בקר אות תנועה: 4 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:12

לעתים קרובות קיימים תרחישים בהם נדרשים רצפי אותות תנועה גמישים לתיאום התנועה דרך צומת של רחוב סואן ורחוב צדדי קל לשימוש. במצבים כאלה, ניתן לשלוט ברצפים באמצעות טיימרים שונים ואות זיהוי תנועה מהרחוב הצדדי. ניתן לעמוד בדרישות אלו בשיטות קונבנציונאליות למשל שימוש באבני בניין מרכיבים אלקטרוניים נפרדים או מיקרו -בקרים. עם זאת, הרעיון של מעגלים משולבים עם אות מעורב הניתן להגדרה (CMIC) מספק אלטרנטיבה אטרקטיבית בהתחשב בגמישות העיצובית שלו, בעלות נמוכה, בזמן הפיתוח ובנוחות. אזורים ומדינות רבות מתקדמים לרשתות מסובכות יותר שיכולות להכיל מספר רב יותר של משתנים לשליטה ברמזורים. עם זאת, רמזורים רבים עדיין משתמשים בבקרת זמן קבועה, כגון בקרי אותות אלקטרו-מכניים. מטרת הערת יישום זו היא להראות כיצד ניתן להשתמש במכשיר המדינה האסינכרוני של GreenPAK (ASM) כדי לפתח בקר אות תעבורה פשוט להחלפת בקר בזמן קבוע. אות תנועה זה מסדיר את התנועה העוברת בצומת של רחוב ראשי סואן ורחוב צדדי קל לשימוש. הבקר ישלוט ברצף של שני אותות תנועה, המותקנים ברחוב הראשי והצדדי. אות חיישן המזהה את נוכחותה של תנועת רחובות צדדית מוזרם לבקר שיחד עם שני טיימרים ישלוט ברצף אותות התנועה. מפותחת תכנית מכשיר סופי (FSM) המבטיחה כי דרישות רצף אותות התנועה מתקיימות. לוגיקת הבקר מיושמת באמצעות תיבת דו -שיח GreenPAK ™ SLG46537 להגדרת אות מעורב.

להלן תיארנו את השלבים הדרושים כדי להבין כיצד תוכנן שבב GreenPAK ליצירת בקר אות התנועה. עם זאת, אם אתה רק רוצה לקבל את התוצאה של התכנות, הורד את תוכנת GreenPAK כדי לצפות בקובץ העיצוב GreenPAK שכבר הושלם. חבר את ערכת הפיתוח של GreenPAK למחשב שלך והקש על התוכנית כדי ליצור את ה- IC המותאם אישית לבקר אות התנועה.

שלב 1: דרישות

שקול תרחיש תעבורה עם דרישות העיתוי של אותות תנועה מהרחוב הראשי והצדדי, כפי שמוצג באיור 1. המערכת כוללת שש מצבים, ותעבור ממדינה אחת לאחרת בהתאם לתנאים מסוימים שהוגדרו מראש. תנאים אלה מבוססים על שלושה טיימרים; טיימר ארוך TL = 25 שניות, טיימר קצר TS = 4 שניות וטיימר חולף Tt = 1 שניות. בנוסף, יש צורך בקלט דיגיטלי מחיישן זיהוי תנועה צדדי. להלן תיאור מעמיק של כל אחת מששת מצבי המערכת ואותות בקרת המעבר למצב: במצב הראשון האות העיקרי ירוק ואילו האות הצדדי אדום. המערכת תישאר במצב זה עד שיסתיים הטיימר הארוך (TL = 25 שניות) או כל עוד אין רכב ברחוב הצדדי. אם רכב נמצא ברחוב הצדדי לאחר תום הטיימר הארוך, המערכת תעבור שינוי מצב שעובר למצב השני. במצב השני, האות הראשי הופך לצהוב ואילו האות הצדדי נשאר אדום למשך הטיימר הקצר (TS = 4 שניות). לאחר 4 שניות המערכת עוברת למצב השלישי. במצב השלישי, האות העיקרי משתנה לאדום והאות הצדדי נשאר אדום למשך זמן הטיימר החולף (Tt = 1 שניות). לאחר שנייה אחת המערכת עוברת למצב הרביעי. במהלך המצב הרביעי האות העיקרי אדום ואילו האות הצד הופך לירוק. המערכת תישאר במצב זה עד תום הטיימר הארוך (TL = 25 שניות) ויש כמה כלי רכב ברחוב הצדדי. ברגע שיסתיים הטיימר הארוך, או שאין רכב ברחוב הצדדי, המערכת תעבור למצב החמישי. במהלך המצב החמישי האות העיקרי אדום ואילו האות הצד צהוב למשך הטיימר הקצר (TS = 4 שניות). לאחר 4 שניות המערכת תעבור למצב השישי. במצב השישי והאחרון של המערכת, האות הראשי והצד הצדדי אדומים במשך תקופת הטיימר החולף (Tt = 1 s). לאחר מכן, המערכת חוזרת למצב הראשון ומתחילה מחדש. המדינה השלישית והשישית מספקות מצב חיץ שבו שני האותות (הראשי והצדדי) נשארים אדומים לפרק זמן קצר במהלך ההחלפה. מדינה 3 ו -6 דומות ואולי נראות מיותרות, אולם זה מאפשר ליישם את התוכנית המוצעת להיות פשוטה.

