საგზაო სიგნალის კონტროლერი: 4 ნაბიჯი

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:16

ხშირად არსებობს სცენარი, სადაც მოძრაობის სიგნალის მოქნილი თანმიმდევრობაა საჭირო მოძრაობის კოორდინაციისთვის დაკავებული ქუჩისა და მსუბუქად გამოყენებული გვერდითი ქუჩის კვეთაზე. ასეთ სიტუაციებში, თანმიმდევრობის კონტროლი შესაძლებელია სხვადასხვა ქრონომეტრების და გვერდითი ქუჩიდან მოძრაობის გამოვლენის სიგნალის გამოყენებით. ეს მოთხოვნები შეიძლება დაკმაყოფილდეს ჩვეულებრივი მეთოდებით მაგ. სამშენებლო ბლოკების გამოყენებით დისკრეტული ელექტრონული კომპონენტების ან მიკროკონტროლერებისგან. ამასთან, კონფიგურირებადი შერეული სიგნალის ინტეგრირებული სქემები (CMIC) იძლევა მიმზიდველ ალტერნატივას მისი დიზაინის მოქნილობის, დაბალი ღირებულების, განვითარების დროსა და მოხერხებულობის გათვალისწინებით. ბევრი რეგიონი და ქვეყანა პროგრესირებს უფრო რთულ ბადეებში, სადაც შეიძლება განთავსდეს უფრო მეტი ცვლადი შუქნიშნების გასაკონტროლებლად. თუმცა, ბევრი შუქნიშანი კვლავ იყენებს ფიქსირებულ დროის კონტროლს, როგორიცაა ელექტრომექანიკური სიგნალის კონტროლერები. ამ განაცხადის შენიშვნის მიზანია აჩვენოს, თუ როგორ შეიძლება გამოყენებულ იქნას GreenPAK– ის ასინქრონული სახელმწიფო მანქანა (ASM) შემუშავდეს გამარტივებული საგზაო სიგნალის კონტროლერი ფიქსირებული დროის კონტროლერის შესაცვლელად. ეს საგზაო სიგნალი არეგულირებს მოძრაობას, რომელიც გადის დატვირთული მთავარი ქუჩისა და მსუბუქად გამოყენებული გვერდითი ქუჩის კვეთაზე. კონტროლერი აკონტროლებს ორი საგზაო სიგნალის თანმიმდევრობას, რომლებიც დამონტაჟებულია მთავარ და გვერდით ქუჩაზე. სენსორული სიგნალი, რომელიც აღმოაჩენს ქუჩის მოძრაობის არსებობას, მიეწოდება კონტროლერს, რომელიც ორ ტაიმერსთან ერთად გააკონტროლებს საგზაო სიგნალების თანმიმდევრობას. შემუშავებულია სასრული მდგომარეობის მანქანა (FSM) სქემა, რომელიც უზრუნველყოფს საგზაო სიგნალების მიმდევრობის მოთხოვნების დაკმაყოფილებას. კონტროლერის ლოგიკა ხორციელდება დიალოგის გამოყენებით GreenPAK ™ SLG46537 კონფიგურირებადი შერეული სიგნალის IC.

ქვემოთ ჩვენ აღვწერეთ საჭირო ნაბიჯები იმის გასაგებად, თუ როგორ არის დაპროგრამებული GreenPAK ჩიპი საგზაო სიგნალის კონტროლერის შესაქმნელად. თუმცა, თუ თქვენ უბრალოდ გსურთ მიიღოთ პროგრამირების შედეგი, გადმოწერეთ GreenPAK პროგრამული უზრუნველყოფა, რომ ნახოთ უკვე დასრულებული GreenPAK დიზაინის ფაილი. შეაერთეთ GreenPAK განვითარების ნაკრები თქვენს კომპიუტერში და დააჭირეთ პროგრამას, რათა შექმნათ პერსონალური IC საგზაო სიგნალის კონტროლერისთვის.

