Traffic Signal Controller: 4 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:26

Der eksisterer ofte scenarier, hvor der kræves fleksible trafiksignalsekvenser til koordinering af trafik gennem krydset mellem en travl gade og en let brugt sidegade. I sådanne situationer kan sekvenserne styres ved hjælp af forskellige timere og et trafikdetekteringssignal fra sidegaden. Disse krav kan opfyldes ved konventionelle metoder f.eks. ved hjælp af byggesten fra diskrete elektroniske komponenter eller mikrokontroller. Konceptet med konfigurerbare blandede signalintegrerede kredsløb (CMIC) giver imidlertid et attraktivt alternativ i betragtning af dets designfleksibilitet, lave omkostninger, udviklingstid og bekvemmelighed. Mange regioner og lande skrider frem til mere komplicerede net, der kan rumme et større antal variabler til styring af lyskryds. Mange lyskryds anvender imidlertid stadig fast tidskontrol, såsom elektromekaniske signalstyringer. Formålet med denne applikationsnotat er at vise, hvordan man kan bruge en GreenPAK's Asynchronous State Machine (ASM) til at udvikle en forenklet trafiksignalcontroller til udskiftning af en fast-time controller. Dette trafiksignal regulerer trafik, der passerer gennem krydset mellem en travl hovedgade og en let brugt sidegade. Controlleren ville kontrollere sekvensen af to trafiksignaler, som er installeret på hovedgaden og sidegaden. Et sensorsignal, der registrerer tilstedeværelsen af sidegadetrafik, føres til controlleren, der i forbindelse med to timere ville kontrollere sekvensen af trafiksignalerne. En finite state machine (FSM) -ordning er udviklet, der sikrer, at kravene i trafiksignalsekvensen er opfyldt. Controllerlogikken implementeres ved hjælp af en dialogboks GreenPAK ™ SLG46537 konfigurerbart blandet signal IC.

Nedenfor beskrev vi de nødvendige trin for at forstå, hvordan GreenPAK -chippen er blevet programmeret til at oprette Traffic Signal Controller. Men hvis du bare vil få resultatet af programmeringen, skal du downloade GreenPAK -software for at se den allerede gennemførte GreenPAK -designfil. Tilslut GreenPAK Development Kit til din computer, og tryk på programmet for at oprette den brugerdefinerede IC til Traffic Signal Controller.

Trin 1: Krav

Overvej et trafikscenario med timingskrav for trafiksignaler fra hoved- og sidegaden, som vist i figur 1. Systemet har seks tilstande og vil bevæge sig fra den ene tilstand til den anden afhængigt af visse foruddefinerede forhold. Disse betingelser er baseret på tre timere; en lang timer TL = 25 s, en kort timer TS = 4 s og en forbigående timer Tt = 1 s. Derudover er den digitale indgang fra sidetrafikdetekteringssensor påkrævet. En grundig beskrivelse af hver af de seks systemtilstande og tilstandsovergangskontrolsignalerne er givet nedenfor: I den første tilstand er hovedsignalet grønt, mens sidesignalet er rødt. Systemet forbliver i denne tilstand, indtil den lange timer (TL = 25 s) udløber, eller så længe der ikke er et køretøj på sidegaden. Hvis et køretøj er til stede på sidegaden efter udløbet af den lange timer, vil systemet undergå en tilstandsændring, der flytter til den anden tilstand. I den anden tilstand bliver hovedsignalet gult, mens sidesignalet forbliver rødt i den korte timers varighed (TS = 4 s). Efter 4 sekunder går systemet over i den tredje tilstand. I den tredje tilstand skifter hovedsignalet til rødt, og sidesignalet forbliver rødt i den midlertidige timers varighed (Tt = 1 s). Efter 1 sekund flytter systemet til den fjerde tilstand. Under den fjerde tilstand er hovedsignalet rødt, mens sidesignalet bliver grønt. Systemet forbliver i denne tilstand indtil udløbet af den lange timer (TL = 25 s), og der er nogle køretøjer til stede på sidegaden. Så snart den lange timer udløber, eller der ikke er noget køretøj på sidegaden, vil systemet overgå til den femte tilstand. Under den femte tilstand er hovedsignalet rødt, mens sidesignalet er gult i den korte timers varighed (TS = 4 s). Efter 4 sekunder vil systemet bevæge sig ind i den sjette tilstand. I systemets sjette og sidste tilstand er både hoved- og sidesignalerne røde for perioden med den midlertidige timer (Tt = 1 s). Derefter går systemet tilbage til den første tilstand og starter forfra. Den tredje og sjette tilstand giver en buffertilstand, hvor begge (hoved- og sidesignaler) forbliver røde i en kort periode under skift. Stat 3 og 6 ligner hinanden og kan virke overflødige, men dette gør det let at gennemføre den foreslåede ordning.

