مراقب إشارة المرور: 4 خطوات

2025 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2025-01-13 06:56

غالبًا ما توجد سيناريوهات تتطلب تسلسلات مرنة لإشارات المرور لتنسيق حركة المرور عبر تقاطع شارع مزدحم وشارع جانبي خفيف الاستخدام. في مثل هذه الحالات ، يمكن التحكم في التسلسلات باستخدام مؤقتات مختلفة وإشارة كشف حركة المرور من الشارع الجانبي. يمكن تلبية هذه المتطلبات من خلال الطرق التقليدية على سبيل المثال باستخدام اللبنات الأساسية من المكونات الإلكترونية أو المتحكمات الدقيقة المنفصلة. ومع ذلك ، فإن مفهوم الدوائر المتكاملة للإشارات المختلطة القابلة للتكوين (CMIC) يوفر بديلاً جذابًا بالنظر إلى مرونة التصميم ، والتكلفة المنخفضة ، ووقت التطوير ، والراحة. تتقدم العديد من المناطق والبلدان إلى شبكات أكثر تعقيدًا يمكنها استيعاب عدد أكبر من المتغيرات للتحكم في إشارات المرور. ومع ذلك ، لا تزال العديد من إشارات المرور تستخدم التحكم في الوقت الثابت ، مثل أجهزة التحكم في الإشارة الميكانيكية والكهربائية. الغرض من مذكرة التطبيق هذه هو إظهار كيف يمكن للمرء استخدام آلة الحالة غير المتزامنة (ASM) الخاصة بـ GreenPAK لتطوير وحدة تحكم إشارة مرور مبسطة لاستبدال وحدة تحكم الوقت الثابت. تنظم إشارة المرور هذه حركة المرور التي تمر عبر تقاطع شارع رئيسي مزدحم وشارع جانبي خفيف الاستخدام. يتحكم جهاز التحكم في تسلسل إشارتين مرورية مثبتتين في الشارع الرئيسي والجانبي. يتم تغذية إشارة المستشعر ، التي تكتشف وجود حركة مرور جانبية في الشارع ، إلى وحدة التحكم التي ستتحكم ، بالاقتران مع مؤقتين ، في تسلسل إشارات المرور. تم تطوير مخطط آلة الحالة المحدودة (FSM) الذي يضمن تلبية متطلبات تسلسل إشارات المرور. يتم تنفيذ منطق وحدة التحكم باستخدام مربع حوار GreenPAK ™ SLG46537 للإشارة المختلطة القابلة للتكوين IC.

فيما يلي وصفنا الخطوات اللازمة لفهم كيفية برمجة شريحة GreenPAK لإنشاء وحدة التحكم في إشارة المرور. ومع ذلك ، إذا كنت ترغب فقط في الحصول على نتيجة البرمجة ، فقم بتنزيل برنامج GreenPAK لعرض ملف تصميم GreenPAK المكتمل بالفعل. قم بتوصيل GreenPAK Development Kit بجهاز الكمبيوتر الخاص بك واضغط على البرنامج لإنشاء IC المخصص لوحدة التحكم في إشارة المرور.