ნაბიჯი 1: მოთხოვნები

განვიხილოთ საგზაო სცენარი მთავარი და გვერდითი ქუჩის მოძრაობის სიგნალების დროის მოთხოვნებით, როგორც ეს მოცემულია ფიგურაში 1. სისტემას აქვს ექვსი მდგომარეობა და გადავა ერთი მდგომარეობიდან მეორეში გარკვეული წინასწარ განსაზღვრული პირობების მიხედვით. ეს პირობები ემყარება სამ ტაიმერს; გრძელი ქრონომეტრი TL = 25 წმ, მოკლე ტაიმერი TS = 4 წმ და გარდამავალი ტაიმერი Tt = 1 წ. გარდა ამისა, საჭიროა ციფრული შეყვანა გვერდითი მოძრაობის გამოვლენის სენსორიდან. ქვემოთ მოცემულია სისტემის ექვსი მდგომარეობიდან თითოეული და მდგომარეობის გადასვლის კონტროლის სიგნალები: პირველ მდგომარეობაში მთავარი სიგნალი მწვანეა, ხოლო გვერდითი სიგნალი წითელი. სისტემა დარჩება ამ მდგომარეობაში მანამ, სანამ არ გაივლის ხანგრძლივი ტაიმერი (TL = 25 წმ) ან სანამ არ იქნება მანქანა გვერდით ქუჩაზე. თუ სატრანსპორტო საშუალება იმყოფება გვერდით ქუჩაზე ხანგრძლივი დროის გასვლის შემდეგ, სისტემა განიცდის მდგომარეობის ცვლილებას მეორე მდგომარეობაში გადასვლის შემდეგ. მეორე მდგომარეობაში მთავარი სიგნალი ყვითლდება, ხოლო გვერდითი სიგნალი რჩება წითელი დროის მოკლე ხანგრძლივობის განმავლობაში (TS = 4 წმ). 4 წამის შემდეგ სისტემა გადადის მესამე მდგომარეობაში. მესამე მდგომარეობაში ძირითადი სიგნალი იცვლება წითლად და გვერდითი სიგნალი რჩება წითელი დროებითი ტაიმის ხანგრძლივობის განმავლობაში (Tt = 1 წმ). 1 წამის შემდეგ, სისტემა გადადის მეოთხე მდგომარეობაში. მეოთხე მდგომარეობის დროს მთავარი სიგნალი წითელია, ხოლო გვერდითი სიგნალი მწვანე ხდება. სისტემა დარჩება ამ მდგომარეობაში გრძელვადიანი ტაიმერის ამოწურვამდე (TL = 25 წმ) და რამდენიმე მანქანა იმყოფება გვერდით ქუჩაზე. როგორც კი ლამითერი ამოიწურება, ან გვერდით ქუჩაზე არ იქნება მანქანა, სისტემა გადადის მეხუთე მდგომარეობაში. მეხუთე მდგომარეობის დროს მთავარი სიგნალი წითელია, ხოლო გვერდითი სიგნალი ყვითელია მოკლე ტაიმერის ხანგრძლივობისთვის (TS = 4 წმ). 4 წამის შემდეგ სისტემა გადადის მეექვსე მდგომარეობაში. სისტემის მეექვსე და ბოლო მდგომარეობაში, როგორც ძირითადი, ასევე გვერდითი სიგნალები წითელია გარდამავალი ტაიმერის პერიოდისთვის (Tt = 1 წმ). ამის შემდეგ, სისტემა ბრუნდება პირველ მდგომარეობაში და იწყება თავიდან. მესამე და მეექვსე მდგომარეობა უზრუნველყოფს ბუფერულ მდგომარეობას, სადაც ორივე (ძირითადი და გვერდითი) სიგნალები წითლად რჩება მოკლე დროში ცვლილების დროს. მდგომარეობა 3 და 6 მსგავსია და შეიძლება ზედმეტი ჩანდეს, თუმცა ეს საშუალებას იძლევა შემოთავაზებული სქემის განხორციელება იყოს მარტივი.

ნაბიჯი 2: განხორციელების სქემა

სისტემის სრული ბლოკ -დიაგრამა ნაჩვენებია ნახატზე 2. ეს ფიგურა ასახავს სისტემის მთლიან სტრუქტურას, ფუნქციონირებას და ჩამოთვლის ყველა საჭირო შეყვანისა და გამომავალს. შემოთავაზებული საგზაო სიგნალის კონტროლერი აგებულია სასრული მდგომარეობის მანქანის (FSM) კონცეფციის გარშემო. ზემოთ აღწერილი დროის მოთხოვნები ითარგმნება ექვს მდგომარეობის FSM– ში, როგორც ეს მოცემულია სურათზე 3.

