基于FPGA的小型足球機(jī)器人的控制系統(tǒng)研究.pdf

1、足球機(jī)器人比賽是一個(gè)高實(shí)時(shí)性、高動(dòng)態(tài)特性的環(huán)境,在比賽中足球機(jī)器人必須具備高度的機(jī)動(dòng)性和靈活性。因此,一個(gè)良好的控制系統(tǒng)是對(duì)于足球機(jī)器人來(lái)說(shuō)非常重要的,足球機(jī)器人要能實(shí)現(xiàn)快速前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)角、停車等基本動(dòng)作,要具備控球、射門、挑球等基本技能,都離不開(kāi)精確的控制系統(tǒng)。本課題主要研究小型足球機(jī)器人的控制系統(tǒng),使足球機(jī)器人在比賽中完成各種動(dòng)作和實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)的控制。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　 ⑴底層系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)。底層電路和基于FPGA的S

2、OPC系統(tǒng)共同構(gòu)成整個(gè)控制系統(tǒng)的硬件電路。底層電路系統(tǒng)包括通信子系統(tǒng)、擊球子系統(tǒng)、紅外測(cè)球系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)和電源模塊等,重點(diǎn)對(duì)通信子系統(tǒng)、擊球子系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。通信子系統(tǒng)主要包括無(wú)線通信芯片的特性,以及無(wú)線發(fā)射器和接收器的電路設(shè)計(jì);擊球子系統(tǒng)包括擊球系統(tǒng)的控制方案,高壓升壓電路的設(shè)計(jì)和電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)。
　　 ⑵基于FPGA的SOPC系統(tǒng)設(shè)計(jì)。主要包括FPGA外圍電路、功能模塊電路、SOPC外設(shè)的設(shè)計(jì),重點(diǎn)對(duì)功能模塊電路和SO

3、PC外設(shè)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。功能模塊包括測(cè)速系統(tǒng)電路和擊球邏輯電路,對(duì)測(cè)速系統(tǒng)的方法選擇、濾波電路、測(cè)速電路以及擊球邏輯電路的工作原理進(jìn)行了詳細(xì)的分析與設(shè)計(jì)。SOPC外設(shè)重點(diǎn)在于PWM設(shè)計(jì)和無(wú)線通信芯片PTR4000接口電路的設(shè)計(jì),詳細(xì)分析了工作原理和程序設(shè)計(jì)。
　　 ⑶控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。主要包括功能模塊的FPGA程序、無(wú)線通信、運(yùn)動(dòng)控制以及驅(qū)動(dòng)程序等。FPGA程序重點(diǎn)是PWM的程序設(shè)計(jì)。無(wú)線通信主要設(shè)計(jì)了配置程序,無(wú)線發(fā)射程和無(wú)線接

4、收程序。運(yùn)動(dòng)控制主要包括控制算法的設(shè)計(jì),參數(shù)選擇以及程序的編寫。主控程序主要包括系統(tǒng)主控器的主程序,初始化程序和中斷服務(wù)程序。
　　 ⑷系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試。主要包括對(duì)各個(gè)電路模塊的調(diào)試情況和對(duì)系統(tǒng)基本功能的測(cè)試情況。系統(tǒng)調(diào)試的對(duì)象主要包括FPGA最小系統(tǒng)、測(cè)速模塊,PWM模塊以及升壓模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)等。系統(tǒng)測(cè)試在軟硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)足球機(jī)器人的功能進(jìn)行測(cè)試,包括無(wú)線通信、紅外測(cè)球,平射、挑射、控球等基本動(dòng)作,以及前進(jìn)、后退、旋轉(zhuǎn)、停車等運(yùn)