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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
FACULDADE DE ENGENHARIA MECÂNICA
COORDENAÇÃO DE GRADUAÇÃO EM
ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO
Projeto de Controlador Inteligente para Semáforo
Autor: Helio Saburo YukiOrientador: Luiz Otávio Saraiva Ferreira
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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
FACULDADE DE ENGENHARIA MECÂNICA
COORDENAÇÃO DE GRADUAÇÃO EM
ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO
Projeto de Controlador Inteligente para Semáforo
Autor: Helio Saburo Yuki
Orientador: Luiz Otávio Saraiva Ferreira
Curso: Engenharia de Controle e Automação
Área de Concentração: Engenharia de Tráfego
Trabalho Final de Graduação apresentada à comissão de Graduação do curso de Engenharia de Controle e Automação da Faculdade de Engenharia Mecânica, como requisito para a obtenção do Diploma de Graduação em Engenharia de Controle e Automação.
Campinas, 2008
S.P . – Brasil
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Índice
Lista de figuras 4
Lista de tabelas 5
1 Introdução 6
2 Revisão bibliográfica 72.1 Evolução da tecnologia semafórica e uso da atuação no Brasil 92.2 Lógica da atuação tradicional102.3 Recursos da atuação nos controladores nacionais 132.4 Critérios usuais para uso de semáforos atuados pelo tráfego 13
3 Especificações do projeto 153.1 Especificação do hardware 153.2 Especificação do software 173.2.1 Texto descritivo do problema 17
4 Desenvolvimento do projeto 194.1 Desenvolvimento do circuito 19
5 Resultados e conclusões 25
Referências bibliográficas 26
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Lista de figuras
Figura 2.1 – O primeiro semáforo 8Figura 2.2 – Atuação tradicional de um semáforo inteligente 11Figura 3.1 – Semáforo tradicional 14Figura 3.2 – Laços detectores no asfalto 14Figura 3.3 – Semáforos a serem controlados no projeto 15Figura 3.4 – Diagrama de estados 17 Figura 4.1 – Circuito de um semáforo inteligente 24
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Lista de tabelas
Tabela 4.1 – Tabela de Estados 19Tabela 4.2 – Tabela de Atribuição de Estados 20Tabela 4.3 – Determinação de Y3 20Tabela 4.4 – Determinação de Y3 20Tabela 4.5 – Determinação de Y2 21Tabela 4.6 – Determinação de Y2 21Tabela 4.7 – Determinação de Y1 21Tabela 4.8 – Determinação de Y1 22Tabela 4.9 – Determinação de Sp1 22Tabela 4.10 – Determinação de Sp2 22Tabela 4.11 – Determinação de Sp3 23Tabela 4.12 – Determinação de Ss1 23Tabela 4.13 – Determinação de Ss2 23Tabela 4.14 – Determinação de Ss3 24
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CAPÍTULO 1
INTRODUÇÃO
Hoje existem semáforos novos, faixas exclusivas para ônibus, fechamento de retornos, mudanças nos sentidos das vias. Mas nada mais parece dar resultado no trânsito de grandes metrópoles. Os “gargalos” se multiplicam e alcançam todas as regiões. O motivo mais simples é visível nas ruas. Em São Paulo, por exemplo, a frota de veículos dobrou desde dezembro de 2000, ou seja, em menos de oito anos, e vai atingir 600 mil unidades nos próximos dias. A capital sofre com os efeitos diretos dessa multiplicação. Em todos os cantos da cidade os engarrafamentos se tornaram companheiros diários dos motoristas.
Esse trabalho foi elaborado pensando exatamente nesse trânsito caótico de grandes cidades, que causam um prejuízo enorme à população, seja pela queima desnecessária de combustível enquanto o veículo está parado no trânsito, seja pela quantidade de horas que o motorista perde imobilizado, tempo este que poderia ser utilizado para seu desenvolvimento profissional.
Boa parte do tempo que os veículos ficam parados no trânsito se deve a semáforos mal regulados, que obrigam o motorista a aguardar a abertura do sinal enquanto a via transversal apresenta pouco ou nenhum fluxo de veículos. Muitos motoristas só conseguem atravessar o sinal depois que este abre três ou até mais vezes numa via de grande movimento.
