Схема подключения светофоров на перекрестке

Микроконтроллеры Процессоры, проекты, программирование

Nav view search

Модель светофора.

Подробности Опубликовано 13.04.2013 14:30

Автоматический регулировщик дорожного движения под названием светофор, давно стал привычным объектом на городских улицах. Простой алгоритм работы и визуальная наглядность работы данного устройства обусловили его частое использование в качестве объекта моделирования в разнообразных программных приложениях. Возможна реализация модели светофора и с помощью микроконтроллера. Учитывая простоту объекта, в качестве такового может быть использована микросхема PIC 12 F 629.

Алгоритм работы.

Работа светофора может быть реализована с помощью двух режимов. Рабочий режим содержит последовательное переключение красного, желтого и зеленого цветов. Для большей реалистичности необходимо предусмотреть наложение красного и желтого цветов перед переключением на зеленый, а также мигающий зеленый в конце его свечения. Второй режим – дежурный. Его особенностью является постоянное мигание желтого цвета. Переключение между режимами происходит после нажатия на кнопку.

Принципиальная схема.

Принципиальная электрическая схема модели светофора содержит минимум радиодеталей. Основу схемы составляет микроконтроллер PIC 12 F 629. К трем его выводам, через токоограничивающие сопротивления присоединены светодиоды L 813, производства Kingbright , красного, желтого и зеленого свечения. Вход GP 3 микроконтроллера использован для переключения режима работы модели с помощью кнопки. Для обеспечения удобства программирования, предусмотрен ISP -разъем, позволяющий работать с программатором PicKit 2.

Конструкция.

Печатная плата светофора создавалась для простого повторения студентами и начинающими радиолюбителями. Поэтому используются только элементы штыревого монтажа. Плата имеет размеры и ориентирована на ЛУТ технологию.

В конструкции используются светодиоды с диаметром корпуса 10мм и прозрачным корпусом, что на практике выглядит не совсем эффектно. Рекомендуется при повторении устанавливать светодиоды с корпусом соответствующего цвета, что сделает модель более похожей на настоящий светофор.

Управляющая программа.

Управляющая программа написана на языке mikroPascal . Переключение режимов работы происходит через прерывание от порта ввода/вывода. Рабочий и дежурный циклы реализованы простейшим способом – переключением соответствующих линий с программной задержкой между операциями.

var Rez :byte; //Режим

Red : sbit at GPIO.B4; //Красный цвет

Yellow : sbit at GPIO.B5; //Желтый цвет

Green : sbit at GPIO.B2; //Зеленый цвет

Button : sbit at GPIO.B3; //Кнопка

procedure interrupt ; //Прерывание по нажатию кнопки

delay _ ms (100); //Защита от дребезга

if Rez=1 then Rez:=0 else Rez:=1; //Переключение режима

ClearBIT(INTCON,GPIF); //Сброс флага прерывания по кнопке

Светофор на Ардуино

В этой статье мы рассмотрим проект светофора с мигающими светодиодами на базе Arduino Uno и Nano. Светофор со светодиодами тремя цветов можно назвать проектом начального уровня. Но на его основе можно сделать интересные и полезные устройства, например, тренажеры для обучения детей правилам дорожного движения. Этот проект также позволит начинающим еще больше узнать о программировании в среде Ардуино, потренироваться в сборке схем и порадоваться новым интересным инженерным игрушкам.

Немного о светофорах

Светофор – лучший друга пешеходов и водителей, позволяющий организовать безопасное движение на дорогах. Первое такое устройство для городских дорог было установлено в 1868 году возле здания Британского парламента в Лондоне. Его внешний вид, конечно, сильно отличался от привычного нам сейчас устройств. Первый светофор представлял собой набор семафорных стрелок с подсветкой из газовых фонарей. Его создатель, инженер Джон Пик Найт, проектировал семафоры для железных дорог и первый додумался использовать идею для дорог, по которым в то время перемещались на лошадях.

