Динамична система за контрол на пътния сигнал

Динамична система за контрол на пътния сигнал

Нуждата!

Един от основните проблеми, пред който е изправен всеки град на метрото, е задръстванията. Попадането в задънена улица между натоварения трафик е главоболие за всеки човек, управляващ превозното средство и дори за пътната полиция при контрола на трафика.



Един от най-старите начини за справяне с трафика беше разполагането на пътен полицай на всеки кръстовище и ръчно контролиране на притока на трафик чрез ръчна сигнализация. Това обаче беше доста тромаво и тогава се появи нуждата от различен тип контрол - използване на сигнали за движение.


Традиционните контролери на светофари използват фиксиран предварително определен график за приток на трафик за всяка посока в кръстовището. Контролерът беше електромеханичен контролер, който се състои от механични системи, работещи електрически. Състои се от три основни части - таймер за набиране, соленоид и блок на гърбицата. Моторът и зъбният колектор управляват таймера за набиране, който от своя страна е отговорен за захранването или изключването на соленоид, който от своя страна задейства гърбичен блок, който е отговорен за подаване на ток към всяка сигнализация. Таймерът за набиране се използва за осигуряване на повторение на фиксирани интервали от време.





Цялата идея за регулатор на светофара с фиксирано време не е удобна за градовете, където трафикът е променлив. Поради тази причина е необходима динамична система за контрол на трафика, която контролира пътната сигнализация според плътността на трафика.

Как изглежда динамична система за контрол на трафика?

  • Дисплей: Това е основното дисплей на сигнала за движение което водачът на превозното средство или пътуващият до него могат да видят. Това могат да бъдат конвенционални лампи с нажежаема жичка или разположение на LED.
Дисплей на пътния сигнал

Дисплей на пътния сигнал



  • Детектор: Устройството е това, което открива присъствието на превозни средства и изпраща тази информация на контролера, който трябва да бъде обработен.

На практика има два вида детектори:

  • Индуктивен детектор на контура: Състои се от намотка от тел, вградена в жлеб на пътната повърхност, който е запечатан с гума. Той открива промяна в честотата. Индуктивната намотка е свързана с детектора, който открива промяната в резонансната честота на контура на бобината и съответно контролира задействането на релето, което се използва за задействане на сигналите за движение. По принцип работи на принципа, че когато автомобилът се движи над индукторната намотка, индуктивността на намотката намалява. Тази намалена индуктивност води до увеличаване на резонансната или осцилационната честота и съответно електронният блок изпраща електрически импулси към контролния блок за управление на превключването на светофарите. Въпреки това недостатък на такава система е, че индукторните контури са склонни към електромагнитни смущения, т.е. електромагнитното излъчване от други устройства също може да повлияе на магнитното поле и следователно индуктивността на намотката. Те също така са по-податливи на повреди и изискват високи разходи за инсталиране и също така причиняват смущения в трафика.
Контрол на пътния сигнал с помощта на индуктивен контур

Контрол на пътния сигнал с помощта на индуктивен контур

  • Сензори, монтирани на стълбовете: Това може да бъде обикновена подредба IRLED-фотодиод или видео детектор, който може да открие присъствието на превозни средства. Това работи на принципа, че когато автомобил преминава между IR предавателя и IR приемника, IR светлината се блокира и в резултат на това съпротивлението на фотодиода се увеличава. Тази промяна в съпротивлението може да бъде преобразувана в електрически импулси, използвани за управление на светофарите.
Управление на пътната сигнализация с помощта на сензори, монтирани на стълбове

Управление на пътните сигнали с помощта на сензори, монтирани на стълбове

  • Контролер: Устройството, което получава изхода на детектора, дава индикация за наличието на превозни средства и по този начин прави изчисление на плътността на трафика и съответно контролира дисплея. Това може да бъде микропроцесорен компютър или обикновен микроконтролер.
Контролен блок

Контролен блок

Една проста демонстрация на управление на пътната сигнализация на базата на плътност с помощта на IR сензори

Прототип на система за контрол на пътната сигнализация може да бъде направен с помощта на IR сензори заедно с микроконтролер и светодиоди, които могат да се окажат полезни за прилагането в реално време на контрола на пътната сигнализация въз основа на плътността на трафика. Разглежданото тук кръстовище е 4 странично кръстовище с трафик от всяка страна само по един начин. Системата се състои от следните три основни компонента:

  • Дисплей: Състои се от 3 светодиода - зелен, червен и кехлибарен от всяка страна на кръстовището, с общо 12 светодиода.
  • Детекторен блок: Състои се от подреждане на комбинация от фотодиоди и IR LED на всеки кръстовище, което открива присъствието на превозни средства чрез откриване на промяна в съпротивлението.
  • Контролер: Състои се от микроконтролер, който приема изхода на IR сензора и съответно контролира светенето на светодиоди
Прототип на управление на сигнала за движение на базата на плътност

Прототип на контрол на пътната сигнализация, базиран на плътност

Блокова диаграма, показваща контрол на пътния сигнал, базиран на плътност

Блокова диаграма, показваща контрол на пътния сигнал, базиран на плътност

При нормални условия, т.е.когато на пътя няма превозно средство, IR предавателят или IR LED предава IR светлина, която се приема от фотодиода, който започва да провежда. Тъй като фотодиодът провежда, съответният транзистор също провежда, като дава изход от сигнал с ниска логика микроконтролера . Същият принцип работи и за всички други схеми на IR сензор-транзистор. Микроконтролерът кара всеки светодиод да свети за определен период от време.


Сега, ако има превозни средства, комуникацията между IR предавателя и приемника се прекъсва, т.е. фотодиодът получава по-малко или никакво количество светлина от IR диода и съответно основният ток към транзистора намалява, в крайна сметка карайки проводника да премине към изключено състояние. Това води до изход на високо логически сигнал от транзистора към микроконтролера. Съответно микроконтролерът променя времето на светене на зеления светодиод на съответния възел на по-висока стойност.

Така с увеличаването на броя на превозните средства зелената светлина свети за повече време, позволявайки бърз поток на трафика от страната на кръстовището.

И така, досега имахме кратка идея за контрола пътна сигнализация използвайки различни средства. Какво ще кажете за управление чрез самото превозно средство, като комуникация между автомобила и пътната сигнализация. Тази система вече се използва в някои части на света. Запознайте се с това и дайте отзивите си.

Снимка: