Pengontrol Sinyal Lalu Lintas: 4 Langkah

2025 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2025-01-13 06:57

Sering ada skenario di mana urutan sinyal lalu lintas fleksibel diperlukan untuk koordinasi lalu lintas melalui persimpangan jalan yang sibuk dan jalan samping yang jarang digunakan. Dalam situasi seperti itu, urutan dapat dikontrol menggunakan pengatur waktu yang berbeda dan sinyal deteksi lalu lintas dari sisi jalan. Persyaratan ini dapat dipenuhi melalui metode konvensional mis. menggunakan blok bangunan dari komponen elektronik diskrit atau mikrokontroler. Namun, konsep sirkuit terpadu sinyal campuran yang dapat dikonfigurasi (CMIC) memberikan alternatif yang menarik mengingat fleksibilitas desain, biaya rendah, waktu pengembangan, dan kenyamanan. Banyak wilayah dan negara berkembang ke jaringan yang lebih rumit yang dapat mengakomodasi lebih banyak variabel untuk mengontrol lampu lalu lintas. Namun, banyak lampu lalu lintas masih menggunakan kontrol waktu tetap, seperti pengontrol sinyal elektro-mekanis. Tujuan dari catatan aplikasi ini adalah untuk menunjukkan bagaimana seseorang dapat menggunakan Asynchronous State Machine (ASM) GreenPAK untuk mengembangkan pengontrol sinyal lalu lintas yang disederhanakan untuk menggantikan pengontrol waktu tetap. Sinyal lalu lintas ini mengatur lalu lintas yang melewati persimpangan jalan utama yang sibuk dan jalan samping yang jarang digunakan. Pengendali akan mengontrol urutan dua sinyal lalu lintas, yang dipasang di jalan utama dan samping. Sinyal sensor, yang mendeteksi keberadaan lalu lintas di sisi jalan, diumpankan ke pengontrol yang, bersama dengan dua pengatur waktu, akan mengontrol urutan sinyal lalu lintas. Skema finite state machine (FSM) dikembangkan yang memastikan persyaratan urutan sinyal lalu lintas terpenuhi. Logika pengontrol diimplementasikan menggunakan dialog IC sinyal campuran yang dapat dikonfigurasi GreenPAK™ SLG46537.

Di bawah ini kami menjelaskan langkah-langkah yang diperlukan untuk memahami bagaimana chip GreenPAK telah diprogram untuk membuat Pengontrol Sinyal Lalu Lintas. Namun, jika Anda hanya ingin mendapatkan hasil pemrograman, unduh perangkat lunak GreenPAK untuk melihat File Desain GreenPAK yang sudah selesai. Pasang GreenPAK Development Kit ke komputer Anda dan tekan program untuk membuat IC khusus untuk Traffic Signal Controller.

