Verkeersseinbeheer: 4 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:24

Daar bestaan dikwels scenario's waar buigsame rye vir verkeersseine benodig word vir die koördinering van verkeer deur die kruising van 'n besige straat en 'n ligte gebruikte systraat. In sulke situasies kan die rye beheer word met behulp van verskillende tydtellers en 'n verkeersopsporingssein vanaf die systraat. Aan hierdie vereistes kan voldoen word deur konvensionele metodes, bv. met behulp van boustene van diskrete elektroniese komponente of mikrobeheerders. Die konsep van konfigureerbare gemengde sein geïntegreerde stroombane (CMIC) bied egter 'n aantreklike alternatief, gegewe die buigbaarheid van die ontwerp, lae koste, ontwikkelingstyd en gemak. Baie streke en lande vorder na meer ingewikkelde roosters wat 'n groter aantal veranderlikes kan akkommodeer om verkeersligte te beheer. Baie verkeersligte maak egter steeds gebruik van vaste tydsbeheer, soos elektro-meganiese seinbeheerders. Die doel van hierdie aansoeknota is om aan te toon hoe 'n mens 'n GreenPAK's Asynchronous State Machine (ASM) kan gebruik om 'n vereenvoudigde verkeersseinbeheerder te ontwikkel om 'n vaste-tydbeheerder te vervang. Hierdie verkeerssein reguleer verkeer wat deur die kruising van 'n besige hoofstraat en 'n ligte systraat gaan. Die beheerder beheer die volgorde van twee verkeersseine wat by die hoof- en systraat geïnstalleer is. 'N Sensorsignaal wat die teenwoordigheid van systraatverkeer opspoor, word aan die beheerder gestuur, wat in samewerking met twee tydtellers die volgorde van die verkeersseine sou beheer. 'N Finite state machine (FSM) skema word ontwikkel wat verseker dat aan die vereistes van die volgorde van die verkeersseine voldoen word. Die beheer logika word geïmplementeer met behulp van 'n dialoogvenster GreenPAK ™ SLG46537 konfigureerbare gemengde sein IC.

Hieronder het ons die nodige stappe beskryf om te verstaan hoe die GreenPAK -chip geprogrammeer is om die Traffic Signal Controller te skep. As u egter net die resultaat van die programmering wil kry, laai GreenPAK -sagteware af om die reeds voltooide GreenPAK -ontwerplêer te sien. Koppel die GreenPAK Development Kit aan op u rekenaar en klik op die program om die persoonlike IC vir die Traffic Signal Controller te skep.

Stap 1: Vereistes

Beskou 'n verkeersscenario met die tydsvereistes van verkeersseine vanaf die hoof- en systraat, soos getoon in figuur 1. Die stelsel het ses toestande en sal van een toestand na 'n ander beweeg, afhangende van sekere vooraf gedefinieerde toestande. Hierdie voorwaardes is gebaseer op drie timers; 'n lang timer TL = 25 s, 'n kort timer TS = 4 s en 'n tydelike timer Tt = 1 s. Boonop word die digitale insette van die syverkeersensor opgemerk. 'N Deeglike beskrywing van elk van die ses stelseltoestande en die toestandoorgangsbeheer seine word hieronder gegee: In die eerste toestand is die hoofsein groen terwyl die sysein rooi is. Die stelsel bly in hierdie toestand totdat die lang timer (TL = 25 s) verstryk, of solank daar geen voertuig in die systraat is nie. As 'n voertuig in die systraat teenwoordig is na die verstryking van die lang timer, sal die stelsel 'n toestandverandering ondergaan wat na die tweede toestand oorgaan. In die tweede toestand word die hoofsein geel terwyl die sysein rooi bly gedurende die kort tydteller (TS = 4 s). Na 4 sekondes beweeg die stelsel in die derde toestand. In die derde toestand verander die hoofsein na rooi en bly die sysein rooi vir die tydsverloop (Tt = 1 s). Na 1 sekonde beweeg die stelsel na die vierde toestand. Tydens die vierde toestand is die hoofsein rooi terwyl die sysein na groen verander. Die stelsel bly in hierdie toestand tot die verstryking van die tydteller (TL = 25 s) en daar is 'n paar voertuie in die systraat. Sodra die lang timer verstryk, of daar is geen voertuig in die systraat nie, gaan die stelsel oor in die vyfde toestand. Gedurende die vyfde toestand is die hoofsein rooi terwyl die sysein geel is vir die duur van die kort timer (TS = 4 s). Na 4 sekondes beweeg die stelsel in die sesde toestand. In die sesde en die laaste toestand van die stelsel is beide die hoof- en die seine rooi vir die tydperk van die tydelike timer (Tt = 1 s). Daarna gaan die stelsel terug na die eerste toestand en begin weer. Die derde en sesde state bied 'n buffertoestand waar beide (hoof- en sy-) seine vir 'n kort tydperk rooi bly tydens die omskakeling. Staat 3 en 6 is soortgelyk en lyk moontlik oorbodig, maar dit laat die implementering van die voorgestelde skema eenvoudig toe.