Первые светофоры

Первый электрический светофор появился в 1912 году в США. Инженер Лестер Вайр придумал устройство с двумя цветами – красным и зеленым. В 1914 году на перекрестке в Кливленде впервые были установлены сразу четыре светофора. Управлялись устройства вручную – полицейские переключали лампочки.

Создатель первого светофора William L Potts

В 1920 году появились трехцветные светофоры – их поставили на улицах Нью-Йорка и Детройта. Первой же европейской страной с электрическими светофорами стала Франция. В Советском Союзе светофор появился в январе 1930 года в Ленинграде. Годом позже первые устройства поставили и в Москве.

Памятник светофору

Сама идея установить четкую последовательность цветов связана с желанием помочь людям, не отличающим оттенки цветов. Они могут ориентироваться не на цвет, а на местоположение светящегося объекта. Именно поэтому у большинства светофоров в мире цвета выглядят именно так – красный, желтый и зеленый. Но есть и исключения – например, в Ирландии в свое время были вынуждены поменять местами красный и зеленый. Все дело в том, что местные жители не хотели видеть национальный цвет Ирландии (зеленый) в самом низу.

В некоторых странах вместо зеленого используют синий сигнал светофора. Также сегодня часто можно встретить многосекционные светофоры со стрелками. В Берлине, например, есть светофор с 13 сигналами!

Если говорить об устройстве светофора, то за всю историю его существования менялись и сами источники света, и управляющие устройства. Сегодня светофоры используют светодиодные модули, которые гораздо экономичнее и надежнее используемых ранее ламповых. При выходе из строя одного светодиода конструкция в целом продолжает работать. Также на улицах сегодня легко встретить и целые светофорные комплексы, где на экранах отображается дополнительная информация: время до переключения, графические подсказки и другое.

Проект “Светофор на Ардуино”

Давайте и мы создадим свой почти настоящий светофор. В рамках этого проекта мы соберем схему и создадим скетч, с помощью которого светодиоды будут гореть и переключаться по правилам дорожного движения.

Если вы совсем новичок в Ардуино, крайне рекомендуем прочитать наши статьи для начинающих:

Сложность урока: для начинающих

Плата Ардуино Уно или Нано.
Макетная плата.
Три светодиода. Естественно, что лучше всего красного, желтого и зеленого цветов.
Три резистора номиналом 220 Ом.
Соединительные провода.

Схема подключения

Давайте начнем проект со сборки электрической цепи. Схема достаточно проста – соединяем три светодиода. Плюс к цифровому пину, минус – к земле. Обратите внимание, что мы объединили три контакта в один с помощью общей шины макетной платы. Красный свет светофора мы соединим с пином 11, желтый – с 10, зеленый – с 9.

Читать еще: Как зарегистрировать в гаи самодельный прицеп

Схема светофора со светодиодами на Ардуино

На этом вопрос со схемой можно считать решенным. Не забывайте про полярность, проверяйте правильность монтажа.

Модуль светофора

Есть еще один способ собрать проект – использовать уже готовые устройства в виде светофора со светодиодами. Один из примеров – плата для Ардуино, продающаяся на Алиэкспрессе. На ней уже закреплены все резисторы, не нужно придумывать конструкцию – просто закрепляем похожий на светофор модуль на подставке и соединяем контакты с Ардуино.

Модуль светофора для Ардуино

Купить готовый модуль можно, например, по этим ссылкам:

А вот ссылка на еще один интересный и совсем недорогой модуль. Он не предназначен для Ардуино, но имеет готовые к использованию корпус и провода, которые можно подключить по приведенной схеме.

Программирование светофора

Прежде чем писать программу, нужно составить общий алгоритм действий, описать задачу на привычном языке. Попробуйте это сделать самостоятельно, заодно и проверьте, так ли уж точно вы знаете алгоритм работы светофора?