Trin 2: Implementeringsordning

Et komplet blokdiagram over systemet er vist i figur 2. Denne figur illustrerer systemets overordnede struktur, funktion og viser alle de nødvendige input og output. Den foreslåede trafiksignalcontroller er bygget op omkring konceptet med finite state machine (FSM). Tidskravene beskrevet ovenfor oversættes til en seks -staters FSM som afbildet i figur 3.

Statsændringsvariablerne vist ovenfor er: Vs-Et køretøj er til stede på sidegaden

TL - 25 s timeren (lang timer) er tændt

TS - 4 s timeren (kort timer) er tændt

Tt - 1 s -timeren (forbigående timer) er tændt

Dialog GreenPAK CMIC SLG46537 er valgt til implementering af FSM. Denne meget alsidige enhed gør det muligt at designe en lang række blandede signalfunktioner inden for et meget lille enkelt integreret kredsløb med lav effekt. Desuden indeholder IC en ASM -makrocelle designet til at give brugeren mulighed for at oprette statsmaskiner med op til 8 tilstande. Brugeren har fleksibiliteten til at definere antallet af tilstande, tilstandsovergange og indgangssignaler, der vil forårsage overgange fra en tilstand til en anden tilstand.

Trin 3: Implementering ved hjælp af GreenPAK

FSM udviklet til driften af trafikcontrolleren implementeres ved hjælp af SLG46537 GreenPAK. I GreenPak Designer er ordningen implementeret som vist i figur 4.

PIN3 og PIN4 er konfigureret som digitale indgangsstifter; PIN3 er forbundet til sidegadekøretøjssensorindgang, og PIN4 bruges til systemnulstilling. PIN 5, 6, 7, 14, 15 og 16 er konfigureret som output pins. PIN -koder 5, 6 og 7 overføres til sidesignalets henholdsvis røde, gule og grønne lysdrivere. PIN-koder 14, 15 og 16 videregives til hovedsignalets henholdsvis grønne, gule og røde lys-drivere. Dette fuldender I/O -konfigurationen af ordningen. I hjertet af skematikken ligger ASM -blokken. ASM -blokens input, som regulerer tilstandsændringer, hentes fra kombinatorisk logik ved hjælp af tre tæller-/forsinkelsesblokke (TS, TL og TT) og input fra sidekøretøjssensoren. Den kombinatoriske logik er yderligere kvalificeret ved hjælp af tilstandsinformationen, der tilbageføres til LUT'er. Tilstandsinformation for første, anden, fjerde og femte tilstand opnås ved hjælp af kombinationer af B0- og B1 -udgange fra ASM -blokken. Kombinationerne af B0 og B1 svarende til den første, anden, fjerde og femte tilstand er (B0 = 0, B1 = 0), (B0 = 1, B1 = 0), (B0 = 1, B1 = 1) og (B0 = 0, B1 = 1). Tilstandsoplysningerne i 3. og 6. tilstand opnås direkte ved at anvende AND -operatoren til de vigtigste røde og siderøde signaler. Feeding af disse tilstandsoplysninger til den kombinatoriske logik sikrer, at kun de relevante timere udløses. Andre udgange af ASM -blokken er tildelt de vigtigste lyskryds (hovedrødt, hovedgult og hovedgrønt) og sidetrafiklys (side rødt, sidegult og sidegrønt).

Konfigurationen af ASM -blokken er vist i figur 5 og figur 6. Tilstandene vist i figur 5 svarer til den definerede første, anden, tredje, fjerde, femte og sjette tilstand vist i figur 3. Output -RAM -konfigurationen af ASM blok er vist i figur 6.

Timerne TL, TS og TT implementeres ved hjælp af henholdsvis tæller-/forsinkelsesblokkene CNT1/DLY1, CNT2/DLY2 og CNT3/DLY3. Alle disse tre blokke er konfigureret i forsinkelsestilstand med stigende kantregistrering. Som vist i figur 3 udløser den første og fjerde tilstand TL, den anden og femte tilstand udløser TS, og den tredje og sjette tilstand udløser TT ved hjælp af kombinatorisk logik. Når forsinkelsestimerne udløses, forbliver deres output 0, indtil den konfigurerede forsinkelse fuldender dets varighed. På denne måde TL’, TS’ og TT’

signaler hentes direkte fra output fra CNT1/DLY1, CNT2/DLY2 og CNT3/DLY3 blokke. TS’føres direkte til den anden og femte tilstands overgangsindgang, mens TT’ sendes til den tredje og sjette tilstands overgangsinput. TL, på den anden side, overføres til kombinatoriske logiske blokke (LUT'er), der giver signalerne TL 'Vs og TL'+ VS ', der føres til overgangsindgangene i henholdsvis den første og 4. tilstand. Dette fuldender implementeringen af FSM ved hjælp af GreenPAK -designeren.

