Pengawal Isyarat Lalu Lintas: 4 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:08

Selalunya terdapat senario di mana urutan isyarat lalu lintas yang fleksibel diperlukan untuk penyelarasan lalu lintas melalui persimpangan jalan yang sibuk dan jalan sisi yang ringan. Dalam situasi seperti itu, urutan dapat dikendalikan dengan menggunakan pemasa yang berbeza dan isyarat pengesanan lalu lintas dari pinggir jalan. Keperluan ini dapat dipenuhi melalui kaedah konvensional mis. menggunakan blok bangunan dari komponen elektronik atau mikrokontroler diskrit. Walau bagaimanapun, konsep litar bersepadu isyarat campuran yang boleh dikonfigurasi (CMIC) memberikan alternatif yang menarik memandangkan fleksibiliti reka bentuk, kos rendah, masa pembangunan, dan kemudahan. Banyak wilayah dan negara maju ke grid yang lebih rumit yang dapat menampung sejumlah besar pemboleh ubah untuk mengawal lampu isyarat. Namun, banyak lampu isyarat masih menggunakan kawalan masa tetap, seperti pengawal isyarat elektro-mekanikal. Tujuan nota aplikasi ini adalah untuk menunjukkan bagaimana seseorang dapat menggunakan Mesin Asynchronous State Machine (ASM) GreenPAK untuk mengembangkan pengawal isyarat lalu lintas yang dipermudah untuk menggantikan pengawal masa tetap. Isyarat trafik ini mengatur lalu lintas yang melewati persimpangan jalan utama yang sibuk dan jalan tepi yang sedikit digunakan. Pengawal akan mengawal urutan dua isyarat lalu lintas, yang dipasang di jalan utama dan tepi jalan. Satu isyarat sensor, yang mengesan kehadiran lalu lintas jalan, diberikan kepada pengawal yang, bersama dengan dua pemasa, akan mengawal urutan isyarat lalu lintas. Skema mesin keadaan terhingga (FSM) dibangunkan yang memastikan keperluan urutan isyarat lalu lintas dipenuhi. Logik pengawal dilaksanakan menggunakan dialog IC isyarat campuran GreenPAK ™ SLG46537 yang boleh dikonfigurasi.

Di bawah ini kami menerangkan langkah-langkah yang diperlukan untuk memahami bagaimana cip GreenPAK telah diprogramkan untuk membuat Traffic Signal Controller. Namun, jika anda hanya ingin mendapatkan hasil pengaturcaraan, muat turun perisian GreenPAK untuk melihat Fail Reka Bentuk GreenPAK yang sudah siap. Pasang GreenPAK Development Kit ke komputer anda dan tekan program untuk membuat IC khusus untuk Traffic Signal Controller.

