【正文】 和光耦 2 導(dǎo)通，三極管 Q Q Q6 和三極管 Q Q Q12 導(dǎo)通，其余 6 個三極管截止，使電動機(jī)正向偏置；若 2 端口輸出為高電平，對應(yīng)的光耦 3 和光耦 4 導(dǎo)通，三極管 Q Q Q5 和三極管 Q Q Q11 導(dǎo)通，其余 6 個三極管截止，電動機(jī)反向偏置。速度共分為八檔，可以滿足車速調(diào)節(jié)的精度要求。 小車移動距離（速度）信號的檢測與處理模塊的設(shè)計 為了對小車的總行程（或速度）進(jìn)行測量，把有溝槽的斷繼式光電傳感器 固定于輪軸附近，再在輪軸上固定一片開有四條漏光條的擋板。 經(jīng)測量得 小車車輪外圍得周長為 16cm，車輪轉(zhuǎn)動一周，發(fā)出四個脈沖。要向控制器提供判斷小車位置狀態(tài)的這些信息，需要兩個傳感器，檢測理想的初始狀態(tài)（兩個前輪位于引導(dǎo)線的兩側(cè)）是否遭到改變。根據(jù)該兩傳感器的狀態(tài)可以判斷小車和引導(dǎo)線的位置關(guān)系，如表 。 外界的金屬性物體對傳感器的高頻 — 振蕩 器 （即是由 纏繞在鐵氧體磁芯上的線圈構(gòu)成的 LC振蕩 器 ） 產(chǎn)生非接觸式感應(yīng)作用。它的工作原理大致是這樣的：首先 FPGA 發(fā)射出的超聲波發(fā)射信號經(jīng)過 7414 整形到超聲波發(fā)射器。 第 10 頁 共 23 頁 圖 障礙物信號檢測原理圖 小車運(yùn)動方向引導(dǎo)光源信號的檢測系統(tǒng)設(shè)計 該自制小車運(yùn)動方向引導(dǎo)光源信號的檢測系統(tǒng)示意圖如圖 所示。具體描述見表 ?？刂撇呗苑謩e描述如下： (1) 小車移動距離（速度）信號的檢測與處理 控制策略的設(shè)計 小車車輪轉(zhuǎn)動，每當(dāng)經(jīng)過一次漏光條，對射式光電傳感器就導(dǎo)通一次，導(dǎo)通 4 次，小車車輪即旋轉(zhuǎn)了一周。 表 小車移動距離（速度）信號的控制策略示意表 光電傳感器導(dǎo)通次數(shù) 車子行駛的距離 4*n+1 (16*n+4)cm 4*n+2 (16*n+8)cm 4*n+3 (16*n+12)cm 4*(n+1) 16*(n+1)cm (2) 小車移動引導(dǎo)線信號的檢測與處理 控制策略的設(shè)計 小車要壓著引導(dǎo)線前進(jìn)，就需要兩對檢測黑線的發(fā)射式光電傳感器分別卡在黑線的兩邊。 表 引導(dǎo)線信號的檢測與處理的控制策略示意表 光電傳感器左 光電傳感器右 小車要做的動作 0 0 方向性錯誤 0 1 左轉(zhuǎn) 1 0 右轉(zhuǎn) 1 1 嚴(yán)重偏離軌道 （ 3）金屬探測傳感 控制策略的設(shè)計 當(dāng) 金屬 探測 傳感器 探測到金屬的時候，對 FPGA 控制信號端口發(fā)出信號，隨即 FPGA 控制系統(tǒng)發(fā)出信號給外圍電路，控制發(fā)出 光聲信號以提示檢測到了金屬。 （ 5） 小車運(yùn)動方向引導(dǎo)光源信號的檢測 控制策略的設(shè)計 小車的三個光電傳感器從三個方位對前方的電源進(jìn)行檢測，追蹤。 第 12 頁 共 23 頁 表 引導(dǎo)光源信號的檢測 控制策略示意表 A B C 功能 0 1 0 進(jìn)庫 0 0 1 左轉(zhuǎn)（大幅度） 1 0 0 右轉(zhuǎn)（大幅度） 1 1 1 有問題（調(diào)整整個傳感器位置） 0 1 1 左轉(zhuǎn)（小幅度） 1 1 0 右轉(zhuǎn)（小幅度） 0 0 0 查找光源 （ 6） 簡易智能電動小車的 總體控制策略 的 流程圖表示 圖 簡易智能電動小車 總體控制策略 的 流程圖 表示 Y N Y Y 啟動 引導(dǎo)線檢測控制子程序 金屬檢測控制子程序 避障控制 子程序 光源檢測子程序 到達(dá) C 點？ N 是否達(dá)到 90s 結(jié)束 是否入庫 ？ N 第 13 頁 共 23 頁 3．實際測試 3． 1 測試設(shè)備 1． 最終測試用到的儀器包括 模擬 跑道：直道區(qū)長 （下面鋪有薄鐵片任意個） 彎道區(qū)半徑 障礙區(qū)長 1m （兩側(cè)任意位置分別放一大小為 50cm 12cm 6cm 的障礙物） 停車區(qū)長 車庫長 卷尺：精度 ，最大測量范圍 。 (2) 金屬檢測部分 小車檢測到和顯示的的金屬片數(shù)因該與實際的金屬片數(shù)相符。 測試結(jié)果 具體測試結(jié)果分別如下列表所示： 表 （起始點到 C點的直道區(qū)的測試結(jié)果） 測試次數(shù) 秒表所 測時間 顯示器 顯示距離 距離誤差計算 實際薄 鐵片數(shù)目 顯示記錄 鐵片數(shù)目 計數(shù)誤差計算 1 2 3 測試電動車是否能安全使過障礙區(qū)，并準(zhǔn)確進(jìn)入車庫。 