მდგომარეობის შეცვლის ცვლადები ნაჩვენებია ზემოთ: Vs-მანქანა იმყოფება გვერდით ქუჩაზე

TL - 25 წმ ტაიმერი (გრძელი ქრონომეტრი) ჩართულია

TS - 4 წამიანი ტაიმერი (მოკლე ქრონომეტრი) ჩართულია

Tt - 1 s ქრონომეტრი (გარდამავალი ქრონომეტრი) ჩართულია

FSM განსახორციელებლად არჩეულია დიალოგი GreenPAK CMIC SLG46537. ეს უაღრესად მრავალმხრივი მოწყობილობა საშუალებას იძლევა შერეული სიგნალის ფუნქციების ფართო სპექტრი შეიქმნას ძალიან მცირე, დაბალი სიმძლავრის ერთჯერადი ინტეგრირებულ წრეში. გარდა ამისა, IC შეიცავს ASM მაკროცელენს, რომელიც საშუალებას აძლევს მომხმარებელს შექმნას 8 - მდე მდგომარეობის მქონე სახელმწიფო მანქანები. მომხმარებელს აქვს მოქნილობა განსაზღვროს მდგომარეობების რაოდენობა, მდგომარეობის გადასვლები და შეყვანის სიგნალები, რომლებიც გამოიწვევს გადასვლას ერთი მდგომარეობიდან მეორე მდგომარეობაში.

ნაბიჯი 3: განხორციელება GreenPAK– ის გამოყენებით

მოძრაობის კონტროლერის მუშაობისთვის შემუშავებული FSM ხორციელდება SLG46537 GreenPAK– ის გამოყენებით. GreenPak დიზაინერში სქემა ხორციელდება ისე, როგორც ნაჩვენებია ფიგურა 4 -ში.

PIN3 და PIN4 კონფიგურებულია ციფრული შეყვანის ქინძისთავებად; PIN3 უკავშირდება ქუჩის სატრანსპორტო საშუალების სენსორის შეყვანას და PIN4 გამოიყენება სისტემის გადატვირთვისთვის. PIN 5, 6, 7, 14, 15 და 16 არის კონფიგურირებული, როგორც გამომავალი ქინძისთავები. PIN 5, 6 და 7 გადადის გვერდითი სიგნალის წითელ, ყვითელ და მწვანე შუქზე, შესაბამისად. PIN 14, 15 და 16 გადაეცემა ძირითადი სიგნალის მწვანე, ყვითელი და წითელი განათების დრაივერებს, შესაბამისად. ეს ასრულებს სქემის I/O კონფიგურაციას. დიაგრამის გულში მდგომარეობს ASM ბლოკი. ASM ბლოკის შეყვანა, რომელიც არეგულირებს მდგომარეობის ცვლილებებს, მიიღება კომბინაციური ლოგიკით სამი მრიცხველის/დაგვიანების ბლოკის (TS, TL და TT) და გვერდითი მანქანის სენსორის გამოყენებით. კომბინაციური ლოგიკა კიდევ უფრო კვალიფიცირდება სახელმწიფო ინფორმაციის გამოყენებით, რომელიც მიეწოდება LUT- ებს. პირველი, მეორე, მეოთხე და მეხუთე მდგომარეობის მდგომარეობის შესახებ ინფორმაცია მიიღება ASM ბლოკის B0 და B1 გამომავლების კომბინაციების გამოყენებით. B0 და B1 კომბინაციები, რომლებიც შეესაბამება პირველ, მეორე, მეოთხე და მეხუთე მდგომარეობას არის (B0 = 0, B1 = 0), (B0 = 1, B1 = 0), (B0 = 1, B1 = 1) და (B0 = 0, B1 = 1) შესაბამისად. მე -3 და მე -6 მდგომარეობების მდგომარეობის ინფორმაცია მიიღება უშუალოდ AND ოპერატორის გამოყენებით მთავარ წითელ და გვერდით წითელ სიგნალებზე. ამ მდგომარეობების ინფორმაციის კომბინაციური ლოგიკით კვება უზრუნველყოფს მხოლოდ შესაბამისი ქრონომეტრების გააქტიურებას. ASM ბლოკის სხვა გამოსავალი ენიჭება მთავარ შუქნიშნებს (მთავარი წითელი, მთავარი ყვითელი და მთავარი მწვანე) და გვერდით შუქნიშნებს (გვერდითი წითელი, ყვითელი და მწვანე მწვანე).

ASM ბლოკის კონფიგურაცია ნაჩვენებია ფიგურა 5 -ში და მე -6 სურათში. ნაჩვენები მდგომარეობა 5, შეესაბამება განსაზღვრულ პირველ, მეორე, მესამე, მეოთხე, მეხუთე და მეექვსე მდგომარეობას, რომელიც ნაჩვენებია ნახატზე 3. გამომავალი RAM კონფიგურაცია ASM ბლოკი ნაჩვენებია ფიგურა 6 -ში.