Langkah 1: Keperluan

Pertimbangkan senario lalu lintas dengan keperluan waktu bagi isyarat lalu lintas dari jalan utama dan jalan raya, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Sistem ini mempunyai enam keadaan, dan akan berpindah dari satu keadaan ke keadaan lain bergantung pada keadaan tertentu yang telah ditentukan. Keadaan ini berdasarkan tiga pemasa; pemasa panjang TL = 25 s, pemasa pendek TS = 4 s dan pemasa sementara Tt = 1 s. Selain itu, input digital dari sensor pengesanan lalu lintas sisi diperlukan. Penerangan menyeluruh bagi setiap enam keadaan sistem dan isyarat kawalan peralihan keadaan diberikan di bawah: Dalam keadaan pertama, isyarat utama berwarna hijau sementara isyarat sisi berwarna merah. Sistem akan kekal dalam keadaan ini sehingga pemasa panjang (TL = 25 s) tamat atau selagi tidak ada kenderaan di tepi jalan. Sekiranya kenderaan hadir di tepi jalan setelah habis masa pemasa yang panjang, sistem akan mengalami perubahan keadaan yang bergerak ke keadaan kedua. Dalam keadaan kedua, isyarat utama berubah menjadi kuning sementara isyarat sisi tetap merah selama jangka masa pemasa pendek (TS = 4 s). Selepas 4 saat sistem bergerak ke keadaan ketiga. Dalam keadaan ketiga, isyarat utama berubah menjadi merah dan isyarat sisi tetap merah selama pemasa sementara (Tt = 1 s). Selepas 1 saat, sistem bergerak ke keadaan keempat. Semasa keadaan keempat isyarat utama berwarna merah sementara isyarat sisi bertukar menjadi hijau. Sistem ini akan kekal dalam keadaan ini sehingga habis masa pemasa (TL = 25 s) dan terdapat beberapa kenderaan di tepi jalan. Sebaik sahaja pemasa panjang habis, atau tidak ada kenderaan di pinggir jalan, sistem akan beralih ke keadaan kelima. Semasa keadaan kelima isyarat utama berwarna merah sementara isyarat sisi berwarna kuning untuk jangka masa pemasa pendek (TS = 4 s). Selepas 4 saat, sistem akan bergerak ke keadaan keenam. Pada keadaan keenam dan terakhir sistem, kedua-dua isyarat utama dan sisi berwarna merah untuk jangka masa pemasa sementara (Tt = 1 s). Selepas itu, sistem kembali ke keadaan pertama dan bermula semula. Keadaan ketiga dan keenam memberikan keadaan penyangga di mana kedua-dua (utama dan sisi) isyarat tetap merah untuk jangka masa yang singkat semasa pertukaran. Negeri 3 dan 6 serupa dan mungkin kelihatan berlebihan, namun ini memungkinkan pelaksanaan skim yang dicadangkan menjadi sederhana.

Langkah 2: Skim Pelaksanaan

Gambarajah blok lengkap sistem ditunjukkan dalam Rajah 2. Gambar ini menggambarkan keseluruhan struktur, fungsi sistem, dan menyenaraikan semua input dan output yang diperlukan. Pengawal isyarat lalu lintas yang dicadangkan telah dibina di sekitar konsep mesin keadaan terhingga (FSM). Keperluan masa yang dijelaskan di atas diterjemahkan ke dalam FSM enam keadaan seperti yang digambarkan dalam Gambar 3.

Pemboleh ubah perubahan keadaan yang ditunjukkan di atas adalah: Vs - Sebuah kenderaan terdapat di tepi jalan

TL - Pemasa 25 s (pemasa panjang) dihidupkan

TS - Pemasa 4 s (pemasa pendek) dihidupkan

Tt - Pemasa 1 s (pemasa sementara) dihidupkan

Dialog GreenPAK CMIC SLG46537 telah dipilih untuk pelaksanaan FSM. Peranti yang sangat serba boleh ini membolehkan pelbagai fungsi isyarat campuran dirancang dalam litar bersepadu tunggal berkuasa rendah yang sangat kecil. Selanjutnya, IC mengandungi macrocell ASM yang direka untuk membolehkan pengguna membuat mesin keadaan sehingga 8 keadaan. Pengguna mempunyai fleksibiliti untuk menentukan bilangan keadaan, peralihan keadaan, dan isyarat input yang akan menyebabkan peralihan dari satu keadaan ke keadaan lain.

Langkah 3: Pelaksanaan Menggunakan GreenPAK

FSM yang dibangunkan untuk operasi pengawal lalu lintas dilaksanakan menggunakan SLG46537 GreenPAK. Dalam GreenPak Designer skema ini dilaksanakan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.