الخطوة 1: المتطلبات

ضع في اعتبارك سيناريو حركة المرور مع متطلبات توقيت إشارات المرور من الشارع الرئيسي والجانبي ، كما هو موضح في الشكل 1. يحتوي النظام على ست حالات ، وسوف ينتقل من حالة إلى أخرى وفقًا لشروط محددة مسبقًا. تستند هذه الشروط على ثلاثة أجهزة ضبط الوقت. مؤقت طويل TL = 25 ثانية ، مؤقت قصير TS = 4 ثوان وموقت انتقالي Tt = 1 ثانية. بالإضافة إلى ذلك ، المدخلات الرقمية من مستشعر الكشف عن حركة المرور الجانبية مطلوبة. فيما يلي وصف شامل لكل حالة من حالات النظام الست وإشارات التحكم في انتقال الحالة: في الحالة الأولى ، تكون الإشارة الرئيسية خضراء بينما تكون الإشارة الجانبية حمراء. سيبقى النظام في هذه الحالة حتى انتهاء الوقت الطويل (TL = 25 s) أو طالما لا توجد سيارة في الشارع الجانبي. إذا كانت السيارة موجودة في الشارع الجانبي بعد انتهاء صلاحية المؤقت الطويل ، فسيخضع النظام لتغيير الحالة بالانتقال إلى الحالة الثانية. في الحالة الثانية ، تتحول الإشارة الرئيسية إلى اللون الأصفر بينما تظل الإشارة الجانبية حمراء طوال مدة الموقت القصير (TS = 4 ثوانٍ). بعد 4 ثوانٍ ينتقل النظام إلى الحالة الثالثة. في الحالة الثالثة ، تتغير الإشارة الرئيسية إلى اللون الأحمر وتظل الإشارة الجانبية حمراء طوال مدة المؤقت المؤقت (Tt = 1 s). بعد ثانية واحدة ، ينتقل النظام إلى الحالة الرابعة. خلال الحالة الرابعة ، تكون الإشارة الرئيسية حمراء بينما تتحول الإشارة الجانبية إلى اللون الأخضر. سيبقى النظام في هذه الحالة حتى انتهاء الموقت الطويل (TL = 25 ثانية) وهناك بعض المركبات موجودة في الشارع الجانبي. بمجرد انتهاء صلاحية المؤقت الطويل ، أو عدم وجود سيارة في الشارع الجانبي ، سينتقل النظام إلى الحالة الخامسة. خلال الحالة الخامسة ، تكون الإشارة الرئيسية حمراء بينما تكون الإشارة الجانبية صفراء طوال مدة الموقت القصير (TS = 4 ثوانٍ). بعد 4 ثوانٍ سينتقل النظام إلى الحالة السادسة. في الحالة السادسة والأخيرة للنظام ، تكون كل من الإشارات الرئيسية والجانبية باللون الأحمر لفترة المؤقت العابر (Tt = 1 s). بعد ذلك ، يعود النظام إلى الحالة الأولى ويبدأ من جديد. توفر الحالتان الثالثة والسادسة حالة عازلة حيث تظل كلتا الإشارات (الرئيسية والجانبية) باللون الأحمر لفترة وجيزة من الوقت أثناء التغيير. الدولتان 3 و 6 متشابهتان وقد تبدوان زائدين عن الحاجة ، ولكن هذا يسمح بتنفيذ المخطط المقترح أن يكون بسيطًا.

الخطوة 2: خطة التنفيذ

يظهر الرسم التخطيطي الكامل للنظام في الشكل 2. يوضح هذا الشكل الهيكل العام ، ووظيفة النظام ، ويسرد جميع المدخلات والمخرجات المطلوبة. تم بناء وحدة التحكم في إشارة المرور المقترحة حول مفهوم آلة الحالة المحدودة (FSM). تتم ترجمة متطلبات التوقيت الموصوفة أعلاه إلى ولايات ميكرونيزيا الموحدة ست حالات كما هو موضح في الشكل 3.

متغيرات تغيير الحالة الموضحة أعلاه هي: Vs - مركبة موجودة في الشارع الجانبي

TL - مؤقت 25 ثانية (مؤقت طويل) قيد التشغيل

TS - المؤقت 4 ثوانٍ (مؤقت قصير) قيد التشغيل

Tt - مؤقت 1 ثانية (مؤقت مؤقت) قيد التشغيل

تم اختيار Dialog GreenPAK CMIC SLG46537 لتنفيذ ولايات ميكرونيزيا الموحدة. يتيح هذا الجهاز متعدد الاستخدامات إمكانية تصميم مجموعة متنوعة من وظائف الإشارات المختلطة داخل دائرة متكاملة واحدة صغيرة جدًا ومنخفضة الطاقة. علاوة على ذلك ، يحتوي IC على macrocell ASM مصمم للسماح للمستخدم بإنشاء أجهزة حالة بها ما يصل إلى 8 حالات. يتمتع المستخدم بالمرونة في تحديد عدد الحالات ، وانتقالات الحالة ، وإشارات الإدخال التي ستسبب انتقالات من حالة إلى حالة أخرى.

الخطوة 3: التنفيذ باستخدام GreenPAK

تم تطوير FSM لتشغيل وحدة التحكم في حركة المرور باستخدام SLG46537 GreenPAK. في GreenPak Designer ، يتم تنفيذ المخطط كما هو موضح في الشكل 4.

