Controlador de señales de tráfico: 4 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

A menudo existen escenarios en los que se requieren secuencias de señales de tráfico flexibles para la coordinación del tráfico a través de la intersección de una calle muy transitada y una calle lateral poco transitada. En tales situaciones, las secuencias se pueden controlar utilizando diferentes temporizadores y una señal de detección de tráfico desde la calle lateral. Estos requisitos pueden cumplirse mediante métodos convencionales, p. Ej. utilizando bloques de construcción de componentes electrónicos discretos o microcontroladores. Sin embargo, el concepto de circuitos integrados de señal mixta configurables (CMIC) proporciona una alternativa atractiva considerando su flexibilidad de diseño, bajo costo, tiempo de desarrollo y conveniencia. Muchas regiones y países están avanzando hacia redes más complicadas que pueden acomodar un mayor número de variables para controlar los semáforos. Sin embargo, muchos semáforos todavía utilizan un control de tiempo fijo, como los controladores de señales electromecánicos. El propósito de esta nota de aplicación es mostrar cómo se puede usar una máquina de estado asíncrono (ASM) de GreenPAK para desarrollar un controlador de señales de tráfico simplificado para reemplazar un controlador de tiempo fijo. Este semáforo regula el tráfico que pasa por la intersección de una calle principal muy transitada y una calle lateral poco transitada. El controlador controlaría la secuencia de dos señales de tráfico, que se instalan en la calle principal y lateral. Una señal de sensor, que detecta la presencia de tráfico en las calles laterales, se envía al controlador que, junto con dos temporizadores, controlaría la secuencia de las señales de tráfico. Se desarrolla un esquema de máquina de estado finito (FSM) que garantiza que se cumplan los requisitos de la secuencia de señales de tráfico. La lógica del controlador se implementa mediante un IC de señal mixta configurable GreenPAK ™ SLG46537 de diálogo.

A continuación, describimos los pasos necesarios para comprender cómo se ha programado el chip GreenPAK para crear el controlador de señales de tráfico. Sin embargo, si solo desea obtener el resultado de la programación, descargue el software GreenPAK para ver el archivo de diseño GreenPAK ya completado. Conecte el kit de desarrollo GreenPAK a su computadora y presione el programa para crear el IC personalizado para el controlador de señales de tráfico.

Paso 1: requisitos

Considere un escenario de tráfico con los requisitos de tiempo de las señales de tráfico de la calle principal y lateral, como se muestra en la Figura 1. El sistema tiene seis estados y se moverá de un estado a otro dependiendo de ciertas condiciones predefinidas. Estas condiciones se basan en tres temporizadores; un temporizador largo TL = 25 s, un temporizador corto TS = 4 sy un temporizador transitorio Tt = 1 s. Además, se requiere la entrada digital del sensor de detección de tráfico lateral. A continuación se ofrece una descripción detallada de cada uno de los seis estados del sistema y las señales de control de transición de estado: En el primer estado, la señal principal es verde mientras que la señal lateral es roja. El sistema permanecerá en este estado hasta que expire el temporizador largo (TL = 25 s) o mientras no haya ningún vehículo en la calle lateral. Si un vehículo está presente en la calle lateral después de la expiración del temporizador largo, el sistema experimentará un cambio de estado y pasará al segundo estado. En el segundo estado, la señal principal se vuelve amarilla mientras que la señal lateral permanece roja durante la duración del temporizador corto (TS = 4 s). Después de 4 segundos, el sistema pasa al tercer estado. En el tercer estado, la señal principal cambia a rojo y la señal lateral permanece roja durante la duración del temporizador transitorio (Tt = 1 s). Después de 1 segundo, el sistema pasa al cuarto estado. Durante el cuarto estado, la señal principal es roja mientras que la señal lateral cambia a verde. El sistema permanecerá en este estado hasta que expire el temporizador largo (TL = 25 s) y haya algunos vehículos presentes en la calle lateral. Tan pronto como expire el temporizador largo, o no haya ningún vehículo en la calle lateral, el sistema pasará al quinto estado. Durante el quinto estado, la señal principal es roja mientras que la señal lateral es amarilla durante la duración del temporizador corto (TS = 4 s). Después de 4 segundos, el sistema pasará al sexto estado. En el sexto y último estado del sistema, tanto la señal principal como la lateral son rojas durante el período del temporizador transitorio (Tt = 1 s). Después de eso, el sistema vuelve al primer estado y comienza de nuevo. Los estados tercero y sexto proporcionan un estado de búfer en el que ambas señales (principal y lateral) permanecen en rojo durante un breve período de tiempo durante el cambio. Los estados 3 y 6 son similares y pueden parecer redundantes, sin embargo, esto permite que la implementación del esquema propuesto sea simple.