ქრონომეტრები TL, TS და TT ხორციელდება მრიცხველის/დაგვიანების ბლოკების გამოყენებით CNT1/DLY1, CNT2/DLY2 და CNT3/DLY3 შესაბამისად. სამივე ეს ბლოკი კონფიგურებულია დაგვიანების რეჟიმში მზარდი ზღვრის გამოვლენით. როგორც ნაჩვენებია სურათ 3 -ში, პირველი და მეოთხე მდგომარეობა იწვევს TL- ს, მეორე და მეხუთე მდგომარეობებს TS, ხოლო მესამე და მეექვსე მდგომარეობა იწვევს TT კომბინაციური ლოგიკის გამოყენებით. დაგვიანების ქრონომეტრების გააქტიურებისას, მათი შედეგები რჩება 0 მანამ, სანამ კონფიგურირებული შეფერხება არ დასრულდება მისი ხანგრძლივობა. ამ გზით TL’, TS’ და TT’

სიგნალები პირდაპირ მიიღება CNT1/DLY1, CNT2/DLY2 და CNT3/DLY3 ბლოკების გამოსასვლელიდან. TS’პირდაპირ იკვებება მეორე და მეხუთე მდგომარეობის გარდამავალი შეყვანისას, ხოლო TT’ გადადის მესამე და მეექვსე მდგომარეობის გარდამავალ საშუალებებზე. TL, მეორეს მხრივ, გადაეცემა კომბინატორულ ლოგიკურ ბლოკებს (LUT), რომლებიც აძლევენ სიგნალებს TL’Vs და TL’+ VS’, რომლებიც იკვებება შესაბამისად პირველი და მეოთხე მდგომარეობის გარდამავალ შეყვანაში. ეს დაასრულებს FSM– ის განხორციელებას GreenPAK დიზაინერის გამოყენებით.

ნაბიჯი 4: შედეგები

ტესტირების მიზნით, დიზაინი ემულაცია GreenPAK– ის უნივერსალური განვითარების დაფაზე SLG46537– ის გამოყენებით. შუქნიშნების სიგნალები (ციფრული გამომავალი პინების 5, 6, 7, 14, 15 და 16) გამოიყენება LED- ების გასააქტიურებლად, რომლებიც უკვე ხელმისაწვდომია GreenPAK– ის განვითარების დაფაზე, რათა ვიზუალურად დააკვირდეს FSM– ის ქცევას. შემუშავებული სქემის დინამიური ქცევის სრულად შესასწავლად, ჩვენ გამოვიყენეთ Arduino UNO დაფა SLG46537– თან დასაკავშირებლად. Arduino დაფა უზრუნველყოფს ავტომობილის გამოვლენის სენსორის შეყვანისა და სისტემის გადატვირთვის სიგნალებს სქემაში, ხოლო ის იღებს შუქნიშნის სიგნალებს სისტემიდან. Arduino დაფა გამოიყენება როგორც მრავალარხიანი ლოგიკური ანალიზატორი სისტემის დროებითი ფუნქციონირების ჩაწერისა და გრაფიკულად ჩვენებისათვის. შემუშავებულია და შემოწმებულია ორი სცენარი, რომლებიც ასახავს სისტემის ზოგად ქცევას. სურათი 7 გვიჩვენებს სქემის პირველ სცენარს, როდესაც ზოგიერთი მანქანა ყოველთვის არის გვერდით ქუჩაზე. როდესაც გადატვირთვის სიგნალი მტკიცდება, სისტემა იწყება პირველ მდგომარეობაში მხოლოდ ძირითადი მწვანე და გვერდითი წითელი სიგნალებით და ყველა სხვა სიგნალი გამორთულია. ვინაიდან გვერდითი ავტომობილები ყოველთვის იმყოფებიან, მეორე მდგომარეობაში მეორე გადასვლა ხდება 25 წამის შემდეგ, მთავარი ყვითელი და გვერდითი წითელი სიგნალების ჩართვით. ოთხი წამის შემდეგ ASM შედის მესამე მდგომარეობაში, სადაც მთავარი წითელი და გვერდითი სიგნალები რჩება 1 წამის განმავლობაში. შემდეგ სისტემა შემოდის მეოთხე მდგომარეობაში მთავარი წითელი და გვერდითი მწვანე სიგნალებით ჩართული. ვინაიდან გვერდითი მანქანები ყოველთვის იმყოფებიან, მომდევნო გადასვლა ხდება 25 წამის შემდეგ ASM– ის მეხუთე მდგომარეობაში გადაყვანით. მეხუთეზე მეექვსე მდგომარეობაზე გადასვლა ხდება 4 წამის შემდეგ, როდესაც TS იწურება. სისტემა რჩება მეექვსე მდგომარეობაში 1 წამის განმავლობაში, სანამ ASM არ დაუბრუნდება პირველ მდგომარეობას.