Алгоритм работы

Вот этот алгоритм трехсекционного светофора для водителей, принятый за стандарт в России:

Начинается все с зеленого света. Включаем его.
Спустя определенное количество времени зеленый начинает мигать. Водители и пешеходы завершают движение (или, как это часто бывает, ускоряются).
Зеленый выключается и включается желтый.
Спустя какое-то время выключается и желтый – загорается красный.
Эпоха красного цвета заканчивается не миганием, как у зеленого, а параллельным включением красного и желтого.
Спустя какое-то время красный и желтый выключаются, включается зеленый и все начинается сначала.

Если вы разобрались с алгоритмом, то написать скетч для Ардуино будет совсем не сложно. Надо лишь заменить каждое слово “включить” на digitalWrite с атрибутом HIGH, “выключить” на digitalWrite с атрибутом LOW, а задержку сформировать с помощью delay. Вот, например, фрагмент программы, определяющий переход с красного на зеленый цвет.

Пример скетча

Для того, чтобы не привязываться в программе к конкретным номерам пинов можно и нужно создать константы, содержащие нужный номер пина. В коде мы будем использовать эти константы, а не номера. И если нам нужно будет поменять схему подключения, то менять номера в скетче нам придется только в одном месте. Не нужно будет делать глобальную замену по документу.

Вот так бы выглядел приведенный выше пример с использованием констант:

Вот так можно заставить мигать зеленый свет. Точь в точь как обычная мигалка:

Второй и более правильный вариант мигания – использовать цикл FOR. Более подробно о нем написано в нашей отдельной статье про циклы.

Вот, в принципе,и все особенности. Давайте теперь соберем код вместе и напишем итоговую программу:

Загрузите скетч в контроллер и убедитесь, что все работает правильно. Если что-то пойдет не так, обратитесь к статье, посвященной подключению светодиода к Ардуино – там описаны все типичные случаи неисправностей.

Улучшение проекта

После того, как вы написали скетч и помигали светодиодами на макетной плате можно подумать и о том, как сделать из проекта светофор нечто большее. Какие еще улучшения возможны:

Сделать настоящий макет светофора. Поместить светодиоды и контроллер вместе с макетной платой в корпус. Можно выбрать достаточно большую коробку, чтобы туда поместился источник питания. А можно взять небольшой футляр, например, тубус от туалетной бумаги и разместить там светодиоды. Одной только макетной платой тут не обойдешься, т.к. провода и платы не влезут в миниатюрный корпус.
Можно расширить проект, добавить светодиоды для пешеходов и написать программу для пешеходного светофора. Связать эти два светофора будет не сложно, в Arduino Uno без проблем найдется 5 пинов.
Сделать проект для перекрестка. Здесь вам понадобится уже больше пинов и другой контроллер – например, Arduino Mega.

Заключение

В этой статье мы узнали, как собрать вместе на одной макетной плате три светодиода и подключить их к ардуино уно или нано. Разобрались с алгоритмом работы настоящего светофора и смогли написать свой скетч на языке C++. Мы еще раз убедились, что писать программы со светодиодами – это просто, нужно понять лишь несколько базовых принципов. Будем надеяться, что статья оказалась вам полезной и вы продолжите знакомство с платформой Ардуино с одним из следующих наших проектов.

Микроконтроллеры Процессоры, проекты, программирование

Nav view search

Модель светофора.

Подробности Опубликовано 13.04.2013 14:30

Алгоритм работы.

Принципиальная схема.

Конструкция.

Читать еще: Птс характеристика

Управляющая программа.

var Rez :byte; //Режим

Red : sbit at GPIO.B4; //Красный цвет

Yellow : sbit at GPIO.B5; //Желтый цвет

Green : sbit at GPIO.B2; //Зеленый цвет

Button : sbit at GPIO.B3; //Кнопка

procedure interrupt ; //Прерывание по нажатию кнопки

delay _ ms (100); //Защита от дребезга

if Rez=1 then Rez:=0 else Rez:=1; //Переключение режима

ClearBIT(INTCON,GPIF); //Сброс флага прерывания по кнопке

Размещение светофорных объектов на перекрестке

Цель работы: приобрести навыки по размещению объектов светофорного регулирования дорожным движением на участках улично-дорожной сети.

