ट्रैफिक सिग्नल कंट्रोलर: 4 कदम

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:19

अक्सर ऐसे परिदृश्य मौजूद होते हैं जहां एक व्यस्त सड़क के चौराहे और हल्के से उपयोग की जाने वाली साइड स्ट्रीट के माध्यम से यातायात के समन्वय के लिए लचीले ट्रैफिक सिग्नल अनुक्रमों की आवश्यकता होती है। ऐसी स्थितियों में, अलग-अलग टाइमर और साइड स्ट्रीट से ट्रैफिक डिटेक्शन सिग्नल का उपयोग करके दृश्यों को नियंत्रित किया जा सकता है। इन आवश्यकताओं को पारंपरिक तरीकों से पूरा किया जा सकता है उदा। असतत इलेक्ट्रॉनिक घटकों या माइक्रोकंट्रोलर से बिल्डिंग ब्लॉक्स का उपयोग करना। हालांकि, कॉन्फिगरेबल मिक्स्ड सिग्नल इंटीग्रेटेड सर्किट (CMIC) की अवधारणा इसके डिजाइन लचीलेपन, कम लागत, विकास के समय और सुविधा को देखते हुए एक आकर्षक विकल्प प्रदान करती है। कई क्षेत्र और देश अधिक जटिल ग्रिड की ओर बढ़ रहे हैं जो ट्रैफिक लाइट को नियंत्रित करने के लिए अधिक संख्या में चर को समायोजित कर सकते हैं। हालांकि, कई ट्रैफिक लाइट अभी भी निश्चित समय नियंत्रण का उपयोग करती हैं, जैसे इलेक्ट्रो-मैकेनिकल सिग्नल कंट्रोलर। इस एप्लिकेशन नोट का उद्देश्य यह दिखाना है कि एक निश्चित समय नियंत्रक को बदलने के लिए एक सरल ट्रैफिक सिग्नल नियंत्रक विकसित करने के लिए ग्रीनपैक की एसिंक्रोनस स्टेट मशीन (एएसएम) का उपयोग कैसे किया जा सकता है। यह ट्रैफिक सिग्नल एक व्यस्त मुख्य सड़क के चौराहे से गुजरने वाले यातायात को नियंत्रित करता है और एक हल्के से इस्तेमाल की जाने वाली साइड स्ट्रीट। नियंत्रक दो यातायात संकेतों के अनुक्रम को नियंत्रित करेगा, जो मुख्य और किनारे की सड़क पर स्थापित हैं। एक सेंसर सिग्नल, जो साइड स्ट्रीट ट्रैफिक की उपस्थिति का पता लगाता है, नियंत्रक को खिलाया जाता है, जो दो टाइमर के साथ मिलकर ट्रैफिक सिग्नल के अनुक्रम को नियंत्रित करेगा। एक परिमित राज्य मशीन (एफएसएम) योजना विकसित की गई है जो सुनिश्चित करती है कि यातायात संकेतों के अनुक्रम की आवश्यकताओं को पूरा किया जाता है। नियंत्रक तर्क एक संवाद GreenPAK™ SLG46537 विन्यास योग्य मिश्रित संकेत IC का उपयोग करके कार्यान्वित किया जाता है।

नीचे हमने आवश्यक चरणों का वर्णन किया है कि ट्रैफिक सिग्नल कंट्रोलर बनाने के लिए ग्रीनपैक चिप को कैसे प्रोग्राम किया गया है। हालाँकि, यदि आप केवल प्रोग्रामिंग का परिणाम प्राप्त करना चाहते हैं, तो पहले से पूर्ण की गई ग्रीनपैक डिज़ाइन फ़ाइल को देखने के लिए ग्रीनपैक सॉफ़्टवेयर डाउनलोड करें। ग्रीनपैक डेवलपमेंट किट को अपने कंप्यूटर में प्लग करें और ट्रैफिक सिग्नल कंट्रोलर के लिए कस्टम आईसी बनाने के लिए प्रोग्राम को हिट करें।