تم تكوين PIN3 و PIN4 كدبابيس إدخال رقمية ؛ يتم توصيل PIN3 بمدخل مستشعر المركبات في الشارع الجانبي ويتم استخدام PIN4 لإعادة ضبط النظام. يتم تكوين أرقام التعريف الشخصية 5 و 6 و 7 و 14 و 15 و 16 كدبابيس إخراج. يتم تمرير أرقام التعريف الشخصية 5 و 6 و 7 إلى محركات الإشارة الجانبية باللون الأحمر والأصفر والأخضر على التوالي. يتم تمرير أرقام التعريف الشخصية 14 و 15 و 16 إلى محركات الإشارة الرئيسية ذات الضوء الأخضر والأصفر والأحمر على التوالي. هذا يكمل تكوين الإدخال / الإخراج للنظام. في قلب التخطيطي تكمن كتلة ASM. يتم الحصول على مدخلات كتلة ASM ، التي تنظم تغييرات الحالة ، من المنطق التوافقي باستخدام ثلاث كتل مضادة / تأخير (TS و TL و TT) والمدخلات من مستشعر السيارة الجانبي. يتم تأهيل المنطق الاندماجي بشكل أكبر باستخدام معلومات الحالة التي يتم تغذيتها مرة أخرى إلى طرفية المستعملين (LUTs). يتم الحصول على معلومات الحالة عن الحالات الأولى والثانية والرابعة والخامسة باستخدام توليفات من مخرجات B0 و B1 لكتلة ASM. مجموعات B0 و B1 المقابلة للحالات الأولى والثانية والرابعة والخامسة هي (B0 = 0 ، B1 = 0) ، (B0 = 1 ، B1 = 0) ، (B0 = 1 ، B1 = 1) و (B0 = 0 ، B1 = 1) على التوالي. يتم الحصول على معلومات الحالة للحالتين الثالثة والسادسة مباشرة بتطبيق عامل التشغيل AND على الإشارات الحمراء والجانبية الرئيسية. يضمن إدخال معلومات هذه الحالات إلى المنطق التوافقي تشغيل أجهزة ضبط الوقت ذات الصلة فقط. يتم تعيين النواتج الأخرى من كتلة ASM لإشارات المرور الرئيسية (الأحمر الرئيسي والأصفر الرئيسي والأخضر الرئيسي) وإشارات المرور الجانبية (الجانب الأحمر والأصفر الجانبي والأخضر الجانبي).

يظهر تكوين كتلة ASM في الشكل 5 والشكل 6. وتتوافق الحالات الموضحة في الشكل 5 مع الحالات المحددة الأولى والثانية والثالثة والرابعة والخامسة والسادسة الموضحة في الشكل 3. تكوين ذاكرة الوصول العشوائي الناتج من ASM يظهر كتلة في الشكل 6.

يتم تنفيذ الموقتات TL و TS و TT باستخدام كتل العداد / التأخير CNT1 / DLY1 و CNT2 / DLY2 و CNT3 / DLY3 على التوالي. تم تكوين كل هذه الكتل الثلاثة في وضع التأخير مع اكتشاف الحافة الصاعدة. كما هو مبين في الشكل 3 ، تقوم الحالتان الأولى والرابعة بتشغيل TL ، والحالتان الثانية والخامسة تطلقان TS ، والحالتان الثالثة والسادسة تطلقان TT باستخدام منطق اندماجي. أثناء تشغيل مؤقتات التأخير ، تظل مخرجاتها 0 حتى يكتمل التأخير الذي تم تكوينه مدته. بهذه الطريقة ، فإن TL 'و TS' و TT '

يتم الحصول على الإشارات مباشرة من مخرجات كتل CNT1 / DLY1 و CNT2 / DLY2 و CNT3 / DLY3. يتم تغذية TS 'مباشرة إلى مدخلات الانتقال للحالتين الثانية والخامسة بينما يتم تمرير TT' إلى مدخلات انتقال الحالتين الثالثة والسادسة. من ناحية أخرى ، يتم تمرير TL إلى كتل المنطق الاندماجي (LUTs) لإعطاء الإشارات TL 'Vs و TL' + VS 'التي يتم تغذيتها لمدخلات الانتقال للحالتين الأولى والرابعة على التوالي. هذا يكمل تنفيذ FSM باستخدام مصمم GreenPAK.