A proposta então é desenvolver um semáforo que atue de acordo com as condições de tráfego no cruzamento, analisando, através de sensores, se numa das vias existe alta demanda de veículos querendo passar e na outra a demanda é pouca, permitindo então um maior tempo de sinal aberto na via de alta demanda, reduzindo assim o tempo de espera.
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CAPÍTULO 2
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
O uso do controle semafórico atuado pelo tráfego não é disseminado no Brasil tal como o é em países como os Estados Unidos e Austrália. As vantagens e desvantagens da utilização dos semáforos atuados pelo tráfego são pouco estudadas no Brasil, o que pode ser citado como causa e/ou conseqüência de seu pequeno uso.
Os semáforos modernos foram desenvolvidos a partir de equipamentos manuais de operação de tráfego utilizados em Londres no ano de 1868, conforme a figura abaixo. Esse semáforo possuía dois braços que, quando estendidos horizontalmente significavam “Pare” e quando inclinados a 45 graus significavam “Siga com cuidado”. À noite, uma lâmpada de gás verde e uma vermelha reforçavam as indicações dos braços. Entretanto, o equipamento explodiu 23 dias depois de entrar em operação, matando o policial que o estava operando e desincentivando novas invenções nesta área por um bom tempo. Em 1913, James Hoge inventou o primeiro semáforo elétrico como hoje é conhecido, porém com apenas os sinais verde e vermelho . Esta invenção aparece como sendo a origem do semáforo a três cores, o qual se propagou nos Estados Unidos no começo da década de 20. Semáforos interligados começaram a ser utilizados na cidade de Salt Lake City em 1917. Um sistema progressivo foi proposto em 1922. Os primeiros semáforos atuados foram instalados em New Haven, East Norwalk e Baltimore em 1928.
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Figura 2.1 – O primeiro semáforo
O controle atuado pelo tráfego veicular é aquele no qual o tempo de verde de uma aproximação é influenciado pela detecção imediata de veículos, onde cada aproximação está sujeita aos tempos mínimo e máximo de verde e alguns estágios podem ser ignorados, se não houver demanda em seu detector. A atuação pode ser total (em todas as correntes de tráfego) ou parcial (como na semi-atuação, em que apenas as correntes secundárias são atuadas).
A importância do estudo dos semáforos atuados reside principalmente em:
- ritmo de mudanças das condições de tráfego observado no Brasil;
- existência de núcleos urbanos afastados, que favorecem seu uso.
No entanto, a prática efetivamente observada pode ser resumida em:
- sua pouca utilização no Brasil;
- os controladores semafóricos no Brasil são pouco desenvolvidos;
- descrédito deste tipo de controle entre os técnicos brasileiros.
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2.1) EVOLUÇÃO DA TECNOLOGIA SEMAFÓRICA E USO DA ATUAÇÃO NO BRASIL
Como visão preliminar, pode-se identificar duas linhas diferentes de evolução na informatização ou automação do controle semafórico. Por um lado, pode-se destacar a concepção e implantação de sistemas de controle computadorizado centralizados (que pode ser relacionada com a tradição inglesa, em particular), que são aqueles nos quais o computador comanda diretamente a programação dos semáforos, informando a cada instante qual a situação luminosa que deve acontecer . De outro, pode-se destacar também a sofisticação das ferramentas de automação dos semáforos com base em informação imediata e local, que corresponde ao controle atuado pelo tráfego (que pode ser relacionada com a tradição norte-americana), em que se medindo o fluxo através de detectores, é possível melhorar o desempenho e manter a programação ótima, acompanhando a flutuação aleatória e microscópica do tráfego, ciclo a ciclo.
A evolução do controle semafórico no Brasil desenvolveu-se na década de 70 por linhas definidas pelas experiências de outros países e foi liderada pelas iniciativas tomadas pela CET/SP - Companhia de Engenharia de Tráfego do Município de São Paulo.
No primeiro passo, quando aqui ainda imperavam os equipamentos eletromecânicos, ocorreu a introdução de controladores multiplanos, de tempo fixo. O segundo passo incluiu a implantação da centralização de equipamentos com programações a tempos fixos, utilizando controladores eletrônicos importados. A iniciativa de desenvolver e testar um controlador atuado nacional (realizado em conjunto pela CET/SP e o Instituto de Pesquisas Tecnológicas - IPT) foi um esforço paralelo que teve uma significação menor.