1. Условная схема перекрестка (рисунок 3.1).

2. Характеристика условий движения на пересечении автодорог (таблица 3.1). Номер варианта выбирается студентом по сумме двух последних цифр номера зачетной книжки.

3. Ширину пешеходного перехода принимать равной 4 м, если последняя цифра зачетной книжки кратна двум, и 8 м – если не кратна двум.

4. Расстояние от пешеходного перехода до стоп-линии принять равным 10 м, а ширину стоп-линии – 0,4 м.

5. Расстояние от пешеходного перехода до перекрестка принять равным 5 м.

6. Ширину полосы движения принять равной 3,5 м.

1. Вычертить на миллиметровой бумаге масштабный план перекрестка с указанием светофорных средств регулирования дорожного движения и основных размеров.

2. На этом же листе миллиметровой бумаги привести обоснование вводимых видов светофоров.

Рисунок 4.1 Схема перекрестка

Таблица 4.1 – Характеристика условий движения на перекрестке

Теоретические основы выполнения работы

Транспортные светофоры Т.1, Т.1.г (приложение В) должны применяться в случае одновременного пропуска транспортных средств во всех разрешенных направлениях на подходе к перекрестку (регулируемому пешеходному переходу на перегоне). Транспортные светофоры Т.1.п, Т.1.л, Т.1.пл (см. приложение В) должны применяться для раздельного пропуска транспортных потоков в определенных направлениях пешеходного подхода к перекрестку, если в конкретных условиях по техническим или экономическим соображениям невозможно использование светофоров Т.2 (см. приложение В). Правая дополнительная секция светофоров Т.1.п, Т.1.пл должна применяться при необходимости регулирования дополнительной секцией движения в прямом направлении либо поворота направо. Левая дополнительная секция светофоров Т.1.л, Т.1.пл должна применяться при необходимости регулирования дополнительной секцией поворота налево. Транспортные светофоры Т.2 должны применяться для регулирования движения в определенных направлениях в тех случаях, когда движущийся по их разрешающему сигналу транспортный поток не имеет пересечений (слияний) в пределах перекрестка с транспортными потоками других направлений движения, а также пересечений с пешеходными потоками, при которых водители транспортных средств, движение которых регулируется светофором Т.2, должны уступить дорогу транспортным средствам или пешеходам. Использование светофоров Т.2 предпочтительней, чем светофоров Т.1.п, Т.1.л, Т.1.пл. Конфигурация стрелок, наносимых на светофильтры сигналов светофоров Т.2, должна соответствовать реальным направлениям движения на перекрестке. Светофоры Т.1, Т.2 с сигналами диаметром 300 мм (конструкция II) должны применяться:

— на дорогах и улицах (участках дорог и улиц) с максимально допустимой скоростью движения более 60 км/ч;

— участках дорог I, II категорий, проходящих через населенные пункты;

— улицах категорий А, Д4;

— улицах категорий Б, В при количестве полос движения на подходе к стоп-линии более двух;

— дорогах и улицах при неблагоприятных условиях видимости.

Светофоры Т.1 и Т.2 (конструкция III) должны применяться:

— на участках дорог III категории, проходящих через населенные пункты;

— улицах категорий Б, В, Г, Д2, Е, Ж, 3 при двух полосах движения на подходе к стоп-линии.

Светофоры Т.1 и Т.2 с сигналами диаметром 200 мм (конструкция I) должны применяться во всех остальных случаях.

При установке светофоров Т.2 над каждой из полос движения допускается применение конструкции I независимо от количества полос движения на подходе к перекрестку. Светофоры Т.З, Т.З.п, Т.3.л допускается применять в качестве повторителей сигналов светофоров Т.1 при затруднении их видимости водителем первого транспортного средства, остановившегося у стоп-линий на крайней полосе проезжей части данного направления. Видимость транспортных светофоров должна быть не менее 100 м с любой полосы движения.