الخطوة 4: النتائج

لأغراض الاختبار ، تمت محاكاة التصميم على GreenPAK Universal Development Board باستخدام SLG46537. تُستخدم إشارات إشارات المرور (المعادلة لدبابيس الإخراج الرقمية 5 و 6 و 7 و 14 و 15 و 16) لتنشيط مصابيح LED المتوفرة بالفعل في GreenPAK Development Board لمراقبة سلوك FSM بصريًا. من أجل التحقيق الكامل في السلوك الديناميكي للنظام المطور ، استخدمنا لوحة Arduino UNO للتفاعل مع SLG46537. توفر لوحة Arduino إدخال مستشعر الكشف عن السيارة وإشارات إعادة تعيين النظام إلى المخطط أثناء تلقي إشارات المرور من النظام. تُستخدم لوحة Arduino كمحلل منطقي متعدد القنوات لتسجيل الأداء الزمني للنظام وعرضه بيانياً. تم تطوير واختبار سيناريوهين يلتقطان السلوك العام للنظام. يوضح الشكل 7 السيناريو الأول للمخطط عندما تكون بعض المركبات موجودة دائمًا في الشارع الجانبي. عند تأكيد إشارة إعادة الضبط ، يبدأ النظام في الحالة الأولى مع تشغيل الإشارات الخضراء الرئيسية والجانبية فقط وإيقاف تشغيل جميع الإشارات الأخرى. نظرًا لأن السيارة الجانبية موجودة دائمًا ، فإن الانتقال التالي إلى الحالة الثانية يتبع بعد 25 ثانية تشغيل الإشارات الرئيسية الصفراء والحمراء الجانبية. بعد أربع ثوانٍ ، يدخل ASM الحالة الثالثة حيث تظل الإشارات الحمراء والجانبية الرئيسية لمدة ثانية واحدة. ثم يدخل النظام الحالة الرابعة مع تشغيل الإشارات الرئيسية باللون الأحمر والأخضر. نظرًا لوجود المركبات الجانبية دائمًا ، يحدث الانتقال التالي بعد 25 ثانية مع نقل ASM إلى الحالة الخامسة. يحدث الانتقال من الحالة الخامسة إلى الحالة السادسة بعد 4 ثوانٍ مع انتهاء صلاحية TS. يبقى النظام في الحالة السادسة لمدة ثانية واحدة قبل أن يعيد ASM الدخول إلى الحالة الأولى.

يوضح الشكل 8 سلوك المخطط في السيناريو الثاني ، عندما تكون بعض المركبات الجانبية موجودة عند إشارة المرور. تم العثور على سلوك النظام ليكون يعمل كما هو مصمم. يبدأ النظام في الحالة الأولى مع تشغيل الإشارات الرئيسية الخضراء والجانبية فقط ، وستتوقف جميع الإشارات الأخرى بعد 25 ثانية ، ويتبع الانتقال التالي نظرًا لوجود مركبة جانبية. يتم تشغيل الإشارات الحمراء الصفراء والجانبية الرئيسية في الحالة الثانية. بعد 4 ثوانٍ ، يدخل ASM الحالة الثالثة مع تشغيل الإشارات الحمراء الرئيسية والجانبية. يبقى النظام في الحالة الثالثة لمدة ثانية واحدة ثم ينتقل إلى الحالة الرابعة مع الحفاظ على اللون الأحمر الرئيسي والجانب الأخضر قيد التشغيل. بمجرد انخفاض دخل مستشعر السيارة (بعد مرور جميع المركبات الجانبية) ، يدخل النظام الحالة الخامسة حيث يكون اللون الأحمر الرئيسي والأصفر الجانبي في وضع التشغيل. بعد البقاء في الحالة الخامسة لمدة أربع ثوانٍ ، ينتقل النظام إلى الحالة السادسة مع تحويل الإشارات الرئيسية والجانبية إلى اللون الأحمر. تظل هذه الإشارات حمراء لمدة ثانية واحدة قبل أن يدخل ASM الحالة الأولى. ستستند السيناريوهات الفعلية إلى مجموعة من هذين السيناريوهين الموصوفين والتي تبين أنها تعمل بشكل صحيح.

الخلاصة في هذا التطبيق ، تم تنفيذ وحدة تحكم في حركة المرور يمكنها إدارة حركة المرور التي تمر عبر تقاطع شارع رئيسي مزدحم وشارع جانبي مستخدَم بشكل خفيف باستخدام Dialog GreenPAK SLG46537. يعتمد المخطط على ASM الذي يضمن تلبية متطلبات تسلسل إشارات المرور. تم التحقق من سلوك التصميم من خلال العديد من مصابيح LED وجهاز التحكم الدقيق Arduino UNO. أكدت النتائج أن أهداف التصميم قد تحققت. تتمثل الميزة الرئيسية لاستخدام منتج Dialog في تجنب الحاجة إلى مكونات إلكترونية منفصلة ووحدة تحكم دقيقة لبناء نفس النظام. يمكن تمديد التصميم الحالي عن طريق إضافة إشارة إدخال من زر ضغط لمرور المشاة الذي يتطلع إلى عبور الشارع المزدحم. يمكن تمرير الإشارة إلى بوابة OR جنبًا إلى جنب مع إشارة من مستشعر إدخال السيارة الجانبي لبدء التغيير الأول للحالة. ومع ذلك ، لضمان سلامة المشاة الآن ، هناك متطلبات إضافية تتعلق ببعض الحد الأدنى من الوقت الذي يجب أن يقضيه في الحالة الرابعة. يمكن تحقيق ذلك بسهولة باستخدام كتلة مؤقت أخرى. يمكن الآن أيضًا إرسال الإشارات الخضراء والحمراء الموجودة على إشارة مرور الشارع الجانبي إلى إشارات المشاة الجانبية في الشارع الجانبي.