一種基于FPGA技術(shù)的智能導(dǎo)盲犬設(shè)計

　　1.3 軟件流程結(jié)構(gòu)

　　軟件流程結(jié)構(gòu)如圖3所示。

　　2 具體模塊

　　本設(shè)計基于NiosⅡ硬件平臺，運用其強大的擴展及處理功能，將數(shù)字圖像處理技術(shù)、超聲波測距定位技術(shù)、智能控制技術(shù)協(xié)調(diào)的組合在一起，構(gòu)成一個既功能強大又非常人性化的“導(dǎo)盲犬”。以下為各模塊的設(shè)計特點及方法：

　　2.1 NiosⅡ處理器

　　NiosⅡ處理器運算速度快，能滿足對圖像檢測與處理的要求；具有完善的軟件開發(fā)套件，包括編譯器、集成開發(fā)環(huán)境(IDE)、JTAG調(diào)試器、實時操作系統(tǒng)(RTOS)和TCP／IP協(xié)議棧；其次，Altera DEl的外圍接口豐富，可以滿足不同的需求，必要時可以自定義外圍電路進行擴展。在FPGA中使用軟核處理器也是其優(yōu)勢所在，硬核實現(xiàn)沒有靈活性，通常無法使用最新的技術(shù)?；跇藴侍幚砥鞯姆桨笗惶蕴贜iosⅡ處理器的方案是基于HDL源碼構(gòu)建的，能夠修改以滿足新的系統(tǒng)需求。將處理器實現(xiàn)為HDL的IP核，開發(fā)者能夠完全定制CPU和外設(shè)，獲得恰好滿足需求的處理器。

　　2.2 圖像采集模塊

　　利用的地貌比對是對被檢測到的環(huán)境特征在環(huán)境圖像庫中進行目標搜索以及進行地點的確認。實際上，將采樣到的環(huán)境圖像與庫存的圖像依次進行比對，并找出最佳的匹配對象。所以，環(huán)境的描述決定了環(huán)境識別的具體方法與性能。該應(yīng)用的核心是“圖形識別算法”，這種算法是利用了環(huán)境中的各主要特點及一些特征部分而形成的方法。

　　圖像采集系統(tǒng)主要由視頻信號A／D轉(zhuǎn)換，PFGA控制模塊，邏輯控制模塊，存儲模塊等組成。系統(tǒng)采集圖像的命令由計算機發(fā)出，通過Avalon總線將命令傳送至FPGA同步采集模塊。同步采集模塊則發(fā)出采集信號采集一幀圖像，利用寫信號將數(shù)據(jù)存儲至SRAM1中。經(jīng)過邊緣檢測處理后存儲到SRAM2中，將圖像信息讀出傳送給FPGA至處理。對比FPGA中環(huán)境圖片的數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)與當(dāng)前圖像數(shù)據(jù)，對數(shù)字信息進行分析，在合理誤差范圍之內(nèi)，可確定特定的位置，達到環(huán)境識別的目的。

　　2.3 超聲波測距模塊

　　利用超聲波測距模塊可實現(xiàn)多障礙物的定位及運動狀態(tài)的跟蹤，可以精確地測出物體距離盲人的距離、物體相對于盲人的運動方向及運動速度。由于超聲波測距誤差是由超聲波的傳播速度誤差和測量距離傳播的時間誤差引起的。而超聲波的傳播速度的誤差影響最大，且其與環(huán)境的溫度有關(guān)，故本設(shè)計中采用了帶溫度補償?shù)某暅y距，通過高精度的溫度傳感器實時跟蹤外界溫度的變換，能很好地補償超聲波在不同溫度的傳播速度。而傳播時間的誤差則通過NiosⅡ來消除，NiosⅡ內(nèi)部具有高頻晶振信號，通過其內(nèi)部計數(shù)器計數(shù)可以滿足超聲波測距的微秒級要求，能保證測距1 cm的誤差。