一种基于arm和fpga的智能小车监控系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种基于ARM和FPGA的智能小车监控系 统。
【背景技术】
[0002] 智能小车是机器人研究领域的一项重要内容。它集机械、电子、检测技术与智能控 制于一体。在各种移动机构中，智能小车的轮式移动机构最为常见。轮式移动机构之所以 得到广泛的应用，主要是因为容易控制其移动速度和移动方向。智能小车可以适应不同环 境，不受温度、湿度等条件的影响，完成危险地段、人类无法介入等特殊情况下的任务。一般 的智能小车操作控制复杂、功能单一、不能远程重构。
【发明内容】
[0003] 本发明为了解决PC监控系统中监控范围有限、不可移动的弊端，提出一种基于A RM和FPGA的智能小车监控系统，该系统功能扩展容易，设计成本低，功耗低。
[0004] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于ARM和FPGA的智能小车 监控系统，包括主控制模块、辅助控制模块、电源管理模块、图像采集模块、速度采集模块、 网络传输模块、电机驱动模块、舵机驱动模块和电池监控模块，所述图像采集模块、速度采 集模块和网络传输模块分别与主控制模块相连，电机驱动模块、舵机驱动模块和电池监控 模块分别与辅助控制模块相连，所述电源管理模块为其他各部分供电。
[0005] 优选地，所述主控制模块采用ARM芯片，所述ARM芯片的型号为S3C2440A。
[0006] 优选地，所述辅助控制模块采用FPGA芯片，所述FPGA芯片的型号为EP2C5T144C8。
[0007] 优选地，所述图像采集模块选用OmniVision公司的CMOS图像传感器0V9650。
[0008] 优选地，所述网络传输模块选用高速以太网接口芯片DM9000A。
[0009] 优选地，所述速度采集模块由红外传感器和脉冲整形电路组成。
[0010] 本发明在自制电路板板上进行了软、硬件的系统集成及测试。测试结果为：图像采 集时钟24MHz;图像采集速度为30f/s;行同步频率为14. 5kHz，图像采集像素为640x480 ; JPEG压缩比达到10 :1 ;运动控制命令响应时间为5微秒，网络传输速率达lOMb/s。该系统 实现了本地图像采集并通过网络传输到远程监控端，远程监控端根据传输的图像来控制智 能小车的运动该系统功能扩展容易，设计成本低，上市时间快，功耗低。
【附图说明】
[0011] 图1为系统结构框图；
[0012] 图 2 为S3C2440A与 0V9650 连接图；
[0013] 图3为CAMIF单元内部结构；
[0014] 图 4 为S3C2440A与DM900A连接图；
[0015] 图5为电机控制电路；
[0016] 图6为S3C2440和0V9650通信协议；
[0017] 图7速度采集软件流程图。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合【具体实施方式】对本发明进行详细的描述。
[0019] -种基于ARM和FPGA的智能小车监控系统，包括主控制模块、辅助控制模块、电源 管理模块、图像采集模块、速度采集模块、网络传输模块、电机驱动模块、舵机驱动模块和电 池监控模块，所述图像采集模块、速度采集模块和网络传输模块分别与主控制模块相连，电 机驱动模块、舵机驱动模块和电池监控模块分别与辅助控制模块相连，所述电源管理模块 为其他各部分供电。
[0020] 所述主控制模块采用ARM芯片，所述ARM芯片的型号为S3C2440A。
[0021] 所述辅助控制模块采用FPGA芯片，所述FPGA芯片的型号为EP2C5T144C8。
[0022] 所述图像采集模块选用OmniVision公司的CMOS图像传感器0V9650。
[0023] 所述网络传输模块选用高速以太网接口芯片DM9000A。
[0024] 所述速度采集模块由红外传感器和脉冲整形电路组成。
[0025] 该系统采用三星公司的ARM芯片S3C2440A作为主控制芯片及Altera公司的FPGA 芯片EP2CST144C8作为辅助控制芯片，ARM芯片上装有WindowsCE5.0操作系统。S3C2440A 内置丰富的外设资源包括中断控制器、GPIO、I2C、相机接曰等接口电路，其内核为16/32位 的ARM920T处理器，它集MMU，AMBABUS和Harvard高速缓冲体系结构与一体，主频可达 400MHz〇
[0026] 利用ARM芯片控制图像采集、速度采集、网络传输等功耗小、干扰弱的模块；利用 FPGA芯片单独控制功耗大、干扰强的直流电机、舵机、固态继电器以提高系统的抗干扰能 力。ARM芯片和FPGA芯片以并行总线的方式进行数据和控制信号的传输，需要注意的是ARM 芯片的I/O口需要设置为禁止上拉，否则无法和FPGA芯片进行通信。该系统具体组成如图 1所示。
[0027] 系统硬件电路设计：
[0028] 图像采集电路设计：图像采集模块选用OmniVision公司的CMOS图像传感器 0V9650,可达130万像素，具有标准SCCB(serialcameracontrolbus)接口，通过该接口 可以方便地设置图像像素大小、输出YCbCr顺序、白平衡、色饱和等重要参数。
[0029] S3C2440A可以直接和CMOS图像传感器0V9650连接，如图2所示。0V9650的PWDN 引脚与S3C2440A的GPG12引脚相连，这样可以控制0V9650的工作状态。当无须采集图像 时，将GPG12输出高电平，0V9650芯片处于掉电模式，节省电能消耗。0V9650可输出YCbCr， RGB两种格式的数据，当输出YCbCr格式时，要用到数据线的D2}D9 ;当输出RGB格式时，则 需要用数据线D2~D9。本系统采用YCbCr格式，数据线D2~D9与S3C2440A的CAMDATA0~ CAMDATA7 相连。
[0030] S3C2440A芯片具有相机接口CAMIF，其内部单元如图3所示，CAMIF支持ITU-RBT。 601/656YCbCr8b，标准的图像数据输入，最大可采样4096x4096像素的图像。该接口可以 使用两种通道将图像数据存储在SDRAM中：一种是预览通道模式，将从相机接口采集到的 图像数据转为RGB数据，并在DMA控制下传输到SDRAM，这种模式通常用来提供图像预览功 能；另一种是编码通道模式，将图像数据按照YCbCr4:2:0或者YCbCr4:2:2的格式传输到SDRAM，这种模式主要为JPEG，MPEG-4,H. 263等编码器提供图像数据的输入。
[0031] 网络传输模块电路设计：网络传输模块选用DAVIC0M公司推出的一款高速以太网 接口芯片DM9000A，内部集成10/100M物理层接口，16KBSRAM用作接收发送的FIFO缓存， 支持8/16b内存数据存取接口。
[0032]S3C2440A内部没有专用以太网控制器，需要外部总线外挂一个以太网控制器， 才能实现S3C2440A连接以太网的需要，该系统选用DM9000A作为以太网的物理层接口。 DM9000A与S3C2440A的连接比较简单，如图4所示。S3C2440A数据总线DATA0~DATA15 与芯片的SD0~}SD15连接；地址线ADDR2与芯片的CMD连接；片选线nGCS3与芯片nCS 的相连；9号外中断与芯片的INT相连。DM9000A以太网控制器的工作基址为0x300,而 S3C2440A的地址线ADDR2与芯片的命令/