Пешеходные светофоры П.1, П.2 (см. приложение В) должны применяться для регулирования движения пешеходов через проезжие части дорог. Пешеходные светофоры П.1, П.2 (конструкция II) должны применяться:

— на регулируемых пешеходных переходах на участках дорог I-II категории, проходящих через населенные пункты;

— при суммарной длине пешеходного перехода между внешними кромками проезжей части (проезжих частей) более 21 м;

— на участках концентрации ДТП с участием пешеходов.

Светофоры П.1, П.2 (конструкция I) должны применяться во всех остальных случаях. На пешеходных переходах, движение пешеходов по которым разрешается одновременно с транспортными средствами, прибывающими к переходу при правом или левом повороте (конфликтное регулирование), вместо светофоров П.1, П.2 допускается применять светофоры П.1.к соответствующей конструкции.

Расстояние от края проезжей части до светофора, установленного сбоку от проезжей части, должно составлять от 0,50 до 2,00 м. При обеспечении видимости сигналов пешеходного светофора допускается его удаление от края проезжей части до 5,00 м. Расстояние в горизонтальной плоскости от транспортных светофоров до стоп-линий на подходе к регулируемому участку должно быть не менее 10 м при установке их над проезжей частью и не менее 3 м при установке сбоку от проезжей части.

Допускается уменьшать указанные расстояния соответственно до 5 и 1 м при использовании светофоров Т.З (рисунок 3.1). Расстояние в горизонтальной плоскости от пешеходных светофоров до ближайшей границы пешеходного перехода должно быть не более 1 м (см. рисунок 3.1). Предпочтительным вариантом является размещение пешеходных светофоров на правой границе пешеходного перехода. Светофоры не должны устанавливаться на расстоянии менее 1 м от контактных проводов трамвая или троллейбуса до любой точки корпуса светофора.

Читать еще: Согласие калькулятор осаго

Транспортные светофоры должны размещаться в соответствии со следующими вариантами, предпочтительность использования которых для различных типов и исполнений светофоров указана в таблице 3.2. Цифры указывают степень предпочтения установки того или иного светофора (чем меньше значение цифры, тем предпочтительнее вариант использования конструкции светофора):

а) перед перекрестком справа от проезжей части;

б) перед перекрестком над проезжей частью;

в) перед перекрестком слева от проезжей части, на разделительной полосе, направляющем островке или островке безопасности;

г) перед перекрестком слева от дороги. Вариант может применяться на дорогах с односторонним движением транспортных средств. При двустороннем движении вариант допустим при числе полос встречного движения не более двух, при этом светофоры должны размещаться на консольных опорах;

д) на территории перекрестка слева на разделительной полосе, направляющем островке или островке безопасности пересекающей дороги;

е) на территории перекрестка справа на разделительной полосе, направляющем островке или островке безопасности пересекающей дороги;

ж) за перекрестком, на разделительной полосе, направляющем островке или островке безопасности;

з) за перекрестком слева от дороги;

и) за перекрестком справа от дороги;

к) за перекрестком над проезжей частью.

Варианты ж), з), и), к) могут применяться в случаях, если расстояние между стоп-линией и светофором не превышает 75 м.

Таблица 4.2 – Предпочтение вариантов использования светофоров

Управление трехцветными светофорами

Постановка задачи: организовать управление трехцветными светофорами на перекрестке двух дорог.

Входные сигналы ПЛК, используются дискретные входы:

• Вход № 1 — тумблер включения светофоров;
• Вход № 2 — кнопка «Отдать приоритет дороге 1»;
• Вход № 3 — кнопка «Отдать приоритет дороге 2»;
• Вход № 4 — кнопка «Отдать равные приоритеты дорогам»;
• Вход № 5 — датчик включения зеленого сигнала на дороге 1 (состояние включено говорит о том, что сигнал зажегся);
• Вход № 6 — датчик включения красного сигнала на дороге 1;
• Вход № 7 — датчик включения зеленого сигнала на дороге 2;
• Вход № 8 — датчик включения красного сигнала на дороге 2.