Dessa época aos dias de hoje, o controle semafórico em modo atuado não tem sido utilizado em larga escala no Brasil, exceto para estágios específicos de travessia de pedestres acionados por botoeira, talvez pela ausência de recursos mais avançados nos equipamentos nacionais.
A forma usual de atuação utiliza os controladores com anéis duais, que usam atuação em duas seqüências alternativas paralelas. Outra forma de controle atuado comum nos Estados Unidos é chamado de controle Volume-Densidade. Neste tipo de atuação, a lógica é baseada na contagem do número de chegadas durante o período de vermelho para determinar o verde inicial variável e na redução progressiva no Intervalo de Corte durante o tempo de verde estendido.
Na Austrália, antes da evolução representada pelos sistemas centralizados em tempo real, desenvolveram-se os controladores semafóricos para o controle atuado, relacionados com a busca de parametrizações para melhor atender as variações dos fluxos de tráfego. O controle do tipo americano Volume-Densidade também é utilizado e ainda há uma terceira
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técnica de atuação, a chamada de Mudança por Desperdício (waste change). Neste tipo de controle, a lógica de interrupção de verde considera o acúmulo do excesso dos intervalos entre os veículos em relação ao valor básico de saturação, ou seja, ao intervalo médio no movimento normal da fila.
Os controladores nacionais apresentam recursos de operação de planos a tempos fixos no modo isolado e coordenado e atuação no modo isolado, porém apenas com a lógica tradicional e com poucos parâmetros operacionais. O modo atuado coordenado, normalmente oferecido, ainda não foi suficientemente testado para ter-se uma avaliação dos resultados. Por sua vez, em geral os controladores nacionais dispõem do recurso de centralização em supervisão e operação, distinguindo-se entre si pela característica de interfaces mais ou menos amigáveis para tanto.
As iniciativas em São Paulo seguiram, portanto, a tradição inglesa. Esta linha de evolução contrasta com a observada nos EUA, onde os sistemas centralizados evoluíram de forma pouco significativa e o uso de controladores atuados com ajustes de tempos e seleção de estágios, combinada com a coordenação off-line, foi o caminho predominante.
No Brasil, aparentemente, a pequena evolução da atuação nos controladores eletrônicos nacionais pode ser citada como causa e conseqüência desse processo. A dificuldade de implantar sistemas centralizados também limita o desenvolvimento da tecnologia no setor.
2.2) LÓGICA DA ATUAÇÃO TRADICIONAL
As variações da demanda em uma aproximação são significativas e apresentam um caráter aleatório. O semáforo a tempos fixos não apresenta características para atender essa variação aleatória. O que norteia o semáforo atuado pelo tráfego é primordialmente esse atendimento. Na atuação total, o conceito que embasa a operação é aquele em que as demandas que competem em uma interseção são igualmente importantes, e que não há nenhum padrão de chegada estruturado em qualquer uma das aproximações orientando a priorização de um movimento. A semi-atuação, por sua vez, norteia-se no conceito de interromper o menos possível uma via principal, dependendo da demanda na via secundária ou de pedestres, gerando melhores condições operacionais na via de maior fluxo, principalmente em relação ao atraso. Em relação à ausência de controle semafórico, o fluxo veicular na via secundária, ou na travessia de pedestres, ganha maior segurança, pois não tem que se sujeitar, na entrada ou travessia, à existência de brecha na via principal.
A figura abaixo ilustra o funcionamento de um estágio atuado sob a lógica de operação da atuação tradicional.
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Figura 2.2 – Atuação tradicional de um semáforo inteligente
O período de verde de uma aproximação tem variação entre os valores mínimo e máximo. O primeiro período de verde é aquele denominado de verde inicial, e vem dimensionado por critérios de segurança e/ou fluidez do tráfego. Após o período de verde inicial, o verde é estendido de uma unidade de extensão (UE). A cada período de tempo predeterminado pelo tipo de equipamento (normalmente igual ao passo de programação da unidade de extensão) é checada a existência de demanda. No instante em que um veículo for detectado, o verde é novamente estendido de uma unidade de extensão e a verificação de demanda recomeça a partir daquele instante. Esse procedimento repete-se até que o intervalo entre os veículos seja maior que o intervalo de corte, ou o período de verde atinja o valor parametrizado como verde máximo.