Stap 2: Implementeringskema

'N Volledige blokdiagram van die stelsel word getoon in Figuur 2. Hierdie figuur illustreer die algehele struktuur, funksie van die stelsel en gee 'n lys van al die vereiste insette en uitsette. Die voorgestelde verkeersseinbeheerder is opgebou rondom die konsep van die eindige staatsmasjien (FSM). Die tydsbepalingsvereistes wat hierbo beskryf word, word vertaal in 'n FSM van ses state, soos uitgebeeld in Figuur 3.

Die veranderings in die staatsverandering hierbo is: Vs-'n Voertuig is in die systraat

TL - Die timer van 25 s (lang timer) is aan

TS - Die 4 s -timer (kort timer) is aan

Tt - Die 1 s -timer (tydelike tydteller) is aan

Die Dialog GreenPAK CMIC SLG46537 is gekies vir die implementering van die FSM. Met hierdie uiters veelsydige toestel kan 'n wye verskeidenheid funksies met gemengde seine ontwerp word in 'n baie klein, lae krag enkel geïntegreerde stroombaan. Verder bevat die IC 'n ASM -makrosel wat ontwerp is om die gebruiker in staat te stel om staatsmasjiene met tot 8 toestande te skep. Die gebruiker het die buigsaamheid om die aantal toestande, die toestandoorgange en die insetseine te definieer wat oorgange van een toestand na 'n ander toestand sal veroorsaak.

Stap 3: Implementering met behulp van GreenPAK

Die FSM wat ontwikkel is vir die werking van die verkeersbeheerder, word geïmplementeer met behulp van SLG46537 GreenPAK. In die GreenPak Designer word die skema geïmplementeer soos in Figuur 4 getoon.

PIN3 en PIN4 word as digitale invoerpenne opgestel; PIN3 is gekoppel aan die sensorinvoer van die systraatvoertuie en PIN4 word gebruik vir stelselherstel. PIN 5, 6, 7, 14, 15 en 16 word as uitvoerpenne opgestel. PIN 5, 6 en 7 word deurgegee aan onderskeidelik die rooi, geel en groen lig bestuurders van die sysein. PIN 14, 15 en 16 word deurgegee aan onderskeidelik die groen, geel en rooi lig bestuurders van die hoofsein. Dit voltooi die I/O -opset van die skema. In die kern van die skematiese lê die ASM -blok. Die insette van die ASM -blok, wat toestandveranderinge reguleer, word verkry uit kombinatoriese logika met behulp van drie teen-/vertragingsblokke (TS, TL en TT) en die insette van die syvoertuigsensor. Die kombinatoriese logika word verder gekwalifiseer deur gebruik te maak van die staatsinligting wat aan LUT's teruggestuur word. Staatsinligting van eerste, tweede, vierde en vyfde state word verkry met behulp van kombinasies van B0- en B1 -uitsette van die ASM -blok. Die kombinasies van B0 en B1 wat ooreenstem met die eerste, tweede, vierde en vyfde toestande is (B0 = 0, B1 = 0), (B0 = 1, B1 = 0), (B0 = 1, B1 = 1) en (B0 = 0, B1 = 1) onderskeidelik. Die state -inligting van die 3de en 6de state word direk verkry deur die AND -operateur toe te pas op die belangrikste rooi en syrooi seine. Deur hierdie toestande -inligting aan die kombinatoriese logika toe te voer, verseker dat slegs die relevante tydtellers geaktiveer word. Ander uitsette van die ASM -blok word toegeskryf aan die hoofverkeersligte (hoofrooi, hoofgeel en hoofgroen) en syverkeersligte (syrooi, sygeel en sygroen).

Die opset van die ASM -blok word getoon in Figuur 5 en Figuur 6. Die toestande wat in Figuur 5 getoon word, stem ooreen met die gedefinieerde eerste, tweede, derde, vierde, vyfde en sesde toestande wat in Figuur 3 getoon word. blok word in figuur 6 getoon.

Die tydtellers TL, TS en TT word geïmplementeer met behulp van die teller-/vertragingsblokke CNT1/DLY1, CNT2/DLY2 en CNT3/DLY3 onderskeidelik. Al hierdie drie blokke is in die vertragingsmodus gekonfigureer met opsporing van stygende kante. Soos in Figuur 3 getoon, aktiveer die eerste en vierde toestande TL, die tweede en vyfde toestande aktiveer TS, en die derde en sesde state aktiveer TT met behulp van kombinatoriese logika. Namate die vertragingstimers geaktiveer word, bly hul uitsette 0 totdat die gekonfigureerde vertraging sy duur voltooi het. Op hierdie manier is die TL ', TS' en TT '

seine word direk verkry uit die uitsette van CNT1/DLY1, CNT2/DLY2 en CNT3/DLY3 blokke. TS 'word direk gevoer na die oorgang insette van die tweede en vyfde state, terwyl TT' oorgedra word na die oorgang insette van die derde en sesde toestand. TL, aan die ander kant, word oorgedra na kombinatoriese logiese blokke (LUT's) wat die seine TL 'Vs en TL'+ VS 'gee wat na die oorgangsinsette van onderskeidelik die eerste en 4de state gevoer word. Dit voltooi die implementering van die FSM met behulp van die GreenPAK -ontwerper.