Выходные сигналы, используются дискретные выходы:

• Выход № 1 — включение зеленого сигнала на дороге 1;
• Выход № 2 — включение желтого сигнала на дороге 1;
• Выход № 3 — включение красного сигнала на дороге 1;
• Выход № 4 — включение зеленого сигнала на дороге 2;
• Выход № 5 — включение желтого сигнала на дороге 2;
• Выход № 6 — включение красного сигнала на дороге 2;
• Выход № 7 — сигнал о неисправности.

Светофор должен управляется согласно следующим правилам (все интервалы времени уменьшены по сравнению с реальными для более быстрой отладки приложения, также пропущен этап мигания зеленого сигнала перед переходом на желтый):

1) работа светофоров осуществляется при только включенном тумблере включения светофоров, если он выключен, светофоры должны быть выключены;
2) переключение сигналов от зеленого к красному осуществляется с участием желтого сигнала, желтый должен гореть 2 с. Переключение от красного к зеленому происходит напрямую;
3) пока горит зеленый или желтый сигнал для одной из дорог, для другой должен гореть красный;
4) для случая с равными приоритетами зеленый свет для обоих дорог поджигается на 10 с;
5) в случае приоритета дороги 1 для нее зеленый сигнал должен гореть 15 с, а для дороги 2 — всего 5 с;
6) аналогично в случае приоритета дороги 2, для нее зеленый сигнал должен гореть 15 с, а для дороги 1 — всего 5 с;
7) при включении красных и зеленых сигналов на обеих дорогах необходимо проверять исполнение их светофорами по соответствующим датчикам включения. Если исполнения любого из четырех сигналов не происходит, светофоры необходимо перевести в режим нерегулируемого перекрестка;
8) в режиме нерегулируемого перекрестка все светофоры должны мигать желтым сигналом с периодом 0,5 с (0,25 с «включено» и 0,25 с «выключено»). Кроме того, должен быть включен сигнал о неисправности. Выход из данного режима происходит при выключении тумблера включения светофоров.

Анализ задачи. Сложные задачи обычно решаются разбиением на простые части или так называемые стадии состояния объекта. Данную задачу можно решить и без этого, но для примера проведем такое разбиение.

В данном случае можно выделить три состояния светофора:

1) ожидание пуска;
2) нормальный режим работы;
3) режим нерегулируемого перекрестка.

В нормальном режиме работы также можно выделить три разных режима, для каждого из приоритетов. Но в данном случае это создаст лишние сложности, и текст программы этих режимов почти совпадет, кроме интервалов уставок таймеров, поэтому трех описанных выше состояний будет достаточно.

Далее необходимо продумать условия перехода между состояниями. В данном случае получаются четыре перехода:

1) из ожидания пуска в нормальный режим работы по включению входа 1;
2) из нормального режима работы в ожидание пуска по выключению входа 1;
3) из нормального режима работы в режим нерегулируемого перекрестка при не срабатывании кого-либо датчика обратной связи;
4) из режима нерегулируемого перекрестка в ожидание пуска по выключению входа 1.

Все условия довольно просты, кроме третьего, рассмотрим его более подробно. По сути оно означает, что необходимо при подачи команды на включение какого-либо из зеленых и красных сигналов через небольшой промежуток времени проверить включение соответствующего этому сигналу датчика. Для простоты отладки примем этот промежуток времени равным 1 с. Результат можно представить в виде графической схемы переходов (рис. 6.28).

Рис. 6.28. Графическая схема переходов между состояниями светофоров

Теперь необходимо составить таблицу соответствия сигналов входам ПЛК. В качестве примера реализации снова рассмотрим ПЛК DL205 с модулем ЦПУ DL240 (табл. 6.2).

Соответствие логических имен переменных входов/выходов ПЛК DL205 с подключенным оборудованием