चरण 1: आवश्यकताएँ

एक ट्रैफिक परिदृश्य पर विचार करें, जिसमें मुख्य और साइड स्ट्रीट से ट्रैफिक सिग्नल की समय की आवश्यकता है, जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है। सिस्टम में छह राज्य हैं, और कुछ पूर्वनिर्धारित स्थितियों के आधार पर एक राज्य से दूसरे राज्य में चले जाएंगे। ये शर्तें तीन टाइमर पर आधारित हैं; एक लंबा टाइमर TL =25 s, एक छोटा टाइमर TS = 4 s और एक क्षणभंगुर टाइमर Tt = 1 s। इसके अतिरिक्त, साइड ट्रैफिक डिटेक्शन सेंसर से डिजिटल इनपुट की आवश्यकता होती है। छह सिस्टम राज्यों और राज्य संक्रमण नियंत्रण संकेतों में से प्रत्येक का विस्तृत विवरण नीचे दिया गया है: पहले राज्य में, मुख्य सिग्नल हरा होता है जबकि साइड सिग्नल लाल होता है। सिस्टम इस स्थिति में तब तक रहेगा जब तक कि लंबा टाइमर (TL = 25 s) समाप्त नहीं हो जाता या जब तक कि सड़क पर कोई वाहन न हो। यदि लंबे टाइमर की समाप्ति के बाद साइड स्ट्रीट पर कोई वाहन मौजूद है, तो सिस्टम दूसरे राज्य में जाने के लिए एक राज्य परिवर्तन से गुजरेगा। दूसरी अवस्था में, मुख्य सिग्नल पीला हो जाता है जबकि साइड सिग्नल शॉर्ट टाइमर (TS = 4 s) की अवधि के लिए लाल रहता है। 4 सेकंड के बाद सिस्टम तीसरी अवस्था में चला जाता है। तीसरी अवस्था में, मुख्य सिग्नल लाल रंग में बदल जाता है और साइड सिग्नल ट्रांजिटरी टाइमर (Tt = 1 s) की अवधि के लिए लाल रहता है। 1 सेकंड के बाद, सिस्टम चौथी स्थिति में चला जाता है। चौथी अवस्था के दौरान मुख्य सिग्नल लाल होता है जबकि साइड सिग्नल हरा हो जाता है। सिस्टम इस स्थिति में लॉन्ग टाइमर (TL = 25 s) की समाप्ति तक रहेगा और साइड स्ट्रीट पर कुछ वाहन मौजूद हैं। जैसे ही लंबा टाइमर समाप्त हो जाता है, या सड़क के किनारे कोई वाहन नहीं है, सिस्टम पांचवें राज्य में परिवर्तित हो जाएगा। पांचवीं अवस्था के दौरान मुख्य सिग्नल लाल होता है जबकि शॉर्ट टाइमर (TS = 4 s) की अवधि के लिए साइड सिग्नल पीला होता है। 4 सेकंड के बाद सिस्टम छठी अवस्था में चला जाएगा। सिस्टम की छठी और आखिरी स्थिति में, ट्रांज़िटरी टाइमर (Tt = 1 s) की अवधि के लिए मुख्य और साइड सिग्नल दोनों लाल होते हैं। उसके बाद, सिस्टम पहले राज्य में वापस चला जाता है और फिर से शुरू होता है। तीसरे और छठे राज्य एक बफर स्थिति प्रदान करते हैं जहां बदलाव के दौरान दोनों (मुख्य और पार्श्व) सिग्नल थोड़े समय के लिए लाल रहते हैं। राज्य 3 और 6 समान हैं और बेमानी लग सकते हैं, हालांकि यह प्रस्तावित योजना के कार्यान्वयन को सरल बनाने की अनुमति देता है।

चरण 2: कार्यान्वयन योजना

सिस्टम का एक पूरा ब्लॉक आरेख चित्र 2 में दिखाया गया है। यह आंकड़ा समग्र संरचना, सिस्टम के कार्य को दिखाता है, और सभी आवश्यक इनपुट और आउटपुट को सूचीबद्ध करता है। प्रस्तावित ट्रैफिक सिग्नल कंट्रोलर को परिमित राज्य मशीन (एफएसएम) अवधारणा के आसपास बनाया गया है। जैसा कि चित्र 3 में दर्शाया गया है, ऊपर वर्णित समय की आवश्यकताओं को छह राज्य FSM में अनुवादित किया गया है।

