华科XILINX智能小车

1、循迹避障智能小车循迹避障智能小车华中科技大学电信华中科技大学电信1202班班 孟岩孟岩 梁晓晗梁晓晗指导老师：指导老师： 闵玉堂闵玉堂2015.7.22015年华中科技大学xilinx-依元素科技FPGA电子设计大赛 组员v左起：左起：v梁晓晗梁晓晗v孟岩孟岩v设计目标设计目标v系统方案系统方案v功能实现功能实现v关键问题关键问题v作品展示作品展示v心得体会心得体会设计目标（1）循迹功能：能够实现沿直线行驶，直角左转弯，直角右转弯，弧线左转弯，）循迹功能：能够实现沿直线行驶，直角左转弯，直角右转弯，弧线左转弯，弧线右转弯等功能。弧线右转弯等功能。（2）避障功能：能够探测到前方，左前方，右前方出

2、现的障碍物，根据障碍物）避障功能：能够探测到前方，左前方，右前方出现的障碍物，根据障碍物的距离，通过转弯或后退，使小车处于安全状态。的距离，通过转弯或后退，使小车处于安全状态。（3）测距功能：通过声波功能，对前方物体进行测距，测距结果应与实际结果）测距功能：通过声波功能，对前方物体进行测距，测距结果应与实际结果相差不大。相差不大。（4）起始点计时功能：设计起点与终点，小车能够自动到达终点并在终点停下，）起始点计时功能：设计起点与终点，小车能够自动到达终点并在终点停下，同时从起点至终点的时间要能保存并显示在同时从起点至终点的时间要能保存并显示在Basys2的数码管上。的数码管上。（5）进车库功能

3、：通过驾驶员的按钮操作（在开发板中对应为拨动拨码开关），）进车库功能：通过驾驶员的按钮操作（在开发板中对应为拨动拨码开关），使得小车能够自动进入指定的车位，当然，这一功能对于车库的设计有特殊使得小车能够自动进入指定的车位，当然，这一功能对于车库的设计有特殊的要求。的要求。系统总体构架v 当当reset=1时，为复位状态，小车不工作。时，为复位状态，小车不工作。Reset为为0时，小车才工作。时，小车才工作。v 当当moshi=1且且jinku=0，实现超声波避障与测距。，实现超声波避障与测距。v 当当moshi=0且且jinku=0，实现循迹与计时功能。，实现循迹与计时功能。v 当当jinku

4、=1且且moshi=0，实现进车库功能。，实现进车库功能。功能实现v循迹循迹功能实现v循迹循迹功能实现左轮状态右轮状态Qianhou3:0Pwm_leftPwm_right直行前进前进4b010144小角度左转停止前进4b010104大角度左转后退前进4b100144小角度右转前进停止4b010140大角度右转前进后退4b011054功能实现（1 1）超声波模块原理）超声波模块原理a.a.采用采用 IO IO 口口 TRIG TRIG 触发测距，给至少触发测距，给至少 10us 10us 的高电平信号的高电平信号; ;b.b.模块自动发送模块自动发送 8 8 个个 40khz 40khz 的方

5、波，自动检测是否有信号的方波，自动检测是否有信号返回；返回；c.c.有信号返回，通过有信号返回，通过 IO IO 口口 ECHO ECHO 输出一个高电平，高电平输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测试距离持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测试距离=(=(高高电平时间电平时间* *声速声速(340M/S)/2.(340M/S)/2.原理图如下：原理图如下：功能实现功能实现功能实现功能实现always(posedge clk_in)/将50MHz的时钟信号分频为34kHz的超声波 begincount=count+1;if(count735)chao_clk=1;

6、if(count1469)beginchao_clk=0;count=0;end end功能实现always(posedge chao_clk) begincount_1=count_1+1;if(count_12500)count_1=0;if(count_1=1)chaoimpulse=1;/触发信号的高电平时间为超声波周期的一半，约14.7uselsechaoimpulse=0;/触发信号的间隔为2500倍的超声波周期，约73.5ms功能实现（1 1）超声波模块原理）超声波模块原理a.a.采用采用 IO IO 口口 TRIG TRIG 触发测距，给至少触发测距，给至少 10us 10us

7、 的高电平的高电平信号信号; ;b.b.模块自动发送模块自动发送 8 8 个个 40khz 40khz 的方波，自动检测是否有的方波，自动检测是否有信号返回；信号返回；c.c.有信号返回，通过有信号返回，通过 IO IO 口口 ECHO ECHO 输出一个高电平，高输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测试电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测试距离距离=(=(高电平时间高电平时间* *声速声速(340M/S)/2.(340M/S)/2.(2)(2)首先利用首先利用FPGAFPGA产生超声波出发信号。产生超声波出发信号。对接收到的超声波信号进行检测，求出其对应的

