基于FPGA的智能小車設(shè)計(jì)

摘要：介紹基于FPGA的智能小豐設(shè)計(jì)，小車包括在FPGA上構(gòu)建以NiosⅡ嵌入式系統(tǒng)為核心的控制電路、傳感器電路、動(dòng)力及轉(zhuǎn)向電路、LCM電路、溫度和濕度測(cè)量電路、無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)電路。在NiosⅡ集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE)縞寫(xiě)C語(yǔ)言程序，實(shí)現(xiàn)能遠(yuǎn)程遙控小車、自動(dòng)避障、溫度和濕度監(jiān)測(cè)并無(wú)線傳輸至控制端的功能，其特點(diǎn)是能夠無(wú)線控制小車和遠(yuǎn)程采集環(huán)境信息。
關(guān)鍵詞：智能小車；FPGA；避障；NiosⅡ

智能監(jiān)控機(jī)器人是近年來(lái)機(jī)器人應(yīng)用工程中一項(xiàng)前沿性的題目，智能化探測(cè)小車是智能行走機(jī)器人的一種。智能監(jiān)控機(jī)器小車就是針對(duì)上述情況，在參考了目前大多數(shù)智能機(jī)器人的基礎(chǔ)上，以降低成本為原則設(shè)計(jì)的。小車具備溫濕度和環(huán)境監(jiān)測(cè)、無(wú)線通信、躲避障礙物以及無(wú)線遙控等功能。此智能監(jiān)控機(jī)器小車與目前已有的同類設(shè)計(jì)相比，有性價(jià)比高、操作方便、可靠性好、功耗小等優(yōu)點(diǎn)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及硬件設(shè)計(jì)
整個(gè)系統(tǒng)由發(fā)送端(智能小車部分)和接收端(控制臺(tái)：控制和顯示部分)組成，如圖1所示。系統(tǒng)由傳感器系統(tǒng)、動(dòng)力及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、CCD圖像傳感器模塊、LCD顯示、溫度和濕度測(cè)量電路和供電系統(tǒng)等組成，整個(gè)系統(tǒng)的控制核心以2片Altera公司的EP2C20F484為核心，在Altera公司的QuartusⅡ和SoPC Builder開(kāi)發(fā)環(huán)境中完成。根據(jù)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)添加所需要的外圍模塊并生成NiosⅡCPU。

1．1 供電系統(tǒng)
小車安裝了兩塊充電電池，分別為FPGA開(kāi)發(fā)板(FPGA控制電路)和小車運(yùn)動(dòng)提供能量，電池置于車身底部。
1．2 傳感器系統(tǒng)
系統(tǒng)采用了6個(gè)紅外對(duì)射傳感器，通過(guò)FPGA配置的NiosⅡCPU來(lái)檢測(cè)傳感器信號(hào)實(shí)現(xiàn)小車躲避障礙物的功能。漫反射型紅外對(duì)射傳感器也稱光電開(kāi)關(guān)，是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，多用于檢測(cè)障礙物。原理是由光電開(kāi)關(guān)輻射出來(lái)的調(diào)制紅外光束被檢測(cè)物體反射回來(lái)，紅外線經(jīng)同步選通接收，由電子開(kāi)關(guān)線路驅(qū)動(dòng)回路，從而來(lái)檢測(cè)物體的有或無(wú)。當(dāng)被檢測(cè)物體的表面光亮或其反光率極高時(shí)，漫反射式的光電開(kāi)關(guān)是首選的檢測(cè)模式。這種電路模塊體積小，信號(hào)容易轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)電平。