ऊपर दिखाए गए राज्य-परिवर्तन चर हैं: बनाम - एक वाहन साइड स्ट्रीट पर मौजूद है

TL - 25 s टाइमर (लॉन्ग टाइमर) चालू है

TS - 4 s टाइमर (लघु टाइमर) चालू है

Tt - 1 s टाइमर (क्षणिक टाइमर) चालू है

FSM के कार्यान्वयन के लिए डायलॉग ग्रीनपैक CMIC SLG46537 को चुना गया है। यह अत्यधिक बहुमुखी उपकरण मिश्रित-सिग्नल कार्यों की एक विस्तृत विविधता को बहुत छोटे, कम शक्ति वाले एकल एकीकृत सर्किट के भीतर डिज़ाइन करने की अनुमति देता है। इसके अलावा, IC में एक ASM मैक्रोसेल होता है जिसे उपयोगकर्ता को 8 राज्यों तक की स्टेट मशीन बनाने की अनुमति देने के लिए डिज़ाइन किया गया है। उपयोगकर्ता के पास राज्यों की संख्या, राज्य संक्रमण और इनपुट संकेतों को परिभाषित करने का लचीलापन है जो एक राज्य से दूसरे राज्य में संक्रमण का कारण बनेंगे।

चरण 3: ग्रीनपाक का उपयोग करके कार्यान्वयन

ट्रैफिक कंट्रोलर के संचालन के लिए विकसित FSM को SLG46537 GreenPAK का उपयोग करके कार्यान्वित किया जाता है। ग्रीनपाक डिज़ाइनर में योजना को चित्र 4 में दर्शाए अनुसार लागू किया गया है।

PIN3 और PIN4 को डिजिटल इनपुट पिन के रूप में कॉन्फ़िगर किया गया है; PIN3 साइड स्ट्रीट व्हीकल सेंसर इनपुट से जुड़ा है और PIN4 सिस्टम रीसेट के लिए उपयोग किया जाता है। पिन 5, 6, 7, 14, 15 और 16 को आउटपुट पिन के रूप में कॉन्फ़िगर किया गया है। पिन 5, 6 और 7 क्रमशः साइड सिग्नल के रेड, येलो और ग्रीन लाइट ड्राइवरों को पास किए जाते हैं। पिन 14, 15 और 16 क्रमशः मुख्य सिग्नल के हरे, पीले और लाल बत्ती वाले ड्राइवरों को दिए जाते हैं। यह योजना के I/O कॉन्फ़िगरेशन को पूरा करता है। योजनाबद्ध के केंद्र में ASM ब्लॉक है। एएसएम ब्लॉक के इनपुट, जो राज्य परिवर्तनों को नियंत्रित करते हैं, तीन काउंटर/देरी ब्लॉक (टीएस, टीएल और टीटी) और साइड वाहन सेंसर से इनपुट का उपयोग करके संयोजक तर्क से प्राप्त किए जाते हैं। एलयूटी को वापस फीड की गई राज्य की जानकारी का उपयोग करके कॉम्बिनेटरियल लॉजिक को और अधिक योग्य बनाया गया है। ASM ब्लॉक के B0 और B1 आउटपुट के संयोजन का उपयोग करके पहले, दूसरे, चौथे और पांचवें राज्यों की राज्य जानकारी प्राप्त की जाती है। पहले, दूसरे, चौथे और पांचवें राज्यों के संगत B0 और B1 के संयोजन हैं (B0 = 0, B1 = 0), (B0 = 1, B1 = 0), (B0 = 1, B1 = 1) और (B0) = 0, बी1 = 1) क्रमशः। तीसरे और छठे राज्यों की राज्यों की जानकारी सीधे AND ऑपरेटर को मुख्य रेड और साइड रेड सिग्नल पर लागू करके प्राप्त की जाती है। इन राज्यों की जानकारी को कॉम्बिनेटरियल लॉजिक में फीड करने से यह सुनिश्चित होता है कि केवल प्रासंगिक टाइमर ही चालू हों। एएसएम ब्लॉक के अन्य आउटपुट मुख्य ट्रैफिक लाइट (मुख्य लाल, मुख्य पीला, और मुख्य हरा) और साइड ट्रैफिक लाइट (साइड रेड, साइड येलो और साइड ग्रीन) को सौंपा गया है।

एएसएम ब्लॉक का विन्यास चित्रा 5 और चित्रा 6 में दिखाया गया है। चित्रा 5 में दिखाए गए राज्य, चित्रा 3 में दिखाए गए परिभाषित पहले, दूसरे, तीसरे, चौथे, पांचवें और छठे राज्यों के अनुरूप हैं। एएसएम का आउटपुट रैम कॉन्फ़िगरेशन ब्लॉक चित्र 6 में दिखाया गया है।

