Trafik Sinyal Kontrolörü: 4 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:17

Sıklıkla, yoğun bir cadde ile az kullanılan bir yan sokağın kesiştiği noktada trafiğin koordinasyonu için esnek trafik sinyal dizilerinin gerekli olduğu senaryolar vardır. Bu gibi durumlarda, diziler farklı zamanlayıcılar ve yan sokaktan bir trafik algılama sinyali kullanılarak kontrol edilebilir. Bu gereksinimler, örneğin geleneksel yöntemlerle karşılanabilir. ayrı elektronik bileşenlerden veya mikro denetleyicilerden yapı taşları kullanmak. Bununla birlikte, yapılandırılabilir karışık sinyal entegre devreleri (CMIC) kavramı, tasarım esnekliği, düşük maliyeti, geliştirme süresi ve rahatlığı göz önüne alındığında çekici bir alternatif sunar. Birçok bölge ve ülke, trafik ışıklarını kontrol etmek için daha fazla sayıda değişkeni barındırabilen daha karmaşık şebekelere doğru ilerliyor. Bununla birlikte, birçok trafik ışığı hala elektro-mekanik sinyal kontrolörleri gibi sabit zaman kontrolünü kullanmaktadır. Bu uygulama notunun amacı, sabit zamanlı bir kontrolörün yerini alacak basitleştirilmiş bir trafik sinyali kontrolörü geliştirmek için GreenPAK'ın Eşzamansız Durum Makinesinin (ASM) nasıl kullanılabileceğini göstermektir. Bu trafik sinyali, yoğun bir ana cadde ile az kullanılan bir yan sokağın kesiştiği yerden geçen trafiği düzenler. Kontrolör, ana ve yan sokağa kurulan iki trafik sinyalinin sırasını kontrol edecektir. Yan sokak trafiğinin varlığını algılayan bir sensör sinyali, iki zamanlayıcı ile birlikte trafik sinyallerinin sırasını kontrol edecek olan kontrolöre beslenir. Trafik sinyalleri dizisinin gereksinimlerinin karşılanmasını sağlayan bir sonlu durum makinesi (FSM) şeması geliştirilmiştir. Kontrolör mantığı, GreenPAK™ SLG46537 yapılandırılabilir karışık sinyal IC iletişim kutusu kullanılarak uygulanır.

Aşağıda GreenPAK çipinin Trafik Sinyali Denetleyicisini oluşturmak için nasıl programlandığını anlamak için gereken adımları açıkladık. Ancak, sadece programlamanın sonucunu almak istiyorsanız, halihazırda tamamlanmış GreenPAK Tasarım Dosyasını görüntülemek için GreenPAK yazılımını indirin. GreenPAK Geliştirme Kitini bilgisayarınıza takın ve Trafik Sinyali Denetleyicisi için özel IC'yi oluşturmak için programa basın.