Paso 2: esquema de implementación

En la Figura 2 se muestra un diagrama de bloques completo del sistema. Esta figura ilustra la estructura general, la función del sistema y enumera todas las entradas y salidas requeridas. El controlador de señales de tráfico propuesto se ha construido en torno al concepto de máquina de estado finito (FSM). Los requisitos de temporización descritos anteriormente se traducen en un FSM de seis estados como se muestra en la Figura 3.

Las variables de cambio de estado que se muestran arriba son: Vs: un vehículo está presente en la calle lateral

TL - El temporizador de 25 s (temporizador largo) está activado

TS - El temporizador de 4 s (temporizador corto) está activado

Tt - El temporizador de 1 s (temporizador transitorio) está activado

El Dialog GreenPAK CMIC SLG46537 ha sido elegido para la implementación del FSM. Este dispositivo altamente versátil permite diseñar una amplia variedad de funciones de señal mixta dentro de un circuito integrado único muy pequeño y de baja potencia. Además, el IC contiene una macrocélula ASM diseñada para permitir al usuario crear máquinas de estado con hasta 8 estados. El usuario tiene la flexibilidad de definir el número de estados, las transiciones de estado y las señales de entrada que provocarán las transiciones de un estado a otro.

Paso 3: Implementación con GreenPAK

El FSM desarrollado para la operación del controlador de tráfico se implementa utilizando SLG46537 GreenPAK. En GreenPak Designer, el esquema se implementa como se muestra en la Figura 4.

PIN3 y PIN4 se configuran como pines de entrada digital; El PIN3 está conectado a la entrada del sensor de vehículos de calle lateral y el PIN4 se utiliza para restablecer el sistema. Los PIN 5, 6, 7, 14, 15 y 16 se configuran como pines de salida. Los PIN 5, 6 y 7 se pasan a los controladores de luz roja, amarilla y verde de la señal lateral, respectivamente. Los PIN 14, 15 y 16 se pasan a los controladores de luz verde, amarilla y roja de la señal principal, respectivamente. Esto completa la configuración de E / S del esquema. En el corazón del esquema se encuentra el bloque ASM. Las entradas del bloque ASM, que regulan los cambios de estado, se obtienen de la lógica combinatoria utilizando tres bloques de contador / retardo (TS, TL y TT) y la entrada del sensor lateral del vehículo. La lógica combinatoria se califica aún más utilizando la información de estado retroalimentada a las LUT. La información de estado del primer, segundo, cuarto y quinto estado se obtiene utilizando combinaciones de salidas B0 y B1 del bloque ASM. Las combinaciones de B0 y B1 correspondientes al primer, segundo, cuarto y quinto estado son (B0 = 0, B1 = 0), (B0 = 1, B1 = 0), (B0 = 1, B1 = 1) y (B0 = 0, B1 = 1) respectivamente. La información de los estados de los estados 3º y 6º se obtiene aplicando directamente el operador AND a las señales roja principal y roja lateral. La alimentación de la información de estos estados a la lógica combinatoria garantiza que solo se activen los temporizadores relevantes. Otras salidas del bloque ASM se asignan a los semáforos principales (rojo principal, amarillo principal y verde principal) y semáforos laterales (rojo lateral, amarillo lateral y verde lateral).

La configuración del bloque ASM se muestra en la Figura 5 y la Figura 6. Los estados que se muestran en la Figura 5, corresponden al primer, segundo, tercer, cuarto, quinto y sexto estados definidos que se muestran en la Figura 3. La configuración de la RAM de salida del ASM El bloque se muestra en la Figura 6.

Los temporizadores TL, TS y TT se implementan utilizando los bloques de contador / retardo CNT1 / DLY1, CNT2 / DLY2 y CNT3 / DLY3 respectivamente. Todos estos tres bloques están configurados en modo de retardo con detección de flanco ascendente. Como se muestra en la Figura 3, los estados primero y cuarto activan TL, los estados segundo y quinto activan TS, y los estados tercero y sexto activan TT utilizando lógica combinatoria. A medida que se activan los temporizadores de retardo, sus salidas permanecen en 0 hasta que el retardo configurado completa su duración. De esta manera el TL’, TS’ y TT’

las señales se obtienen directamente de las salidas de los bloques CNT1 / DLY1, CNT2 / DLY2 y CNT3 / DLY3. TS 'se alimenta directamente a la entrada de transición de estado segundo y quinto, mientras que TT' se pasa a las entradas de transición de estado tercero y sexto. TL, por otro lado, se pasa a bloques de lógica combinatoria (LUT) dando las señales TL’Vs y TL’ + VS’que se alimentan a las entradas de transición del primer y cuarto estado respectivamente. Esto completa la implementación del FSM usando el diseñador GreenPAK.

