基于FPGA的嵌入式车载平台装置的设计

来源 :天津职业技术师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:woaixuyong
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伴随电子计算机和控制技术的不断发展,人们把智能机器人和汽车电子技术相结合,基于嵌入式技术开发的智能车辆在工业生产以及日常生活中逐渐扮演起重要的角色。本文在研究嵌入式系统开发的基础上,分析研究了智能小车的车载功能,提出一种基于现场可编程逻辑门阵列的车载平台装置的设计。以FPGA为核心控制器搭建了智能小车的控制系统,在小车上配置了多种功能模块,旨在实现对小车的智能化控制。考虑到智能小车的具体功能实现和不改变硬件电路即可重构系统的想法,采用FPGA作为主控制器,利用硬件并行执行的优势,实现对小车的智能控制。本设计构建的硬件结构系统主要包含电源、动力及转向、红外测速、数字测温、超声波避障、显示及数据传输等功能模块。通过对PID算法以及模糊算法的研究与对比的基础上,提出一种模糊自适应PID算法来控制小车的直流电机的方法,同时通过MATLAB软件工具对该算法进行建模仿真,由仿真结果可明显看出,在对小车的运动控制中采用模糊自适应PID控制算法具有一定的优越性,不但改善了PID对非线性系统信号追踪差的缺点,还改善了模糊处理导致的系统控制精度低和动态品质差的缺点。采用FPGA专用软件开发工具Quartus II,利用原理图以及Verilog HDL硬件描述语言相结合的设计方法对该系统的主程序、电机和舵机的控制子程序、速度检测子程序、数字测温子程序、超声波避障子程序、显示子程序、数据传输子程序等进行软件编写。同时,利用模块化设计思想,对模糊自适应PID控制算法在FPGA上进行设计并实现软件编程,并对该算法中每个功能模块和整体模块进行了时序仿真,根据仿真结果分析可知,实现了设计功能要求。最后,通过对小车进行实车调试,完成了对其各个车载功能模块的智能控制,并验证了本文设计的模糊自适应PID控制算法在FPGA上实现的有效性及稳定性。
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