samma system. Den befintliga konstruktionen kan utökas genom att lägga till en insignal från en tryckknapp för passage av fotgängare som vill korsa den livliga gatan. Signalen kan överföras till en ELLER -grind tillsammans med signal från sidofordonets ingångssensor för att utlösa den första tillståndsändringen. Men för att säkerställa fotgängarens säkerhet nu krävs ytterligare ett minimum av tid i den fjärde staten. Detta kan enkelt uppnås med ett annat timerblock. De gröna och röda signalerna på sidogatans trafiksignal kan nu också matas till sidogångsignalerna på sidogatan.