PIN3 dan PIN4 dikonfigurasikan sebagai pin input digital; PIN3 disambungkan ke input sensor kenderaan tepi jalan dan PIN4 digunakan untuk tetapan semula sistem. PIN 5, 6, 7, 14, 15 dan 16 dikonfigurasikan sebagai pin output. PIN 5, 6 dan 7 diteruskan ke pemandu lampu merah, kuning dan hijau isyarat masing-masing. PIN 14, 15 dan 16 diteruskan ke pemacu lampu hijau, kuning dan lampu merah masing-masing. Ini melengkapkan konfigurasi I / O skema. Di tengah skema terletak blok ASM. Input dari blok ASM, yang mengatur perubahan keadaan, diperoleh dari logik kombinatori menggunakan tiga blok penghitung / penundaan (TS, TL dan TT) dan input dari sensor kenderaan sisi. Logik kombinatori lebih memenuhi syarat menggunakan maklumat keadaan yang diberikan kepada LUT. Nyatakan maklumat keadaan pertama, kedua, keempat dan kelima diperoleh dengan menggunakan kombinasi keluaran B0 dan B1 dari blok ASM. Gabungan B0 dan B1 yang sesuai dengan keadaan pertama, kedua, keempat dan kelima adalah (B0 = 0, B1 = 0), (B0 = 1, B1 = 0), (B0 = 1, B1 = 1) dan (B0 = 0, B1 = 1) masing-masing. Maklumat keadaan dari keadaan ke-3 dan ke-6 diperoleh secara langsung menggunakan pengendali AND ke isyarat merah utama dan merah sisi. Memberi maklumat keadaan ini kepada logik kombinatori memastikan bahawa hanya pemasa yang relevan dicetuskan. Keluaran lain dari blok ASM diberikan kepada lampu isyarat utama (merah utama, kuning utama, dan hijau utama) dan lampu isyarat sisi (merah sisi, kuning sisi, dan hijau sisi).

Konfigurasi blok ASM ditunjukkan pada Gambar 5 dan Gambar 6. Keadaan yang ditunjukkan dalam Gambar 5, sesuai dengan keadaan pertama, kedua, ketiga, keempat, kelima dan keenam yang ditentukan seperti dalam Rajah 3. Konfigurasi RAM output ASM blok ditunjukkan dalam Rajah 6.

Pemasa TL, TS dan TT dilaksanakan menggunakan blok pembilang / kelewatan masing-masing CNT1 / DLY1, CNT2 / DLY2 dan CNT3 / DLY3. Ketiga-tiga blok ini dikonfigurasi dalam mod penundaan dengan pengesanan tepi yang meningkat. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3, keadaan pertama dan keempat memicu TL, keadaan kedua dan kelima memicu TS, dan keadaan ketiga dan keenam memicu TT menggunakan logik kombinatorial. Oleh kerana pemasa tunda dipicu, outputnya tetap 0 sehingga penundaan yang dikonfigurasi menyelesaikan jangka masa. Dengan cara ini TL’, TS’ dan TT’

isyarat diperoleh secara langsung dari output blok CNT1 / DLY1, CNT2 / DLY2 dan CNT3 / DLY3. TS’langsung dimasukkan ke input peralihan keadaan kedua dan kelima sementara TT’ diteruskan ke input peralihan keadaan ketiga dan keenam. TL, sebaliknya, diserahkan ke blok logik kombinatorial (LUT) yang memberi isyarat TL’Vs dan TL’ + VS’yang masing-masing diberi input peralihan dari keadaan pertama dan ke-4. Ini melengkapkan pelaksanaan FSM menggunakan pereka GreenPAK.