Stap 4: Resultate

Vir toetsdoeleindes word die ontwerp op die GreenPAK Universal Development Board nagevolg met behulp van die SLG46537. Die verkeersligte seine (gelyk aan digitale uitsetpenne 5, 6, 7, 14, 15 en 16) word gebruik om die LED's wat reeds op die GreenPAK Development Board beskikbaar is, te aktiveer om die gedrag van die FSM visueel te waarneem. Om die dinamiese gedrag van die ontwikkelde skema volledig te ondersoek, het ons 'n Arduino UNO -bord gebruik om met die SLG46537 te skakel. Die Arduino -bord verskaf die invoer van die voertuigopsporingsensor en seinstelselherstelseine na die skema terwyl dit die verkeersligseine van die stelsel af ontvang. Die Arduino-bord word gebruik as 'n multi-kanaal logiese ontleder om die tydelike werking van die stelsel op te teken en grafies aan te toon. Twee scenario's wat die algemene gedrag van die stelsel beskryf, word ontwikkel en getoets. Figuur 7 toon die eerste scenario van die skema wanneer sommige voertuie altyd in die systraat teenwoordig is. As die herstelsignaal bevestig word, begin die stelsel in die eerste toestand met slegs die hoofgroen en syrooi seine aan en al die ander seine is afgeskakel. Aangesien syvoertuie altyd teenwoordig is, volg die volgende oorgang na die tweede toestand 25 sekondes later, en skakel die hoofgeel en die rooi syseine aan. Vier sekondes later betree die ASM die derde toestand waar die hoofrooi en syrooi seine vir 1 sekonde aan bly. Die stelsel gaan dan in die vierde toestand met die belangrikste rooi en sygroen seine aan. Aangesien die syvoertuie altyd teenwoordig is, vind die volgende oorgang 25 sekondes later plaas, sodat die ASM na die vyfde toestand beweeg. Die oorgang van die vyfde na die sesde toestand vind plaas 4 sekondes later namate TS verstryk. Die stelsel bly vir 'n tydperk van 1 sekonde in die sesde toestand voordat die ASM weer die eerste toestand binnegaan.

Figuur 8 toon die gedrag van die skema in die tweede scenario, wanneer 'n paar syvoertuie teen die verkeerssein teenwoordig is. Die gedrag van die stelsel funksioneer volgens ontwerp. Die stelsel begin in die eerste toestand met slegs die belangrikste groen en syrooi seine aan en al die ander seine wat 25 sekondes later afgeskakel word, volg die volgende oorgang, aangesien daar 'n syvoertuig is. Die hoofgeel en syrooi seine word in die tweede toestand aangeskakel. Na 4 sekondes betree die ASM die derde toestand met die belangrikste rooi en syrooi seine aangeskakel. Die stelsel bly vir 1 sekonde in die derde toestand en beweeg dan na die vierde toestand terwyl die hoofrooi en die sygroen groen bly. Sodra die voertuigsensor -inset laag is (wanneer al die syvoertuie verby is), gaan die stelsel in die vyfde toestand waar die hoofrooi en sygeel aan is. Nadat hy vier sekondes in die vyfde toestand gebly het, beweeg die stelsel na die sesde toestand en verander beide hoof- en syseine rooi. Hierdie seine bly vir 1 sekonde rooi voordat die ASM weer in die eerste toestand kom. Werklike scenario's sou gebaseer wees op 'n kombinasie van hierdie twee beskryf scenario's wat blykbaar korrek werk.

Gevolgtrekking In hierdie app is 'n verkeersbeheerder wat verkeer deur die kruising van 'n besige hoofstraat en 'n ligte systraat bestuur, geïmplementeer met behulp van 'n Dialog GreenPAK SLG46537. Die skema is gebaseer op 'n ASM wat verseker dat aan die volgordevereistes van die verkeersseine voldoen word. Die gedrag van die ontwerp is geverifieer deur verskeie LED's en 'n Arduino UNO -mikrobeheerder. Die resultate het bevestig dat die ontwerpdoelwitte bereik is. Die belangrikste voordeel van die gebruik van die Dialog -produk is om die behoefte van diskrete elektroniese komponente en mikrobeheerder te vermy om dieselfde stelsel te bou. Die bestaande ontwerp kan uitgebrei word deur 'n insetsein van 'n drukknop by te voeg vir voetgangers wat die besige straat wil oorsteek. Die sein kan na 'n OF -hek gestuur word, tesame met die sein van die ingangssensor aan die sykant om die eerste toestandverandering te veroorsaak. Om die veiligheid van die voetganger nou te verseker, is daar egter 'n bykomende vereiste om 'n minimum tyd in die vierde deelstaat deur te bring. Dit kan maklik bereik word met 'n ander timerblok. Die groen en rooi seine op die systraat se verkeerssein kan nou ook na die voetgangers seine in die systraat gevoer word.