שלב 2: תכנית יישום

תרשים בלוקים מלא של המערכת מוצג באיור 2. איור זה ממחיש את המבנה הכולל, הפונקציה של המערכת, ומפרט את כל התשומות והתפוקות הנדרשות. בקר איתותי התנועה המוצע נבנה סביב תפיסת מכונת המדינה הסופית (FSM). דרישות העיתוי המתוארות לעיל מתורגמות ל- FSM של שישה מדינות כפי שמתואר באיור 3.

משתני שינוי המצב המוצגים למעלה הם: Vs-רכב נמצא ברחוב הצדדי

TL - טיימר 25 השעות (טיימר ארוך) פועל

TS - טיימר 4 השעות (טיימר קצר) פועל

Tt - הטיימר של 1 s (טיימר חולף) פועל

Dialog GreenPAK CMIC SLG46537 נבחר ליישום FSM. מכשיר רב תכליתי זה מאפשר לעצב מגוון רחב של פונקציות מעורבות-אות בתוך מעגל משולב יחיד קטן במיוחד בעל הספק נמוך. יתר על כן, ה- IC מכיל תאי מקרו ASM שנועדו לאפשר למשתמש ליצור מכונות מדינה בעלות עד 8 מצבים. למשתמש יש את הגמישות להגדיר את מספר המצבים, מעברי המצב ואותות הקלט שיגרמו למעברים ממצב אחד למצב אחר.

שלב 3: יישום באמצעות GreenPAK

ה- FSM שפותח להפעלת בקר התעבורה מיושם באמצעות SLG46537 GreenPAK. במעצב GreenPak התוכנית מיושמת כפי שמוצג באיור 4.