Trin 4: Resultater

Til testformål emuleres designet på GreenPAK Universal Development Board ved hjælp af SLG46537. Lyskrydsignalerne (svarende til digitale udgangsstifter 5, 6, 7, 14, 15 og 16) bruges til at aktivere de lysdioder, der allerede er tilgængelige på GreenPAK Development Board for visuelt at observere FSM's adfærd. For fuldt ud at undersøge den udviklede ordnings dynamiske adfærd brugte vi et Arduino UNO -kort til at interface med SLG46537. Arduino -kortet giver input til køretøjsdetekteringssensoren og systemnulstillingssignaler til systemet, mens det får lyskrydsignalerne fra systemet. Arduino-kortet bruges som en multi-channel logic analysator til at registrere og grafisk vise systemets tidsmæssige funktion. To scenarier, der fanger systemets generelle adfærd, er udviklet og testet. Figur 7 viser det første scenario i ordningen, når nogle køretøjer altid er til stede på sidegaden. Når nulstillingssignalet bekræftes, starter systemet i første tilstand med kun hovedsignaler grønne og røde sider på og alle de andre signaler er slukket. Da sidekøretøj altid er til stede, følger den næste overgang til den anden tilstand 25 sekunder senere, når de gule og røde sider signaleres. Fire sekunder senere går ASM ind i den tredje tilstand, hvor de vigtigste røde og siderøde signaler forbliver tændt i 1 sekund. Systemet går derefter ind i den fjerde tilstand med de vigtigste røde og grønne sider signaler tændt. Da sidekøretøjerne altid er til stede, finder den næste overgang sted 25 sekunder senere, når ASM flyttes til den femte tilstand. Overgangen fra femte til sjette tilstand sker 4 sekunder senere, da TS udløber. Systemet forbliver i den sjette tilstand i 1 sekund, før ASM genåbner den første tilstand.

Figur 8 viser ordningens opførsel i det andet scenario, når et par sidekøretøjer er til stede ved trafiksignalet. Det viser sig, at systemets adfærd fungerer som designet. Systemet starter i den første tilstand med kun grønne og røde sider signaler tændt og alle de andre signaler, der skal være slukket 25 sekunder senere, følger den næste overgang, da der er et sidekøretøj til stede. De primære gule og siderøde signaler tændes i den anden tilstand. Efter 4 sekunder går ASM ind i den tredje tilstand med de vigtigste røde og siderøde signaler slået til. Systemet forbliver i den tredje tilstand i 1 sekund og flytter derefter til den fjerde tilstand med hovedrød og side grøn på. Så snart bilens sensorindgang går lavt (når alle sidekøretøjer er passeret), går systemet i den femte tilstand, hvor hovedrød og gul side er tændt. Efter at have opholdt sig i den femte tilstand i fire sekunder, bevæger systemet sig til den sjette tilstand, og både hoved- og sidesignalerne bliver røde. Disse signaler forbliver røde i 1 sekund, før ASM vender tilbage til den første tilstand. Faktiske scenarier ville være baseret på en kombination af disse to beskrevne scenarier, som viser sig at fungere korrekt.

Konklusion I denne app -note blev en trafikstyring, der kan styre trafik, der passerer gennem krydset mellem en travl hovedgade og en let brugt sidegade, implementeret ved hjælp af en Dialog GreenPAK SLG46537. Ordningen er baseret på en ASM, der sikrer, at trafiksignalernes sekvenskrav er opfyldt. Designets adfærd blev verificeret af flere lysdioder og en Arduino UNO mikrokontroller. Resultaterne bekræftede, at designmålene blev opfyldt. Den største fordel ved at bruge Dialog -produktet er at undgå behovet for diskrete elektroniske komponenter og mikrokontroller for at bygge det samme system. Det eksisterende design kan udvides ved at tilføje et indgangssignal fra en trykknap til passage af fodgængere, der ønsker at krydse den travle gade. Signalet kan sendes til en ELLER -gate sammen med signal fra sidevognens indgangssensor for at udløse den første tilstandsændring. For at sikre fodgængerens sikkerhed nu er der imidlertid et yderligere krav om en minimumstid, der skal bruges i den fjerde stat. Dette kan let opnås ved hjælp af en anden timerblok. De grønne og røde signaler på sidegadens trafiksignal kan nu også føres til sidegågadens signaler på sidegaden.