टाइमर्स TL, TS और TT को क्रमशः काउंटर/देरी ब्लॉक CNT1/DLY1, CNT2/DLY2 और CNT3/DLY3 का उपयोग करके कार्यान्वित किया जाता है। इन तीनों ब्लॉकों को राइजिंग एज डिटेक्शन के साथ डिले मोड में कॉन्फ़िगर किया गया है। जैसा कि चित्र 3 में दिखाया गया है, पहले और चौथे राज्य टीएल को ट्रिगर करते हैं, दूसरे और पांचवें राज्य टीएस को ट्रिगर करते हैं, और तीसरे और छठे राज्य कॉम्बिनेटरियल लॉजिक का उपयोग करके टीटी को ट्रिगर करते हैं। जैसे ही विलंब टाइमर ट्रिगर होते हैं, उनके आउटपुट 0 तब तक बने रहते हैं जब तक कि कॉन्फ़िगर की गई देरी इसकी अवधि पूरी नहीं कर लेती। इस प्रकार TL', TS' और TT'

सिग्नल सीधे CNT1/DLY1, CNT2/DLY2 और CNT3/DLY3 ब्लॉक के आउटपुट से प्राप्त होते हैं। TS' सीधे दूसरे और पांचवें राज्यों के संक्रमण इनपुट को खिलाया जाता है जबकि TT' को तीसरे और छठे राज्यों के संक्रमण इनपुट को पास किया जाता है। दूसरी ओर, TL को कॉम्बिनेटरियल लॉजिक ब्लॉक्स (LUTs) को पास किया जाता है, जो TL 'Vs और TL'+ VS' सिग्नल देते हैं, जो क्रमशः पहले और चौथे राज्यों के ट्रांज़िशन इनपुट्स को फीड किए जाते हैं। यह ग्रीनपैक डिजाइनर का उपयोग करके एफएसएम के कार्यान्वयन को पूरा करता है।

चरण 4: परिणाम

परीक्षण उद्देश्यों के लिए, SLG46537 का उपयोग करके ग्रीनपैक यूनिवर्सल डेवलपमेंट बोर्ड पर डिजाइन का अनुकरण किया जाता है। ट्रैफिक लाइट सिग्नल (डिजिटल आउटपुट पिन 5, 6, 7, 14, 15 और 16 के बराबर) का उपयोग उन एलईडी को सक्रिय करने के लिए किया जाता है जो पहले से ही ग्रीनपैक डेवलपमेंट बोर्ड पर एफएसएम के व्यवहार का निरीक्षण करने के लिए उपलब्ध हैं। विकसित योजना के गतिशील व्यवहार की पूरी तरह से जांच करने के लिए, हमने SLG46537 के साथ इंटरफेस करने के लिए एक Arduino UNO बोर्ड का उपयोग किया। Arduino बोर्ड स्कीम को व्हीकल डिटेक्शन सेंसर इनपुट और सिस्टम रीसेट सिग्नल प्रदान करता है, जबकि इसे सिस्टम से ट्रैफिक लाइट सिग्नल मिलते हैं। Arduino बोर्ड का उपयोग सिस्टम के अस्थायी कामकाज को रिकॉर्ड करने और ग्राफिक रूप से दिखाने के लिए एक मल्टी-चैनल लॉजिक एनालाइज़र के रूप में किया जाता है। सिस्टम के सामान्य व्यवहार को पकड़ने वाले दो परिदृश्य विकसित और परीक्षण किए गए हैं। चित्र 7 योजना का पहला परिदृश्य दिखाता है जब कुछ वाहन हमेशा किनारे की सड़क पर मौजूद होते हैं। जब रीसेट सिग्नल लगाया जाता है तो सिस्टम केवल मुख्य हरे और साइड रेड सिग्नल के साथ पहली स्थिति में शुरू होता है और अन्य सभी सिग्नल बंद हो जाते हैं। चूंकि साइड व्हीकल हमेशा मौजूद रहता है, दूसरे राज्य में अगला संक्रमण 25 सेकंड बाद मुख्य पीले और साइड रेड सिग्नल को चालू करता है। चार सेकंड बाद एएसएम तीसरे राज्य में प्रवेश करता है जहां मुख्य लाल और साइड रेड सिग्नल 1 सेकंड के लिए चालू रहते हैं। सिस्टम फिर चौथे राज्य में प्रवेश करता है जिसमें मुख्य लाल और साइड ग्रीन सिग्नल चालू होते हैं। चूंकि साइड वाहन हमेशा मौजूद होते हैं, अगला संक्रमण 25 सेकंड बाद एएसएम को पांचवें राज्य में ले जाता है। पांचवें से छठे राज्य में संक्रमण 4 सेकंड बाद होता है क्योंकि टीएस समाप्त हो जाता है। एएसएम के पहले राज्य में फिर से प्रवेश करने से पहले सिस्टम 1 सेकंड की अवधि के लिए छठे राज्य में रहता है।