Normalmente fala-se em intervalo de corte, mas programa-se nos controladores brechas de corte, ou seja, intervalos que são medidos após o final da detecção e que, portanto, não contém o tempo que o veículo atua o detector (que no caso de um detector de presença é a ocupação do detector, e no caso do detector de passagem é o pulso de detecção).
É interessante ressaltar que após a ausência de detecção que acarreta a interrupção do período de verde sem que se atinja o verde máximo, sempre será completada uma unidade extensão (acrescida ao período de verde decorrido até o momento da última detecção).
Nos controladores nacionais, e mesmo no exterior, normalmente os valores da Unidade de Extensão e o do Intervalo de Corte são os mesmos. Entretanto, conceitualmente, essas variáveis são distintas. À Unidade de Extensão cabe permitir que o
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último veículo detectado possa passar pela interseção com segurança e isso depende fundamentalmente da posição do detector em relação à linha de retenção e das dimensões da interseção. O intervalo de corte deve indicar o término da dissipação da fila com escoamento com fluxo de saturação, tendo relação com a extensão do detector no caso de controladores que medem brecha (gap) ao invés de intervalos de corte. Muitas vezes, alguns controladores, indicam a diferença de unidade de extensão e intervalo de corte em um parâmetro chamado de retardo de verde, ou seja, um período de verde adicional acrescentado ao intervalo de corte, no caso de se encerrar o período de verde para garantir a segurança do último veículo detectado.
No controle semi-atuado, o verde da via principal varia a partir de um Verde Mínimo calculado tal qual o dimensionamento a tempos fixos. Na via secundária a parametrização é feita seguindo os critérios da atuação, ou seja, verde entre inicial e máximo. Dessa forma, a atuação ocorre somente na via secundária. O direito de passagem permanece à via principal até que haja demanda na via secundária. Quando há demanda na via secundária, depois da via principal receber o direito de passagem durante o período de verde mínimo, o direito de passagem passa à via secundária (iniciando o processo descrito para uma aproximação atuada). Quando não há demanda na via secundária, o verde da via principal é estendido indefinidamente, no caso de uma interseção isolada.
A semi-atuação pode ser usada quando a interseção faz parte de um sistema coordenado. Neste caso, o tempo de ciclo é conhecido (fixo) e, portanto, os arranjos de tempo dependem desse ciclo. Os processos de parametrização dos tempos de verde são os mesmos para a primeira utilização, mas existem recursos para assegurar as defasagens na coordenação da via principal, podendo não ocorrer o verde na secundária se isso for necessário (isto é, se não couber o verde mínimo da secundária) ou então ocorrer o término antecipado do verde da secundária (mesmo com atuação e antes do seu verde máximo) para garantir o início de um novo tempo de ciclo.
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2.3) RECURSOS DA ATUAÇÃO NOS CONTROLADORES NACIONAIS
Quanto à atuação, as características comuns a todos os controladores nacionais são:
- os parâmetros de programação são independentes para cada plano de tráfego
- para cada estágio define-se o Verde Inicial (VDini ), o Verde Máximo (VDmax ) e o Intervalo de Corte (IC)
- associa-se cada seção de detecção a um determinado detector, podendo haver mais de uma
detecção associada ao mesmo detector
- uma vez iniciado o estágio o VDini é obrigatoriamente cumprido
- o verde será prolongado adicionando-se UE a partir dos respectivos instantes de detecção
- após o VDini fixo haverá no mínimo uma UE obrigatória.
- o tempo de verde será prolongado até o VDmax , onde é interrompido,independentemente da presença ou não de detecções adicionais.
- as detecções não atendidas não são lembradas para o ciclo seguinte.
- o VDmax é computado a partir do início do VD
- os estágios podem ser obrigatórios e não obrigatórios
- os detectores podem ser prioritários ou não prioritários
Pode-se notar que os esquemas de atuação mais sofisticados não estão disponíveis nos controladores nacionais, mas os recursos básicos de atuação sim.