8、距离。对接收到的超声波信号进行检测，求出其对应的距离。如果距离较远，则小车直行；距离稍近，小车转向；距如果距离较远，则小车直行；距离稍近，小车转向；距离很近，小车后退。离很近，小车后退。功能实现功能实现功能实现（1 1）我们让小车进入指定的车库，是通过拨动开）我们让小车进入指定的车库，是通过拨动开关来实现的，我们的开关为关来实现的，我们的开关为set1:0。当其为。当其为2b00b00时，小车进入时，小车进入0号车位；当其为号车位；当其为2b01b01时，小车进入时，小车进入1号车位；当其为号车位；当其为2b10b10时，小车进入时，小车进入2号车位；当其号车位；当其为为2b11b11时，小车

9、进入时，小车进入3号车位。号车位。（2 2）小车流程）小车流程 针对这个电路，流程可定为：针对这个电路，流程可定为： 遇到遇到0111（右叉路口），若（右叉路口），若set0为为0则直行，则直行，set0为为1则右转。则右转。 遇到遇到1110（左岔路口），若（左岔路口），若set0为为1则直行，则直行，set0为为0则右转。则右转。这样就实现了小车进入车库的流程。这样就实现了小车进入车库的流程。功能实现不足之处（1 1）由于没有）由于没有I/0I/0接口，我们原计划的遥控器没接口，我们原计划的遥控器没有完成。我们尝试锯掉面包板，用有完成。我们尝试锯掉面包板，用74LS0074LS00来实现一

10、来实现一个多路选择器，但实际上，芯片的选择效果并不好。个多路选择器，但实际上，芯片的选择效果并不好。（2 2）循迹模块中，我们发现，小车速度过快时，）循迹模块中，我们发现，小车速度过快时，就会冲出跑道，我们对小车的循迹算法进行改进，就会冲出跑道，我们对小车的循迹算法进行改进，但目前这样已经是改进得到的最好结果了。但目前这样已经是改进得到的最好结果了。（3 3）我们原先设计的车库是一个）我们原先设计的车库是一个8 8车位的车库，车位的车库，但最终失败。但最终失败。（4 4）由于我们组只有两个人，所以设计的功能并）由于我们组只有两个人，所以设计的功能并不多。不多。心得体会v硬件课设的题目很早就已经

11、选定并着手准备，但是由于材料到货较晚，我们的时间并硬件课设的题目很早就已经选定并着手准备，但是由于材料到货较晚，我们的时间并不多。刚刚上手时，感觉智能小车的开发比想象中的要简单，通过查阅资料和讨论，不多。刚刚上手时，感觉智能小车的开发比想象中的要简单，通过查阅资料和讨论，我们发现小车基本功能的原理都比较简明。但在实际操作时，我们发现自己还是把问我们发现小车基本功能的原理都比较简明。但在实际操作时，我们发现自己还是把问题想的太简单了。在这个过程中，理论和实际的差别体现的淋漓尽致。原本经过精心题想的太简单了。在这个过程中，理论和实际的差别体现的淋漓尽致。原本经过精心设计，在纸上反复验证感觉万无一失

12、的算法，在实测中却显得不堪一击。与上学期进设计，在纸上反复验证感觉万无一失的算法，在实测中却显得不堪一击。与上学期进行的软件课设不同，硬件的设计并不是想法正确就一定能实现，实验中有很多在理论行的软件课设不同，硬件的设计并不是想法正确就一定能实现，实验中有很多在理论上被理想化的因素，这些因素共同作用就会导致实验结果和预计的巨大反差。在进行上被理想化的因素，这些因素共同作用就会导致实验结果和预计的巨大反差。在进行了多次修正和测试（包括传感器位置的调整，结合实际情况的算法改进和反复的模拟了多次修正和测试（包括传感器位置的调整，结合实际情况的算法改进和反复的模拟测试）。因此，这次课程设计给我最大的收获，就是在解决实际问题时，要把理论和测试）。因此，这次课程设计给我最大的收获，就是在解决实际问题时，要把理论和实践相结合，并且要多次实践来修正实验结果，这样才能更好的将问题解决。实践相结合，并且要多次实践来修正实验结果，这样才能更好的将问题解决。v在这次课程中，我们还加深了对以往所学知识的理解，巩固了之前没有学扎实在这次课程中，我们还加深了对以往所学知识的理解，巩固了之前没有学扎实的知识，真正将课堂上所学的知识应用到实际当中。并且，在制作小车的同时，加强的知识，真正将课堂上所学的知识应用到实际当中。并且，在制作小车的同时，加强了动手能力和解决实际问题的随机应变的能