Adım 1: Gereksinimler

Şekil 1'de gösterildiği gibi ana ve yan sokaktan gelen trafik sinyallerinin zamanlama gereksinimlerine sahip bir trafik senaryosu düşünün. Sistemin altı durumu vardır ve önceden tanımlanmış belirli koşullara bağlı olarak bir durumdan diğerine geçecektir. Bu koşullar üç zamanlayıcıya dayalıdır; uzun bir zamanlayıcı TL =25 s, kısa bir zamanlayıcı TS = 4 s ve bir geçici zamanlayıcı Tt = 1 s. Ek olarak, yan trafik algılama sensöründen dijital giriş gereklidir. Altı sistem durumunun ve durum geçiş kontrol sinyallerinin her birinin ayrıntılı bir açıklaması aşağıda verilmiştir: İlk durumda, yan sinyal kırmızı iken ana sinyal yeşildir. Sistem, uzun zamanlayıcı (TL = 25 s) bitene kadar veya ara sokakta araç olmadığı sürece bu durumda kalacaktır. Uzun sürenin bitiminden sonra ara sokakta bir araç varsa, sistem ikinci duruma hareket eden bir durum değişikliğine uğrayacaktır. İkinci durumda, kısa zamanlayıcı (TS = 4 s) süresince yan sinyal kırmızı kalırken ana sinyal sarıya döner. 4 saniye sonra sistem üçüncü duruma geçer. Üçüncü durumda, ana sinyal kırmızıya döner ve yan sinyal, geçici zamanlayıcı (Tt =1 s) süresince kırmızı kalır. 1 saniye sonra sistem dördüncü duruma geçer. Dördüncü durum sırasında ana sinyal kırmızı, yan sinyal ise yeşile döner. Sistem uzun süre (TL=25 s) bitene kadar bu durumda kalacaktır ve ara sokakta bazı araçlar bulunmaktadır. Uzun zamanlayıcı sona erdiğinde veya ara sokakta araç olmadığında sistem beşinci duruma geçecektir. Beşinci durum sırasında ana sinyal kırmızı, yan sinyal ise kısa zamanlayıcı süresi boyunca sarıdır (TS = 4 s). 4 saniye sonra sistem altıncı duruma geçecektir. Sistemin altıncı ve son durumunda, geçici zamanlayıcı (Tt =1 s) periyodu için hem ana hem de yan sinyaller kırmızıdır. Bundan sonra sistem ilk durumuna geri döner ve yeniden başlar. Üçüncü ve altıncı durumlar, geçiş sırasında her iki (ana ve yan) sinyalin kısa bir süre kırmızı kaldığı bir tampon durumu sağlar. Durum 3 ve 6 benzerdir ve gereksiz görünebilir, ancak bu önerilen planın uygulanmasının basit olmasını sağlar.

Adım 2: Uygulama Şeması

Sistemin tam bir blok şeması Şekil 2'de gösterilmiştir. Bu şekil, sistemin genel yapısını, işlevini gösterir ve gerekli tüm girdi ve çıktıları listeler. Önerilen trafik sinyal kontrolörü, sonlu durum makinesi (FSM) konsepti etrafında inşa edilmiştir. Yukarıda açıklanan zamanlama gereksinimleri, Şekil 3'te gösterildiği gibi altı durumlu bir FSM'ye çevrilir.

Yukarıda gösterilen durum değişikliği değişkenleri şunlardır: Vs – Yan sokakta bir araç var

TL – 25 s zamanlayıcı (uzun zamanlayıcı) açık

TS – 4 s zamanlayıcı (kısa zamanlayıcı) açık

Tt – 1 sn zamanlayıcı (geçici zamanlayıcı) açık

FSM'nin uygulanması için Dialog GreenPAK CMIC SLG46537 seçilmiştir. Bu son derece çok yönlü cihaz, çok küçük, düşük güçlü tek bir entegre devre içinde çok çeşitli karışık sinyal işlevlerinin tasarlanmasına izin verir. Ayrıca, IC, kullanıcının 8 adede kadar duruma sahip durum makineleri oluşturmasına izin vermek için tasarlanmış bir ASM makro hücresi içerir. Kullanıcı, durum sayısını, durum geçişlerini ve bir durumdan diğerine geçişlere neden olacak giriş sinyallerini tanımlama esnekliğine sahiptir.

Adım 3: GreenPAK Kullanarak Uygulama

Trafik kontrolörünün çalışması için geliştirilen FSM, SLG46537 GreenPAK kullanılarak uygulanmaktadır. GreenPak Designer'da şema, Şekil 4'te gösterildiği gibi uygulanmaktadır.