2.4) CRITÉRIOS USUAIS PARA USO DE SEMÁFOROS ATUADOS PELO TRÁFEGO
As vantagens e desvantagens da utilização de semáforos de tempos atuados em relação aos de tempos fixos podem ser resumidas em:
- vantagens:
a) normalmente reduz o atraso (se com parâmetros ajustados);
b) adapta-se às flutuações do fluxo de tráfego;
c) normalmente aumenta a capacidade (pelo contínuo acréscimo de verde);
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d) pode continuar operando em condições de baixos fluxos, enquanto o semáforo a tempos
fixos deve operar em amarelo intermitente;
e) especialmente efetivo em interseções de múltiplos estágios;
-desvantagens:
a) o custo de instalação é maior que o semáforo a tempos fixos;
b) os detectores têm um custo de instalação significativo e requerem manutenção específica.
Como se pode observar, as desvantagens que o semáforo atuado apresenta, de uma forma geral, são de ordem financeira e de manutenção, e não dizem respeito a sua eficácia em relação ao controle de tráfego em si. Admite-se, no entanto, que seu uso sempre melhora o desempenho operacional. As vantagens e desvantagens apresentadas não levam em consideração o tipo de equipamento existente, o que no Brasil é fator relevante, uma vez que os controladores de tráfego brasileiros ainda não apresentam recursos de atuação tais como aqueles à disposição nos controladores em outros países. A semi-atuação é tradicionalmente utilizada em duas circunstâncias. A primeira aquela em que se deve controlar uma interseção de via principal com fluxo significativo (tipo vias arteriais ou coletoras) e via secundária de baixo fluxo (via local) ou travessia de pedestres. A segunda, não usual no Brasil, quando a interseção em controle atuado faz parte de um sistema coordenado.
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CAPÍTULO 3
ESPECIFICAÇÕES DO PROJETO
3.1) ESPECIFICAÇÃO DO HARDWARE
A implementação do projeto será feita com um semáforo de três fases, de acordo com a figura abaixo:
Figura 3.1 – Semáforo tradicional
O sinal vermelho indica que a passagem está proibida, ao contrário do verde, que permite o prosseguimento do deslocamento. A mudança do verde para o vermelho dá-se através do sinal amarelo, que alerta o motorista sobre o fechamento do sinal.
Para detectar a presença de veículos querendo passagem no cruzamento, utilizaremos sensores de presença do tipo indutivos, através de laços detectores, conforme especifica a figura 3.2.
Os veículos são identificados por laços detectores, que nada mais são do que fios de cobre enrolados em fendas feitas no asfalto, na forma de retângulos. A passagem da corrente elétrica nesses fios cria um campo eletromagnético, que serve para reconhecer a passagem metálica dos veículos.
Figura 3.2 – Laços detectores no asfalto
Os veículos são identificados por laços detectores, que nada mais são do que fios de cobre enrolados em fendas feitas no asfalto, na forma de retângulos. A passagem da
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corrente elétrica nesses fios cria um campo eletromagnético, que serve para reconhecer a passagem metálica dos veículos.
As informações coletadas pelos detectores são enviadas para o controlador, que é o equipamento que fica na própria rua e que é responsável pelo controle direto do semáforo.
A figura abaixo esquematiza o exemplo que seguiremos neste projeto, onde os laços detectores emitirão sinais digitais para o micro-controlador e este emitirá sinais analógicos aos semáforos. Devemos então utilizar um micro-controlador que tenha com entradas 2 sinais digitais e 6 saídas analógicas, em paralelo, para controlar as fases dos semáforos.
Figura 3.3 – Semáforos a serem controlados no projeto
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3.2) ESPECIFICAÇÃO DO SOFTWARE
3.2.1) Texto descritivo do problema
O semáforo inteligente funcionará de acordo com as seguintes características:
a) o detector TP (tráfego na via principal) é um sinal que indica que um carro foi detectado como desejando passagem no último período de clock, assim como TS (tráfego na via secundária);
b) se não houver tráfego na via secundária, Vd (verde na via principal) estará ativo;
c) se no último período de clock for detectado tráfego apenas na via contrária à que está verde, o sinal mudará no próximo clock;
d) se houver tráfego nas duas vias, mantém ou força a mudança para o verde na via principal, mas o Vd poderá permanecer até um máximo de 4 clocks consecutivos após detecção de tráfego TS na via secundária. A via secundária poderá ficar com o sinal verde por um período máximo de 2 clocks se TP (tráfego na via principal) estiver ativa.
Para facilitar o entendimento do comportamento desejado, um diagrama de estados é mostrado abaixo:
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Figura 3.4 – Diagrama de estados
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CAPÍTULO 4
DESENVOLVIMENTO DO PROJETO
4.1) DESENVOLVIMENTO DO CIRCUITO
Nesse passo vamos desenvolver o circuito responsável pelo funcionamento do semáforo inteligente.