Langkah 1: Persyaratan

Pertimbangkan skenario lalu lintas dengan persyaratan waktu sinyal lalu lintas dari jalan utama dan samping, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Sistem memiliki enam status, dan akan berpindah dari satu status ke kondisi lainnya tergantung pada kondisi tertentu yang telah ditentukan sebelumnya. Kondisi ini didasarkan pada tiga timer; pewaktu lama TL =25 s, pewaktu pendek TS = 4 s dan pewaktu sementara Tt = 1 s. Selain itu, input digital dari sensor deteksi lalu lintas samping diperlukan. Deskripsi menyeluruh dari masing-masing enam status sistem dan sinyal kontrol transisi status diberikan di bawah ini: Pada status pertama, sinyal utama berwarna hijau sedangkan sinyal samping berwarna merah. Sistem akan tetap dalam keadaan ini sampai timer lama (TL = 25 s) berakhir atau selama tidak ada kendaraan di pinggir jalan. Jika kendaraan hadir di pinggir jalan setelah berakhirnya timer lama, sistem akan mengalami perubahan status pindah ke status kedua. Pada kondisi kedua, sinyal utama berubah menjadi kuning sedangkan sinyal samping tetap merah selama durasi pewaktu pendek (TS = 4 s). Setelah 4 detik sistem bergerak ke keadaan ketiga. Pada keadaan ketiga, sinyal utama berubah menjadi merah dan sinyal samping tetap merah selama durasi pengatur waktu sementara (Tt = 1 s). Setelah 1 detik, sistem bergerak ke keadaan keempat. Selama keadaan keempat sinyal utama berwarna merah sedangkan sinyal samping berubah menjadi hijau. Sistem akan tetap dalam keadaan ini sampai berakhirnya waktu lama (TL = 25 s) dan ada beberapa kendaraan yang berada di pinggir jalan. Segera setelah penghitung waktu lama berakhir, atau tidak ada kendaraan di sisi jalan, sistem akan beralih ke keadaan kelima. Selama keadaan kelima, sinyal utama berwarna merah sedangkan sinyal samping berwarna kuning selama durasi pewaktu singkat (TS = 4 detik). Setelah 4 detik sistem akan pindah ke keadaan keenam. Pada keadaan keenam dan terakhir dari sistem, baik sinyal utama dan sinyal samping berwarna merah untuk periode pengatur waktu sementara (Tt = 1 s). Setelah itu, sistem kembali ke keadaan pertama dan memulai dari awal lagi. Status ketiga dan keenam menyediakan status buffer di mana kedua sinyal (utama dan samping) tetap merah untuk waktu yang singkat selama pergantian. Negara bagian 3 dan 6 serupa dan mungkin tampak berlebihan, namun hal ini memungkinkan penerapan skema yang diusulkan menjadi sederhana.

Langkah 2: Skema Implementasi

Diagram blok lengkap dari sistem ditunjukkan pada Gambar 2. Gambar ini menggambarkan keseluruhan struktur, fungsi sistem, dan daftar semua input dan output yang diperlukan. Pengontrol sinyal lalu lintas yang diusulkan telah dibangun di sekitar konsep finite state machine (FSM). Persyaratan waktu yang dijelaskan di atas diterjemahkan ke dalam FSM enam negara seperti yang digambarkan pada Gambar 3.

Variabel perubahan keadaan yang ditunjukkan di atas adalah: Vs – Sebuah kendaraan hadir di sisi jalan

TL – Pengatur waktu 25 detik (pengatur waktu lama) aktif

TS – Pengatur waktu 4 detik (pengatur waktu singkat) aktif

Tt – Pengatur waktu 1 detik (pengatur waktu sementara) aktif

Dialog GreenPAK CMIC SLG46537 telah dipilih untuk implementasi FSM. Perangkat yang sangat serbaguna ini memungkinkan berbagai macam fungsi sinyal campuran dirancang dalam sirkuit terpadu tunggal berdaya rendah yang sangat kecil. Selanjutnya, IC berisi sel makro ASM yang dirancang untuk memungkinkan pengguna membuat mesin status yang memiliki hingga 8 status. Pengguna memiliki fleksibilitas untuk menentukan jumlah status, transisi status, dan sinyal input yang akan menyebabkan transisi dari satu status ke status lainnya.

Langkah 3: Implementasi Menggunakan GreenPAK

FSM yang dikembangkan untuk pengoperasian pengontrol lalu lintas diimplementasikan menggunakan SLG46537 GreenPAK. Di GreenPak Designer skema diimplementasikan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.