PIN3 ו- PIN4 מוגדרים כסיכות קלט דיגיטליות; PIN3 מחובר לכניסת החיישנים לרחוב הצדדי ו- PIN4 משמש לאיפוס המערכת. מספר PIN 5, 6, 7, 14, 15 ו -16 מוגדרים כסיכות פלט. מספר ה- PIN 5, 6 ו -7 מועברים למנהלי האור האדומים, הצהובים והירוקים של האות הצדדי בהתאמה. מספר ה- PIN 14, 15 ו -16 מועברים למנהגי האור הירוק, הצהוב והאדום בהתאמה. פעולה זו משלימה את תצורת הקלט/פלט של התוכנית. בלב הסכימה טמון גוש ASM. הכניסות של בלוק ASM, המסדירות את שינויי המצב, מתקבלות מתוך לוגיקה קומבינטורית באמצעות שלושה בלוקים נגד/עיכוב (TS, TL ו- TT) והקלט מחיישן הרכב הצדדי. ההיגיון הקומבינטורי מוסמך עוד יותר באמצעות מידע המדינה המוחזר ל- LUTs. מידע על מצב המדינה, השנייה, הרביעית והחמישית מתקבל באמצעות שילובים של יציאות B0 ו- B1 של בלוק ASM. הצירופים של B0 ו- B1 המתאימים למצב הראשון, השני, הרביעי והחמישי הם (B0 = 0, B1 = 0), (B0 = 1, B1 = 0), (B0 = 1, B1 = 1) ו- (B0 = 0, B1 = 1) בהתאמה. מידע המדינות של המדינות השלישית והשישית מתקבל ישירות באמצעות מפעיל AND על האותות האדומים והאדומים הצדדיים. הזנת מידע ממצבים אלה להיגיון הקומבינטוריאנית מבטיחה שרק הטיימרים הרלוונטיים יופעלו. יציאות אחרות של בלוק ASM מוקצות לרמזורים העיקריים (אדום ראשי, צהוב ראשי וירוק ראשי) ורמזורים צדדיים (צד אדום, צהוב צד וירוק צד).

התצורה של בלוק ASM מוצגת באיור 5 ובתרשים 6. המצבים המוצגים באיור 5 תואמים את המצב הראשון, השני, השלישי, הרביעי, החמישי והשישי המוצג באיור 3. תצורת ה- RAM של הפלט של ה- ASM הבלוק מוצג באיור 6.

טיימרים TL, TS ו- TT מיושמים באמצעות בלוקים נגד/עיכוב CNT1/DLY1, CNT2/DLY2 ו- CNT3/DLY3 בהתאמה. כל שלושת הבלוקים האלה מוגדרים במצב עיכוב עם זיהוי קצה עולה. כפי שמוצג באיור 3, המדינה הראשונה והרביעית מפעילה TL, המדינה השנייה והחמישית מפעילה TS, והמדינות השלישיות והשישיות מפעילות TT באמצעות לוגיקה קומבינטורית. כאשר מופעי טייר העיכוב מופעלים, התפוקות שלהם נשארות 0 עד שהעיכוב שהוגדר משלים את משכו. בדרך זו TL ', TS' ו- TT '

אותות מתקבלים ישירות מהיציאות של בלוקים CNT1/DLY1, CNT2/DLY2 ו- CNT3/DLY3. TS ניזון ישירות לקלט המעבר של המצב השני והחמישי ואילו TT מועבר לתשומות המעבר של המדינה השלישית והשישית. TL, לעומת זאת, מועבר לבלוקי לוגיקה קומבינטורית (LUTs) המעניקים לאותות TL 'Vs ו- TL'+ VS 'המוזנים לתשומות המעבר של המדינה הראשונה והרביעית בהתאמה. זה משלים את יישום FSM באמצעות מעצב GreenPAK.

שלב 4: תוצאות

לצורכי בדיקה, העיצוב חיקוי בלוח הפיתוח האוניברסלי של GreenPAK באמצעות SLG46537. אותות הרמזורים (המשווים לסיכות פלט דיגיטליות 5, 6, 7, 14, 15 ו -16) משמשים להפעלת נוריות LED שכבר זמינות בלוח הפיתוח של GreenPAK כדי להתבונן חזותית בהתנהגות ה- FSM. על מנת לחקור באופן מלא את ההתנהגות הדינמית של התוכנית המפותחת, השתמשנו בלוח UNO של Arduino כדי להתממשק עם SLG46537. לוח Arduino מספק את קלט חיישן זיהוי הרכב ואותות איפוס המערכת לתוכנית תוך שהוא מקבל את אותות הרמזור מהמערכת. לוח הארדואינו משמש כמנתח לוגי רב-ערוצי כדי להקליט ולהציג באופן גרפי את התפקוד הזמני של המערכת. שני תרחישים הלוכדים את ההתנהגות הכללית של המערכת מפותחים ונבדקים. איור 7 מציג את התרחיש הראשון של התוכנית כאשר כלי רכב מסוימים תמיד נמצאים ברחוב הצדדי. כאשר האות מתאמר המערכת מתחילה במצב הראשון כאשר האותות הירוקים והאדומים הצדדיים בלבד מופעלים וכל האותות האחרים כבים. מכיוון שהרכב הצדדי תמיד קיים, המעבר הבא למצב השני עוקב לאחר 25 שניות לאחר מכן הפעלת האותות הצהובים והאדומים הצדדיים. ארבע שניות לאחר מכן ה- ASM נכנס למצב השלישי בו האותות האדומים והאדומים הצדדיים נשארים דולקים למשך שנייה אחת. לאחר מכן המערכת נכנסת למצב הרביעי כשהאותות האדומים והירוקים הצדדיים מופעלים. מכיוון שהרכבים הצדדיים תמיד נמצאים, המעבר הבא מתרחש 25 שניות לאחר מכן העברת ה- ASM למצב החמישי. המעבר ממצב חמישי לשישי מתרחש כעבור 4 שניות עם תום תוקפו של TS. המערכת נשארת במצב השישי למשך שנייה אחת לפני שה- ASM נכנס למצב הראשון מחדש.