სურათი 8 გვიჩვენებს სქემის ქცევას მეორე სცენარში, როდესაც რამდენიმე გვერდითი მანქანა იმყოფება საგზაო სიგნალზე. აღმოჩნდა, რომ სისტემის ქცევა მუშაობს ისე, როგორც შექმნილია. სისტემა იწყებს პირველ მდგომარეობას ჩართული მხოლოდ მწვანე და გვერდითი წითელი სიგნალებით და ყველა სხვა სიგნალი გამორთულია 25 წამის შემდეგ მომდევნო გადასვლა შემდეგნაირად არის გვერდითი მანქანა. ძირითადი ყვითელი და გვერდითი წითელი სიგნალები ჩართულია მეორე მდგომარეობაში. 4 წამის შემდეგ, ASM შედის მესამე მდგომარეობაში მთავარი წითელი და გვერდითი წითელი სიგნალების ჩართვით. სისტემა რჩება მესამე მდგომარეობაში 1 წამის განმავლობაში და შემდეგ გადადის მეოთხე მდგომარეობაში და ინარჩუნებს ძირითად წითელს და გვერდს მწვანე. როგორც კი ავტომობილის სენსორის შეყვანა მცირდება (როდესაც ყველა გვერდითი ავტომობილი გავიდა), სისტემა შემოდის მეხუთე მდგომარეობაში, სადაც ძირითადი წითელი და გვერდითი ყვითელია. მეხუთე მდგომარეობაში ოთხი წამის განმავლობაში დარჩენის შემდეგ სისტემა გადადის მეექვსე მდგომარეობაში, რაც წითელდება როგორც ძირითადი, ისე გვერდითი სიგნალები. ეს სიგნალები რჩება წითელი 1 წამის განმავლობაში, სანამ ASM ხელახლა შევა პირველ მდგომარეობაში. ფაქტობრივი სცენარები დაფუძნებული იქნება ამ ორი აღწერილი სცენარის კომბინაციაზე, რომლებიც სწორად მუშაობს.

დასკვნა ამ აპლიკაციაში გაითვალისწინეთ მოძრაობის კონტროლერი, რომელსაც შეუძლია მართოს მოძრაობა დატვირთული მთავარი ქუჩის კვეთაზე და მსუბუქად გამოყენებული გვერდითი ქუჩა განხორციელდა Dialog GreenPAK SLG46537- ის გამოყენებით. სქემა ემყარება ASM- ს, რომელიც უზრუნველყოფს საგზაო სიგნალების თანმიმდევრობის მოთხოვნების დაკმაყოფილებას. დიზაინის ქცევა დამოწმებულია რამდენიმე LED- ით და Arduino UNO მიკროკონტროლით. შედეგებმა დაადასტურა, რომ დიზაინის მიზნები შესრულებულია. დიალოგის პროდუქტის გამოყენების მთავარი უპირატესობა არის დისკრეტული ელექტრონული კომპონენტების და მიკროკონტროლის საჭიროების თავიდან აცილება ერთი და იგივე სისტემის ასაშენებლად. არსებული დიზაინის გაფართოება შესაძლებელია ღილაკზე შეყვანის სიგნალის დამატებით იმ ქვეითებისთვის, რომლებიც ეძებენ გადატვირთულ ქუჩას. სიგნალი შეიძლება გადავიდეს OR კარიბჭესთან ერთად სიგნალი გვერდითი მანქანის შეყვანის სენსორიდან, რათა გამოიწვიოს პირველი მდგომარეობის ცვლილება. თუმცა, ფეხით მოსიარულეთა უსაფრთხოების უზრუნველსაყოფად არის დამატებითი მოთხოვნა მეოთხე შტატში გატარებული მინიმალური დროის შესახებ. ამის მარტივად მიღწევა შესაძლებელია სხვა ტაიმერის ბლოკის გამოყენებით. მწვანე და წითელი სიგნალები გვერდითი ქუჩის საგზაო სიგნალზე ასევე შეიძლება მიეწოდოს გვერდით საფეხმავლო სიგნალებს გვერდით ქუჩაზე.