4． 結(jié)論 本系統(tǒng)以 FPGA 技術(shù)作為核心控制技術(shù)，以行為控制作為核心控制策略。 最終使小車完成題目中的各項任務(wù)。 【 2】 潘松、黃繼業(yè) .《 EDA技術(shù)實用教程》 [M].北京：科學(xué)出版社， 2021 年（第一版）。測試（第二版） [M].湖北：華中理工大學(xué)出版社 .2021年 . 【 5】 梅遂生、楊家德 .光電子技術(shù) — 信息裝備的新秀 [M].北京：國防工業(yè)出版社 .1999年 . 第 16 頁 共 23 頁 附錄 一（程序清單） ： library IEEE。 entity quancheng is Port (fuwei,clk : in std_logic。 dangwei1 : in std_logic。 Control : out std_logic_vector(3 downto 0)。 architecture Behavioral of quancheng is signal fanzhuan : std_logic。 signal luchengjishu : std_logic。 signal Hz_500,Hz_100,Hz_1 : std_logic。 signal luchengxianshi : integer range 0 to 32752。 then c:=0。 elsif c=100000 then c:=0。 end if。Hz_100=39。139。 process(Hz_100) variable c : integer range 0 to 100。 elsif c=100 then c:=0。 end if。139。tingzhi=39。 then if c89 then c:=c+1。 end if。 shijianxianshi=c。 第 18 頁 共 23 頁 begin if fuwei=39。 then c:=0。zuozhuan=39。 control(1)=39。youzhuan=39。 elsif rising_edge(clk) then if qianduan=39。 then c:=4000000。 elsif dangwei3=39。 end if。 if Luchengxianshi=460 then zhuanwan=39。d:=0。039。 elsif miao_2=39。139。139。 elsif (luchengxianshidangqianzhuangtai)160 then youzhuan=39。c:=3500000。039。fanzhuan=39。 end if。039。 end if。 process(fanzhuan,Hz_100,fuwei) variable c : integer range 0 to 20。039。 elsif rising_edge(Hz_100) then 第 19 頁 共 23 頁 if c20 then c:=c+1。039。 end if。039。miao_5=39。 elsif rising_edge(Hz_500) then if c2499 then c:=c+1。139。 else c:=2500。 end if。139。039。 then control(3 downto 2)=10。139。 then control(3 downto 2)=10。 else control(3 downto 2)=00。 lu cheng ji shu process(Hz_500,Lucheng) begin 第 20 頁 共 23 頁 if rising_edge(Hz_500) then if lucheng=39。 else Luchengjishu=39。 end process。 then c:=0。 end process。139。ddddd:=0。039。 else c:=luchengxianshi。 elsif c999 then c:=c1000 。 elsif c9 then c:=c10 。then p1=10。p5=dd。p4=10。p3=c。p2=c。 elsif ddddd=0 then p1=10。p5=dddd。p4=dddd。 end process。 then c:=000。 if c=000 then weixuan=1111110。 elsif c=010 then weixuan=1111011。 elsif c=100 then weixuan=1101111。 end if。 when 5 = led=0100100。 when 7 = led=0001111。 when 9 = led=0000100。 end process