चित्र 8 दूसरे परिदृश्य में योजना के व्यवहार को दर्शाता है, जब कुछ साइड वाहन ट्रैफिक सिग्नल पर मौजूद होते हैं। सिस्टम का व्यवहार डिज़ाइन के अनुसार कार्य करता हुआ पाया जाता है। सिस्टम पहले राज्य में केवल मुख्य हरे और साइड रेड सिग्नल के साथ शुरू होता है और अन्य सभी सिग्नल 25 सेकंड बाद बंद हो जाते हैं, अगला संक्रमण होता है क्योंकि एक साइड वाहन मौजूद होता है। दूसरे राज्य में मुख्य पीले और साइड रेड सिग्नल चालू होते हैं। 4 सेकंड के बाद, एएसएम तीसरे राज्य में प्रवेश करता है जिसमें मुख्य लाल और साइड रेड सिग्नल चालू होते हैं। सिस्टम 1 सेकंड के लिए तीसरे राज्य में रहता है और फिर मुख्य लाल और किनारे को हरा रखते हुए चौथे राज्य में चला जाता है। जैसे ही वाहन सेंसर इनपुट कम हो जाता है (जब सभी साइड वाहन गुजर चुके होते हैं), सिस्टम पांचवें राज्य में प्रवेश करता है जहां मुख्य लाल और साइड पीला चालू होता है। पांचवीं अवस्था में चार सेकंड तक रहने के बाद सिस्टम छठी अवस्था में चला जाता है जिससे मेन और साइड सिग्नल दोनों लाल हो जाते हैं। एएसएम के पहले राज्य में फिर से प्रवेश करने से पहले ये संकेत 1 सेकंड के लिए लाल रहते हैं। वास्तविक परिदृश्य इन दो वर्णित परिदृश्यों के संयोजन पर आधारित होंगे जो सही ढंग से काम करते पाए जाते हैं।

निष्कर्षइस ऐप में एक ट्रैफिक कंट्रोलर नोट करता है जो एक व्यस्त मुख्य सड़क के चौराहे से गुजरने वाले ट्रैफ़िक का प्रबंधन कर सकता है और डायलॉग ग्रीनपैक SLG46537 का उपयोग करके हल्के ढंग से इस्तेमाल की जाने वाली साइड स्ट्रीट को लागू किया गया था। यह योजना एएसएम पर आधारित है जो सुनिश्चित करती है कि ट्रैफिक सिग्नल अनुक्रम आवश्यकताओं को पूरा किया जाता है। डिजाइन के व्यवहार को कई एल ई डी और एक Arduino UNO माइक्रोकंट्रोलर द्वारा सत्यापित किया गया था। परिणामों ने सत्यापित किया कि डिजाइन उद्देश्यों को पूरा किया गया था। डायलॉग उत्पाद का उपयोग करने का मुख्य लाभ समान प्रणाली के निर्माण के लिए असतत इलेक्ट्रॉनिक घटकों और माइक्रोकंट्रोलर की आवश्यकता को समाप्त करना है। व्यस्त सड़क को पार करने की तलाश में पैदल चलने वालों के मार्ग के लिए एक पुश बटन से इनपुट सिग्नल जोड़कर मौजूदा डिज़ाइन को बढ़ाया जा सकता है। पहले राज्य परिवर्तन को ट्रिगर करने के लिए सिग्नल को साइड व्हीकल इनपुट सेंसर से सिग्नल के साथ एक OR गेट पर भेजा जा सकता है। हालांकि, पैदल चलने वालों की सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए अब चौथे राज्य में खर्च करने के लिए कुछ न्यूनतम समय की अतिरिक्त आवश्यकता है। इसे किसी अन्य टाइमर ब्लॉक का उपयोग करके आसानी से पूरा किया जा सकता है। साइड स्ट्रीट ट्रैफिक सिग्नल पर हरे और लाल सिग्नल अब साइड स्ट्रीट पर साइड पैदल यात्री सिग्नल को भी फीड किए जा सकते हैं।