基于FPGA的室內(nèi)智能吸塵平臺(tái)設(shè)計(jì)

3 程序設(shè)計(jì)要點(diǎn)

將程序分為硬件程序設(shè)計(jì)和軟件程序設(shè)計(jì)兩部分，硬件程序設(shè)計(jì)要對硬件電路進(jìn)行時(shí)序仿真以確定達(dá)到調(diào)試的效果。

3.1 硬件程序設(shè)計(jì)與仿真

平臺(tái)主要通過傳感器和碰撞開關(guān)產(chǎn)生輸入信號(hào)，通過FPGA處理信號(hào)，最后FPGA把處理后的信號(hào)傳到電機(jī)，由電機(jī)來完成一系列的動(dòng)作，如表1所示。所以其邏輯設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)智能的關(guān)鍵。

結(jié)束硬件選型后，利用Quartus II搭建硬件原理圖，編譯后對jk1、jk2、jk3、 jk4進(jìn)行時(shí)序仿真，分析時(shí)序關(guān)系，估計(jì)設(shè)計(jì)的性能并檢查和消除競爭冒險(xiǎn)[7-9]。仿真結(jié)果如圖3所示。

時(shí)序仿真圖中，clk為輸入PWM信號(hào)，clr和en兩個(gè)模塊的片選信號(hào)是由FPGA的SoPC通過軟件C語言控制。當(dāng)jk1=0、jk2jk3=1時(shí)，output(PWM控制信號(hào))會(huì)出現(xiàn)一段等于0之后產(chǎn)生20個(gè)波形。需要說明的是：圖3(a)時(shí)序仿真圖中，output出現(xiàn)一段PWM后出現(xiàn)低電平后接著出現(xiàn)了20個(gè)PWM，說明平臺(tái)在正常前進(jìn)遇到j(luò)k1=0、jk2jk3=1時(shí)，會(huì)停車一段時(shí)間接著左拐或者右拐20個(gè)PWM角度。驅(qū)動(dòng)器用的是4細(xì)分，輸出1個(gè)PWM波形步進(jìn)電機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)0.45°,應(yīng)該旋轉(zhuǎn)90°但是波形個(gè)數(shù)為：n=(90/0.45)=200個(gè)，在此用20個(gè)代替200個(gè)說明問題(圖3(b)的波形個(gè)數(shù)都會(huì)以此情況說明)。

由圖3(b)可以看到前段時(shí)間jk4為高電平，pwmout輸出正常脈沖，說明此時(shí)平臺(tái)處于正常吸塵狀態(tài)。后段時(shí)間jk4變?yōu)榈碗娖?，pwmout時(shí)延后輸出一小段脈沖，說明此時(shí)平臺(tái)檢測到樓梯，停車一段時(shí)間后調(diào)整方向。

3.2 軟件程序設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)調(diào)試完成后，還要進(jìn)行軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在C語言文件中編寫C程序進(jìn)行SoPC的編程[10]。平臺(tái)工作總體算法流程如圖4所示。平臺(tái)接通電源，首先初始化進(jìn)入自動(dòng)清掃和手動(dòng)遙控清掃二選一模式;當(dāng)選擇自動(dòng)清掃模式時(shí)，通過鍵盤輸入平臺(tái)自動(dòng)清掃工作時(shí)間，在清掃過程中通過傳感器判斷是否遇到障礙物或樓梯并進(jìn)行處理。通過中斷，時(shí)刻查詢是否到達(dá)設(shè)置時(shí)間，如果沒到，則程序返回運(yùn)行;如果設(shè)置時(shí)間到，則程序結(jié)束，平臺(tái)停止工作。當(dāng)選擇遙控清掃時(shí)，平臺(tái)運(yùn)動(dòng)受操作者的控制。

通過硬件選型、搭建調(diào)試和軟件語言的編寫調(diào)試，成功地制作出了簡易平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了既定的各種功能。相比市場上的同類產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)更簡單、成本更低、靈活性和擴(kuò)展性更強(qiáng)，為研究者開發(fā)更多功能提供了一個(gè)硬件支持的平臺(tái)，具有實(shí)用價(jià)值。隨著微處理器的不斷進(jìn)步和傳感技術(shù)的發(fā)展，其性能可不斷改進(jìn)，成本也可不斷下降。但在仿真和實(shí)現(xiàn)過程中發(fā)現(xiàn)其具體的流程算法不夠嚴(yán)謹(jǐn)，日后有必要繼續(xù)對其進(jìn)行改進(jìn)。