Langkah 4: Hasil

Untuk tujuan pengujian, reka bentuk ditiru di Papan Pembangunan Universal GreenPAK menggunakan SLG46537. Isyarat lampu isyarat (disamakan dengan pin output digital 5, 6, 7, 14, 15 dan 16) digunakan untuk mengaktifkan LED yang sudah tersedia di Papan Pembangunan GreenPAK untuk melihat tingkah laku FSM secara visual. Untuk menyelidiki sepenuhnya perilaku dinamik skema yang dikembangkan, kami menggunakan papan Arduino UNO untuk berinteraksi dengan SLG46537. Papan Arduino memberikan input sensor pengesanan kenderaan dan isyarat set semula sistem ke skema sementara ia mendapat isyarat lampu isyarat dari sistem. Papan Arduino digunakan sebagai penganalisis logik berbilang saluran untuk merakam dan menunjukkan secara grafik fungsi temporal sistem. Dua senario yang menangkap tingkah laku umum sistem dikembangkan dan diuji. Gambar 7 menunjukkan senario pertama skema ketika beberapa kenderaan selalu ada di tepi jalan. Apabila isyarat reset ditegaskan, sistem akan dimulakan dalam keadaan pertama dengan hanya isyarat utama hijau dan merah sisi dan semua isyarat lain dimatikan. Oleh kerana kenderaan sisi selalu ada peralihan seterusnya ke keadaan kedua diikuti 25 saat kemudian menghidupkan isyarat merah dan merah utama. Empat saat kemudian ASM memasuki keadaan ketiga di mana isyarat merah dan merah utama kekal selama 1 saat. Sistem kemudian memasuki keadaan keempat dengan isyarat merah dan hijau utama dihidupkan. Oleh kerana kenderaan sampingan selalu ada, peralihan seterusnya berlaku 25 saat kemudian menggerakkan ASM ke keadaan kelima. Peralihan dari keadaan kelima ke keenam berlaku 4 saat kemudian ketika TS tamat. Sistem kekal dalam keadaan keenam selama 1 saat sebelum ASM memasuki semula keadaan pertama.

Gambar 8 menunjukkan tingkah laku skema dalam senario kedua, ketika beberapa kenderaan sisi hadir di isyarat lalu lintas. Tingkah laku sistem didapati berfungsi seperti yang dirancang. Sistem ini dimulakan dalam keadaan pertama dengan hanya isyarat utama hijau dan merah sebelah dan semua isyarat lain akan dimatikan 25 saat kemudian peralihan seterusnya berlaku kerana terdapat kenderaan sampingan yang hadir. Isyarat merah dan merah utama dihidupkan dalam keadaan kedua. Selepas 4 saat, ASM memasuki keadaan ketiga dengan isyarat merah utama dan merah dihidupkan. Sistem kekal dalam keadaan ketiga selama 1 saat dan kemudian bergerak ke keadaan keempat dengan tetap merah dan hijau tetap aktif. Sebaik sahaja input sensor kenderaan menjadi rendah (apabila semua kenderaan sampingan telah berlalu), sistem memasuki keadaan kelima di mana merah utama dan kuning sisi menyala. Setelah berada dalam keadaan kelima selama empat saat, sistem bergerak ke keadaan keenam menjadikan kedua-dua isyarat utama dan sisi menjadi merah. Isyarat ini kekal merah selama 1 saat sebelum ASM memasuki semula keadaan pertama. Senario sebenar akan didasarkan pada gabungan kedua-dua senario yang dijelaskan yang didapati berfungsi dengan betul.

KesimpulanDalam aplikasi ini perhatikan pengawal lalu lintas yang dapat menguruskan lalu lintas yang melewati persimpangan jalan utama yang sibuk dan jalan tepi yang ringan digunakan dengan menggunakan Dialog GreenPAK SLG46537. Skema ini berdasarkan pada ASM yang memastikan keperluan urutan isyarat lalu lintas dipenuhi. Tingkah laku reka bentuk disahkan oleh beberapa LED dan mikrokontroler Arduino UNO. Hasilnya mengesahkan bahawa objektif reka bentuk tercapai. Kelebihan utama menggunakan produk Dialog adalah untuk mengatasi keperluan komponen elektronik dan mikrokontroler diskrit untuk membina sistem yang sama. Reka bentuk yang ada dapat diperluas dengan menambahkan isyarat input dari butang tekan untuk laluan pejalan kaki yang ingin melintasi jalan yang sibuk. Sinyal boleh dihantar ke pintu OR bersamaan dengan isyarat dari sensor input kenderaan sisi untuk mencetuskan perubahan keadaan pertama. Namun, untuk memastikan keselamatan pejalan kaki sekarang ada syarat tambahan beberapa waktu minimum untuk dihabiskan di negara keempat. Ini dapat dicapai dengan mudah menggunakan blok pemasa yang lain. Isyarat hijau dan merah pada isyarat lalu lintas jalan sekarang juga boleh diberikan kepada isyarat pejalan kaki di tepi jalan.