PIN3 dan PIN4 dikonfigurasi sebagai pin input digital; PIN3 terhubung ke input sensor kendaraan sisi jalan dan PIN4 digunakan untuk reset sistem. PIN 5, 6, 7, 14, 15 dan 16 dikonfigurasi sebagai pin keluaran. PIN 5, 6 dan 7 diteruskan ke driver lampu merah, kuning dan hijau sinyal samping masing-masing. PIN 14, 15 dan 16 diteruskan ke driver lampu hijau, kuning dan merah sinyal utama masing-masing. Ini melengkapi konfigurasi I/O skema. Di jantung skema terletak blok ASM. Masukan dari blok ASM, yang mengatur perubahan keadaan, diperoleh dari logika kombinatorial menggunakan tiga blok counter/delay (TS, TL dan TT) dan masukan dari sensor kendaraan samping. Logika kombinatorial selanjutnya dikualifikasikan menggunakan informasi status yang diumpankan kembali ke LUT. Informasi keadaan dari keadaan pertama, kedua, keempat dan kelima diperoleh dengan menggunakan kombinasi output B0 dan B1 dari blok ASM. Kombinasi B0 dan B1 yang sesuai dengan keadaan pertama, kedua, keempat dan kelima adalah (B0 = 0, B1 = 0), (B0 = 1, B1 = 0), (B0 = 1, B1 = 1) dan (B0 = 0, B1 = 1) masing-masing. Informasi status dari status ke-3 dan ke-6 diperoleh secara langsung dengan menerapkan operator AND ke sinyal merah utama dan sinyal merah samping. Memasukkan informasi status ini ke logika kombinatorial memastikan bahwa hanya timer yang relevan yang dipicu. Output lain dari blok ASM ditugaskan ke lampu lalu lintas utama (merah utama, kuning utama, dan hijau utama) dan lampu lalu lintas samping (merah samping, kuning samping, dan hijau samping).

Konfigurasi blok ASM ditunjukkan pada Gambar 5 dan Gambar 6. Status yang ditunjukkan pada Gambar 5, sesuai dengan status pertama, kedua, ketiga, keempat, kelima dan keenam yang ditentukan yang ditunjukkan pada Gambar 3. Konfigurasi RAM keluaran dari ASM blok ditunjukkan pada Gambar 6.

Timer TL, TS dan TT diimplementasikan masing-masing menggunakan blok counter/delay CNT1/DLY1, CNT2/DLY2 dan CNT3/DLY3. Ketiga blok ini dikonfigurasi dalam mode tunda dengan deteksi tepi naik. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3, keadaan pertama dan keempat memicu TL, keadaan kedua dan kelima memicu TS, dan keadaan ketiga dan keenam memicu TT menggunakan logika kombinatorial. Saat pengatur waktu tunda dipicu, outputnya tetap 0 hingga penundaan yang dikonfigurasikan menyelesaikan durasinya. Dengan cara ini TL’, TS’ dan TT’

sinyal diperoleh langsung dari output blok CNT1/DLY1, CNT2/DLY2 dan CNT3/DLY3. TS 'langsung diumpankan ke input transisi status kedua dan kelima sementara TT' dilewatkan ke input transisi status ketiga dan keenam. TL, di sisi lain, diteruskan ke blok logika kombinatorial (LUTs) yang memberikan sinyal TL’ Vs dan TL’+ VS’ yang diumpankan ke input transisi dari status pertama dan ke-4 masing-masing. Ini melengkapi implementasi FSM menggunakan desainer GreenPAK.