O ponto de partida é o diagrama de estados da figura 3.4. Faz-se uma análise do estado atual em que se encontra o semáforo e verificar os estados subseqüentes através das entradas, que são os sensores que detectam a presença de veículo nos cruzamentos.
Com isso, chega-se à tabelas abaixo, onde atribui-se valores aos estados conforme tabela 4.2.
ESTADO ATUAL PROXIMO ESTADO SAIDA
w1w2 (w1=TP e w2=TS) Sp Ss
00 01 10 11 A A E A B Vd Vm
B d E d C Vd Vm
C d E d D Vd Vm
D d d d E Vd Vm
E d d F F Am Vm
F d F H G Vm Vd
G d d d H Vm Vd
H d d A B Vm Am
Tabela 4.1 – Tabela de Estados
Verificamos pela tabela acima que existem 8 estados possíveis, e com isso, necessitaremos de 3 bits para definir cada um dos estados. Já para definir os valores dos bits da saída, devemos primeiro notar que cada uma das sub-saídas deverá ser composta por três entradas, que são as entradas para o sinal vermelho, amarelo e verde, tanto do semáforo da via principal (Sp) como da via secundária (Ss). Logo, teremos três bits para definir estes valores, Sp1, Sp2 e Sp3, além dos sinais da via secundária, Ss1, Ss2 e Ss3.
Para isso, vamos atribuir a Vd o valor 001; Am, 010 e Vm, 100.
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ESTADO ATUAL PROXIMO ESTADO SAIDA
y3y2y1
w1w2= 00
w1w2= 01
w1w2= 10
w1w2= 11 Sp Ss
Y3Y2Y1 Y3Y2Y1 Y3Y2Y1 Y3Y2Y1 A = 000 000 100 000 010 001 100
B = 001 d 100 d 010 001 100
C = 010 d 100 d 011 001 100
D = 011 d d d 100 001 100
E = 100 d d 101 101 010 100
F = 101 d 101 111 110 100 001
G = 110 d d d 111 100 001
H = 111 d d 000 001 100 010
Tabela 4.2 – Tabela de Atribuição de Estados
Essa tabela pode ser usada diretamente com uma tabela verdade para a saída Sp e Ss e as entradas y3 , y2 e y1. Embora as colunas do “PROXIMO ESTADO” não tenham uma aparência normal de tabela verdade, devido às colunas que separam cada combinação de w1
e w2 , a tabela inclui todas as informações que definem os estados seguintes em função dos valores dos w e y.
Vamos então decompor a tabela de atribuição de estados para descobrir as expressões de Y1, Y2, Y3 e z, através do Mapa de Karnaugh.
1) Determinação de Y3 (colunas da esquerda):
Y3Y2 , Y1=0w1w2 00 01 11 10
00 0 d d d01 1 1 d d11 0 0 1 110 0 d d 1
Tabela 4.3 – Determinação de Y3
Y3Y2 , Y1=1w1w2 00 01 11 1000 d d d d01 1 d d 111 0 1 0 110 d d 0 1
Tabela 4.4 – Determinação de Y3
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Fazendo-se o mapa de Karnaugh, obtemos:
Y3 = w’1 w2 + y3 y’2 + y3 y’1 + y’3 y2 y1
2) Determinação de Y2 (colunas do meio)
Y3Y2 , Y1=0w1w2 00 01 11 1000 0 d d d01 0 0 0 d11 1 1 1 010 0 d d 0
Tabela 4.5 – Determinação de Y2
Y3Y2 , Y1=1w1w2 00 01 11 1000 d d d d01 0 d d d11 1 0 0 110 d d 0 1
Tabela 4.6 – Determinação de Y2
Fazendo-se o mapa de karnaugh, obtemos:
Y2 = w1 y2 y’1 + w1 y’2 y1 + w1 w2 y3 y’1
3) Determinação de Y1 (colunas da direita)
Y3Y2 , Y1=0w1w2 00 01 11 1000 0 d d d01 0 0 d d11 0 1 1 110 0 d d 1
Tabela 4.7 – Determinação de Y1
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Y3Y2 , Y1=1w1w2 00 01 11 1000 d d d d01 0 d d 111 0 0 1 010 d d 0 1
Tabela 4.8 – Determinação de Y1
Fazendo-se o mapa de karnaugh, obtemos:
Y1 = y’1 ( w2 + y3 + y2 ) + w’1 y1
4) Determinação da saída Sp1 , verde do semáforo principal (coluna direita de Sp)