PIN3 ve PIN4, dijital giriş pinleri olarak yapılandırılmıştır; PIN3, yan yol araçları sensör girişine bağlanır ve PIN4 sistem sıfırlaması için kullanılır. 5, 6, 7, 14, 15 ve 16 numaralı pinler çıkış pinleri olarak yapılandırılmıştır. PIN 5, 6 ve 7, sırasıyla yan sinyalin kırmızı, sarı ve yeşil ışık sürücülerine iletilir. 14, 15 ve 16 numaralı PIN'ler ana sinyalin sırasıyla yeşil, sarı ve kırmızı ışıklı sürücülerine iletilir. Bu, şemanın G/Ç yapılandırmasını tamamlar. Şemanın kalbinde ASM bloğu bulunur. Durum değişikliklerini düzenleyen ASM bloğunun girişleri, üç sayaç/gecikme bloğu (TS, TL ve TT) ve yan araç sensöründen gelen giriş kullanılarak kombinatoryal mantıktan elde edilir. Kombinatoryal mantık, LUT'lere geri beslenen durum bilgisi kullanılarak ayrıca nitelenir. Birinci, ikinci, dördüncü ve beşinci durumların durum bilgisi, ASM bloğunun B0 ve B1 çıkışlarının kombinasyonları kullanılarak elde edilir. Birinci, ikinci, dördüncü ve beşinci durumlara karşılık gelen B0 ve B1 kombinasyonları (B0 = 0, B1 = 0), (B0 = 1, B1 = 0), (B0 = 1, B1 = 1) ve (B0) şeklindedir. = 0, B1 = 1) sırasıyla. 3. ve 6. durumların durum bilgileri, AND operatörü ana kırmızı ve yan kırmızı sinyallere doğrudan uygulanarak elde edilir. Bu durum bilgilerinin kombinatoryal mantığa beslenmesi, yalnızca ilgili zamanlayıcıların tetiklenmesini sağlar. ASM bloğunun diğer çıkışları, ana trafik ışıklarına (ana kırmızı, ana sarı ve ana yeşil) ve yan trafik ışıklarına (yan kırmızı, yan sarı ve yan yeşil) atanır.

ASM bloğunun konfigürasyonu Şekil 5 ve Şekil 6'da gösterilmiştir. Şekil 5'te gösterilen durumlar, Şekil 3'te gösterilen tanımlanmış birinci, ikinci, üçüncü, dördüncü, beşinci ve altıncı durumlara karşılık gelir. ASM'nin çıkış RAM konfigürasyonu. blok Şekil 6'da gösterilmiştir.

TL, TS ve TT zamanlayıcıları sırasıyla CNT1/DLY1, CNT2/DLY2 ve CNT3/DLY3 sayaç/gecikme blokları kullanılarak uygulanır. Tüm bu üç blok, yükselen kenar algılamalı gecikme modunda yapılandırılır. Şekil 3'te gösterildiği gibi, birinci ve dördüncü durumlar TL'yi tetikler, ikinci ve beşinci durumlar TS'yi tetikler ve üçüncü ve altıncı durumlar kombinatoryal mantık kullanarak TT'yi tetikler. Gecikme zamanlayıcıları tetiklendiğinde, yapılandırılmış gecikme süresini tamamlayana kadar çıkışları 0 olarak kalır. Bu şekilde TL', TS' ve TT'

sinyaller doğrudan CNT1/DLY1, CNT2/DLY2 ve CNT3/DLY3 bloklarının çıkışlarından elde edilir. TS' doğrudan ikinci ve beşinci durum geçiş girişlerine beslenirken, TT' üçüncü ve altıncı durum geçiş girişlerine iletilir. TL ise sırasıyla birinci ve 4. durumların geçiş girişlerine beslenen TL' Vs ve TL'+ VS' sinyallerini veren kombinatoryal mantık bloklarına (LUT'ler) geçirilir. Bu, GreenPAK tasarımcısını kullanarak FSM uygulamasını tamamlar.

4. Adım: Sonuçlar

Test amacıyla tasarım, SLG46537 kullanılarak GreenPAK Evrensel Geliştirme Kurulu'nda öykünülür. Trafik ışıkları sinyalleri (dijital çıkış pimleri 5, 6, 7, 14, 15 ve 16'ya eşittir), FSM'nin davranışını görsel olarak gözlemlemek için GreenPAK Geliştirme Kartında zaten mevcut olan LED'leri etkinleştirmek için kullanılır. Geliştirilen şemanın dinamik davranışını tam olarak araştırmak için SLG46537 ile arayüz oluşturmak için bir Arduino UNO kartı kullandık. Arduino kartı, sistemden trafik ışığı sinyallerini alırken, araç algılama sensör girişi ve sistem sıfırlama sinyallerini şemaya sağlar. Arduino kartı, sistemin zamansal işleyişini kaydetmek ve grafiksel olarak göstermek için çok kanallı bir mantık analizörü olarak kullanılır. Sistemin genel davranışını yakalayan iki senaryo geliştirilmiş ve test edilmiştir. Şekil 7, bazı araçların yan sokakta her zaman mevcut olduğu şemanın ilk senaryosunu göstermektedir. Sıfırlama sinyali etkinleştirildiğinde, sistem yalnızca ana yeşil ve yan kırmızı sinyaller açık ve diğer tüm sinyaller kapalı olarak ilk durumda başlar. Yan araç her zaman mevcut olduğundan, ikinci duruma bir sonraki geçiş, ana sarı ve yan kırmızı sinyallerin açılmasından 25 saniye sonra gelir. Dört saniye sonra ASM, ana kırmızı ve yan kırmızı sinyallerin 1 saniye boyunca açık kaldığı üçüncü duruma girer. Sistem daha sonra ana kırmızı ve yan yeşil sinyallerin açık olduğu dördüncü duruma girer. Yan araçlar her zaman mevcut olduğundan, bir sonraki geçiş 25 saniye sonra ASM'yi beşinci duruma getirerek gerçekleşir. Beşinci durumdan altıncı duruma geçiş, TS'nin süresi dolduktan 4 saniye sonra gerçekleşir. ASM ilk duruma yeniden girmeden önce sistem 1 saniye boyunca altıncı durumda kalır.

Şekil 8, trafik sinyalinde birkaç yan araç bulunduğunda, ikinci senaryodaki şemanın davranışını göstermektedir. Sistemin davranışının tasarlandığı gibi çalıştığı bulunmuştur. Sistem sadece ana yeşil ve yan kırmızı sinyaller açıkken ilk durumda başlar ve diğer tüm sinyaller 25 saniye sonra kapanır, bir yan araç mevcut olduğundan bir sonraki geçiş takip eder. Ana sarı ve yan kırmızı sinyaller ikinci durumda açılır. 4 saniye sonra ASM, ana kırmızı ve yan kırmızı sinyaller açık olarak üçüncü duruma girer. Sistem 1 saniye süreyle üçüncü durumda kalır ve ardından ana kırmızı ve yan yeşil yanarak dördüncü duruma geçer. Araç sensör girişi azalır düşmez (tüm yan araçlar geçtiğinde) sistem ana kırmızı ve yan sarının yandığı beşinci duruma geçer. Beşinci durumda dört saniye kaldıktan sonra sistem, hem ana hem de yan sinyalleri kırmızıya çevirerek altıncı duruma geçer. ASM ilk duruma tekrar girmeden önce bu sinyaller 1 saniye kırmızı kalır. Gerçek senaryolar, doğru çalıştığı tespit edilen bu iki açıklanan senaryonun bir kombinasyonuna dayanacaktır.

Sonuç Bu uygulamada, yoğun bir ana cadde ile az kullanılan bir yan caddenin kesişme noktasından geçen trafiği yönetebilen bir trafik kontrolörü, bir Dialog GreenPAK SLG46537 kullanılarak uygulandı. Şema, trafik sinyalleri dizisi gereksinimlerinin karşılanmasını sağlayan bir ASM'ye dayanmaktadır. Tasarımın davranışı birkaç LED ve bir Arduino UNO mikro denetleyicisi tarafından doğrulandı. Sonuçlar, tasarım hedeflerinin karşılandığını doğruladı. Dialog ürününü kullanmanın en önemli avantajı, aynı sistemi oluşturmak için ayrı elektronik bileşenler ve mikro denetleyici ihtiyacını ortadan kaldırmaktır. Mevcut tasarım, işlek caddeyi geçmek isteyen yayaların geçişi için bir butondan bir giriş sinyali eklenerek genişletilebilir. Sinyal, ilk durum değişikliğini tetiklemek için yan araç giriş sensöründen gelen sinyalle birlikte bir VEYA kapısına iletilebilir. Bununla birlikte, yayanın güvenliğini sağlamak için şimdi dördüncü durumda harcanacak minimum bir süre için ek bir gereklilik vardır. Bu, başka bir zamanlayıcı bloğu kullanılarak kolayca gerçekleştirilebilir. Yan sokak trafik sinyalindeki yeşil ve kırmızı sinyaller artık yan sokaktaki yan yaya sinyallerine de beslenebilir.