Paso 4: resultados

Para fines de prueba, el diseño se emula en la placa de desarrollo universal GreenPAK utilizando el SLG46537. Las señales de los semáforos (equivalentes a los pines de salida digital 5, 6, 7, 14, 15 y 16) se utilizan para activar los LED que ya están disponibles en la placa de desarrollo GreenPAK para observar visualmente el comportamiento del FSM. Para investigar completamente el comportamiento dinámico del esquema desarrollado, usamos una placa Arduino UNO para interactuar con el SLG46537. La placa Arduino proporciona la entrada del sensor de detección del vehículo y las señales de reinicio del sistema al esquema mientras recibe las señales de semáforo del sistema. La placa Arduino se utiliza como analizador lógico multicanal para registrar y mostrar gráficamente el funcionamiento temporal del sistema. Se desarrollan y prueban dos escenarios que capturan el comportamiento general del sistema. La Figura 7 muestra el primer escenario del esquema cuando algunos vehículos siempre están presentes en la calle lateral. Cuando se confirma la señal de reinicio, el sistema se inicia en el primer estado con solo las señales principal verde y roja lateral encendidas y todas las demás señales apagadas. Dado que los vehículos laterales siempre están presentes, la siguiente transición al segundo estado sigue 25 segundos después, encendiendo las señales principal amarilla y roja lateral. Cuatro segundos más tarde, el ASM entra en el tercer estado en el que las señales roja principal y roja lateral permanecen encendidas durante 1 segundo. Luego, el sistema ingresa al cuarto estado con las señales principal roja y verde lateral encendidas. Dado que los vehículos laterales siempre están presentes, la siguiente transición tiene lugar 25 segundos más tarde, moviendo el ASM al quinto estado. La transición del quinto al sexto estado ocurre 4 segundos más tarde cuando TS expira. El sistema permanece en el sexto estado durante 1 segundo antes de que el ASM vuelva a entrar en el primer estado.

La Figura 8 muestra el comportamiento del esquema en el segundo escenario, cuando algunos vehículos laterales están presentes en el semáforo. Se comprueba que el comportamiento del sistema funciona según lo diseñado. El sistema se inicia en el primer estado con solo las señales verde principal y roja lateral encendidas y todas las demás señales se apagan 25 segundos después, sigue la siguiente transición, ya que hay un vehículo lateral presente. Las señales principal amarilla y roja lateral se encienden en el segundo estado. Después de 4 segundos, el ASM entra en el tercer estado con las señales roja principal y roja lateral encendidas. El sistema permanece en el tercer estado durante 1 segundo y luego pasa al cuarto estado manteniendo el rojo principal y el verde lateral encendidos. Tan pronto como la entrada del sensor del vehículo baja (cuando todos los vehículos laterales han pasado), el sistema entra en el quinto estado donde el rojo principal y el amarillo lateral están encendidos. Después de permanecer en el quinto estado durante cuatro segundos, el sistema pasa al sexto estado encendiendo las señales principal y lateral en rojo. Estas señales permanecen en rojo durante 1 segundo antes de que el ASM vuelva a entrar en el primer estado. Los escenarios reales se basarían en una combinación de estos dos escenarios descritos que funcionan correctamente.

Conclusión En esta aplicación, tenga en cuenta que se implementó un controlador de tráfico que puede administrar el tráfico que pasa por la intersección de una calle principal muy transitada y una calle lateral poco transitada utilizando un Dialog GreenPAK SLG46537. El esquema se basa en un ASM que garantiza que se cumplan los requisitos de secuencia de señales de tráfico. El comportamiento del diseño fue verificado por varios LED y un microcontrolador Arduino UNO. Los resultados verificaron que se cumplieron los objetivos del diseño. La ventaja clave de usar el producto Dialog es que evita la necesidad de componentes electrónicos discretos y microcontroladores para construir el mismo sistema. El diseño existente se puede ampliar agregando una señal de entrada desde un botón pulsador para el paso de peatones que buscan cruzar la calle concurrida. La señal se puede pasar a una puerta OR junto con la señal del sensor de entrada lateral del vehículo para activar el primer cambio de estado. Sin embargo, para garantizar la seguridad del peatón ahora existe un requisito adicional de un tiempo mínimo que se debe pasar en el cuarto estado. Esto se puede lograr fácilmente usando otro bloque de temporizador. Las señales verde y roja en la señal de tráfico de la calle lateral ahora también se pueden enviar a las señales de peatones laterales en la calle lateral.