Y3Y2
Y1 00 01 11 100 0 0 0 01 1 1 1 1
Tabela 4.9 – Determinação de Sp1
Da tabela obtemos a expressão pra Sp1:
Sp1 = y1
5) Determinação da saída Sp2 , amarelo do semáforo principal (coluna do meio de Sp)
Y3Y2
Y1 00 01 11 100 0 1 0 01 0 0 0 0
Tabela 4.10 – Determinação de Sp2
Assim, temos para Sp2:
Sp2 = y’3 y2 y’1
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6) Determinação da saída Sp3 , vermelho do semáforo principal (coluna da esquerda de Sp)
Y3Y2
Y1 00 01 11 100 0 0 1 01 0 0 1 1
Tabela 4.11 – Determinação de Sp3
Logo, Sp3 = y3 y2 + y3 y1
7) Determinação da saída Ss1, verde do semáforo secundário (coluna direita de Ss)
Y3Y2
Y1 00 01 11 100 0 0 1 01 0 0 0 1
Tabela 4.12 – Determinação de Ss1
Fazendo-se o mapa de karnaugh, obtemos:
Ss1 = y3 y2 y’1 + y3 y’2 y1
8) Determinação da saída Ss2 , amarelo do semáforo secundário (coluna do meio de Ss)
Y3Y2
Y1 00 01 11 100 0 0 0 01 0 0 1 0
Tabela 4.13 – Determinação de Ss2
Fazendo-se o mapa de karnaugh, obtemos:
Ss2 = y3 y2 y1
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9) Determinação da saída Ss3, vermelho do semáforo secundário (coluna da esquerda de Ss)
Y3Y2
Y1 00 01 11 100 1 1 0 11 1 1 0 0
Tabela 4.14 – Determinação de Ss3
Fazendo-se o mapa de karnaugh, obtemos:
Ss3 = y’3 + y’2 y’1
Com as expressões acima, conseguimos projetar o circuito de um semáforo inteligente.
Figura 4.1 – Circuito de um semáforo inteligente
Neste circuito, necessitamos de duas entradas (w1 e w2) , que são, respectivamente, os sensores das vias principal e secundária. A saída Sp e Ss representa o estado do semáforo principal e secundário, respectivamente.
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CAPÍTULO 5
RESULTADOS E CONCLUSÕES
O circuito da figua 4.1 foi implementado em um software específico para rodar circuitos eletrônicos, baixado no site do circuitmaker. Utilizou-se duas chaves que simulavam os detectores, sendo que a chave 1 ligada representava demanda de veículo na via principal e a 2, na via secundaria. Também utilizou-se dois semáforos que mostravam as indicações luminosas de acordo com as entradas.
Após a simulação do projeto, notou-se que as luzes do semáforo correspondiam aos desejados inicialmente de acordo com as entradas. Porém, com o decorrer do tempo, deveria acontecer a mudança do sinal em alguns casos, fato que não ocorreu. Isso pode ter sido conseqüência de uma escolha errada no gerador de sinais ou na freqüência dos sinais.
Como próximo trabalho, poderia ser feito o controle de todos os semáforos de uma rua ou avenida de forma otimizar não só o fluxo num cruzamento, mas em toda a extensão da avenida.
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
www.circuitmaker.com
http://w3.ualg.pt/~mgameiro/Aulas_2006_2007/transportes/Paper_semaforos.pdf
www.ptr.poli.usp.br/lemt/documents/SemafAT07.ppt
www.sinaldetransito.com.br/artigos/uso_e_parametrizacao_de_semaforos_atuados_%20pelo_trafego.pdf
www.sinaldetransito.com.br/curiosidades_foto.php?IDcuriosidade=35&alt=
http://www.branqs.com.br/universidade/aulas_SO/0021_IntroducaoCriacaoDrivers/introducaoCriacaoDeDrivers.pdf
Fundamentals of Digital Logic, Stephen Brown, Zvonko Vranesic, McGraw-Hill
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