איור 8 מציג את התנהגות התוכנית בתרחיש השני, כאשר כמה רכבים צדדיים נמצאים באות התנועה. התנהגות המערכת מתפקדת כמתוכנן. המערכת מתחילה במצב הראשון כאשר האותות הירוקים והאדומים הצדדיים בלבד מופעלים וכל האותות האחרים יכבו 25 שניות לאחר מכן המעבר הבא יגיע מכיוון שיש רכב צד. האותות הצהובים והאדומים הצדדיים מופעלים במצב השני. לאחר 4 שניות, ASM נכנס למצב השלישי כשהאותות האדומים והאדומים הצדדיים מופעלים. המערכת נשארת במצב השלישי למשך שנייה אחת ואז עוברת למצב הרביעי כשהיא שומרת על האדום הראשי והירוק בצד. ברגע שכניסת חיישן הרכב נמוכה (כאשר כל הרכבים הצדדיים עברו), המערכת נכנסת למצב החמישי שבו הדלק הראשי והאדום צהוב. לאחר שהייה במצב החמישי במשך ארבע שניות המערכת עוברת למצב השישי והופכת את האותות הראשיים והצדדים לאדומים. אותות אלה נשארים אדומים למשך שנייה אחת לפני כניסת ה- ASM מחדש למצב הראשון. תרחישים בפועל יתבססו על שילוב של שני התרחישים המתוארים שנמצאו תקינים.

מסקנה באפליקציה זו שים לב בקר תנועה שיכול לנהל תנועה העוברת בצומת הרחוב הראשי הסואן וברחוב צדדי בשימוש קל באמצעות Dialog GreenPAK SLG46537. התוכנית מבוססת על ASM המבטיח כי דרישות רצף אותות התנועה מתקיימות. התנהגות העיצוב אומתה על ידי כמה נוריות ומייקרו Arduino UNO. התוצאות אימתו כי יעדי התכנון הושגו. היתרון העיקרי בשימוש במוצר דיאלוג הוא למנוע את הצורך של רכיבים אלקטרוניים נפרדים ומיקרו -בקר כדי לבנות את אותה מערכת. ניתן להרחיב את העיצוב הקיים על ידי הוספת אות קלט מכפתור לחיצה למעבר הולכי רגל המעוניינים לחצות את הרחוב הסואן. ניתן להעביר את האות לשער OR יחד עם אות מחיישן הכניסה בצד הרכב כדי להפעיל את שינוי המצב הראשון. עם זאת, על מנת להבטיח את בטיחותו של הולך הרגל כעת ישנה דרישה נוספת של זמן מינימלי לבלות במדינה הרביעית. ניתן להשיג זאת בקלות באמצעות בלוק טיימר אחר. כעת ניתן להאכיל את האותות הירוקים והאדומים באות התנועה ברחוב הצדדי גם לאותות המדרחוב הצדדיים ברחוב הצדדי.