Langkah 4: Hasil

Untuk tujuan pengujian, desain diemulasi pada GreenPAK Universal Development Board menggunakan SLG46537. Sinyal lampu lalu lintas (disamakan dengan pin output digital 5, 6, 7, 14, 15 dan 16) digunakan untuk mengaktifkan LED yang sudah tersedia di GreenPAK Development Board untuk mengamati perilaku FSM secara visual. Untuk menyelidiki sepenuhnya perilaku dinamis dari skema yang dikembangkan, kami menggunakan papan Arduino UNO untuk berinteraksi dengan SLG46537. Papan Arduino menyediakan input sensor deteksi kendaraan dan sinyal reset sistem ke skema saat mendapat sinyal lampu lalu lintas dari sistem. Papan Arduino digunakan sebagai penganalisis logika multi-channel untuk merekam dan secara grafis menunjukkan fungsi temporal sistem. Dua skenario yang menangkap perilaku umum sistem dikembangkan dan diuji. Gambar 7 menunjukkan skenario pertama skema ketika beberapa kendaraan selalu ada di pinggir jalan. Ketika sinyal reset ditegaskan, sistem dimulai dalam keadaan pertama dengan hanya sinyal hijau utama dan merah samping dan semua sinyal lainnya dimatikan. Karena kendaraan samping selalu hadir, transisi berikutnya ke keadaan kedua mengikuti 25 detik kemudian menyalakan sinyal kuning dan merah samping utama. Empat detik kemudian ASM memasuki kondisi ketiga di mana sinyal merah utama dan merah samping tetap menyala selama 1 detik. Sistem kemudian memasuki keadaan keempat dengan sinyal merah dan hijau utama dihidupkan. Karena kendaraan samping selalu ada, transisi berikutnya terjadi 25 detik kemudian memindahkan ASM ke keadaan kelima. Transisi dari keadaan kelima ke keenam terjadi 4 detik kemudian saat TS berakhir. Sistem tetap dalam keadaan keenam selama 1 detik sebelum ASM memasuki kembali keadaan pertama.

Gambar 8 menunjukkan perilaku skema dalam skenario kedua, ketika beberapa kendaraan samping hadir di lampu lalu lintas. Perilaku sistem ditemukan berfungsi seperti yang dirancang. Sistem dimulai dalam keadaan pertama dengan hanya sinyal hijau utama dan merah samping dan semua sinyal lainnya dimatikan 25 detik kemudian transisi berikutnya mengikuti karena ada kendaraan samping. Sinyal kuning dan merah samping utama dihidupkan dalam keadaan kedua. Setelah 4 detik, ASM memasuki kondisi ketiga dengan sinyal merah utama dan merah samping menyala. Sistem tetap dalam keadaan ketiga selama 1 detik dan kemudian pindah ke keadaan keempat dengan tetap mengaktifkan merah utama dan hijau samping. Segera setelah input sensor kendaraan menjadi rendah (ketika semua kendaraan samping telah lewat), sistem memasuki keadaan kelima di mana merah utama dan kuning samping menyala. Setelah berada di keadaan kelima selama empat detik, sistem bergerak ke keadaan keenam mengubah sinyal utama dan samping menjadi merah. Sinyal-sinyal ini tetap merah selama 1 detik sebelum ASM memasuki kembali keadaan pertama. Skenario yang sebenarnya akan didasarkan pada kombinasi dari dua skenario yang dijelaskan ini yang ternyata bekerja dengan benar.

Kesimpulan Dalam aplikasi ini catatan pengontrol lalu lintas yang dapat mengatur lalu lintas yang melewati persimpangan jalan utama yang sibuk dan jalan samping yang jarang digunakan diimplementasikan menggunakan Dialog GreenPAK SLG46537. Skema ini didasarkan pada ASM yang memastikan persyaratan urutan sinyal lalu lintas terpenuhi. Perilaku desain diverifikasi oleh beberapa LED dan mikrokontroler Arduino UNO. Hasil memverifikasi bahwa tujuan desain terpenuhi. Keuntungan utama menggunakan produk Dialog adalah untuk meniadakan kebutuhan komponen elektronik diskrit dan mikrokontroler untuk membangun sistem yang sama. Desain yang ada dapat diperluas dengan menambahkan sinyal input dari tombol tekan untuk jalur pejalan kaki yang ingin menyeberang jalan yang sibuk. Sinyal dapat diteruskan ke gerbang OR bersama dengan sinyal dari sensor input kendaraan samping untuk memicu perubahan status pertama. Namun, untuk memastikan keselamatan pejalan kaki sekarang ada persyaratan tambahan beberapa waktu minimum yang harus dihabiskan di negara bagian keempat. Ini dapat dengan mudah dicapai dengan menggunakan blok timer lain. Sinyal hijau dan merah pada sinyal lalu lintas di sisi jalan sekarang juga dapat diumpankan ke sinyal pejalan kaki di sisi jalan.