基於fpga的agv接口板的製作方法
2023-07-28 16:07:21
專利名稱：基於fpga的agv接口板的製作方法
技術領域：
本發明屬於AGV技術領域，尤其是一種基於FPGA的AGV接口板。
背景技術：
AGV是一種以電池為動力、裝有非接觸導向裝置和獨立尋址系統的無人駕駛自動化搬運車輛，其在計算機的監控下，按指令自主駕駛，自動沿著規定的導引路逕行使，到達指定地點，完成一系列作業任務。 AGV本體控制系統一般包括外設、接口板、上位機控制單元三個部分。上位機控制單元(如PC104主控板)用於控制小車的行為和動作；外設指電機以及傳感器，如編碼器、陀螺儀、加速度計等；接口板是AGV外設和上位機控制單元中間的橋梁。AGV接口板實現兩大任務，一是保證實時、正確地發送和接收電機數據完成靈活的高精度的運動控制；一是保證快速、完整地採集和轉換傳感器數據，如編碼器、陀螺儀、力口速度計等，並將轉換後的數據發送到上位機控制單元進行計算，再由上位機控制單元根據計算結果進行相應的控制返回控制指令給電機，從而通過對電機的控制達到控制小車行為和動作之目的。AGV控制系統對接口板的速度和精度要求很高一方面是對電機接口的要求，要求接口板能夠實時、正確地接受和發送用於控制電機的位置數據，速度數據，輸進輸出狀態等信息，完成靈活的，高精度的運動控制；另一方面是對傳感器接口的要求，要求數據採集模塊能夠高效和快速地採集數據、轉換數據、計算數據、反饋結果。鑑於目前國內AGV開發尚處於初級階段，相關廠家在AGV接口板對高精度電機的開發應用、高性能總線的開發應用方面都遠遠未能達到實際應用的要求，本發明正是基於填補國內這一空白的技術背景下而研發的。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種實時性高、穩定性強的基於FPGA的AGV接口板。本發明解決其技術問題是採取以下技術方案實現的一種基於FPGA的AGV接口板，包括FPGA控制模塊、陀螺儀、加速度計和MECHATR0LINK2總線控制模塊，FPGA控制模塊與陀螺儀、加速度計相連接，FPGA控制模塊與安裝在車軸上的一組絕對值編碼器相連接，FPGA控制模塊與MECHATR0LINK2總線控制模塊相連接，該總線控制模塊通過MECHATR0LINK2總線與驅動AGV運動的一組伺服電機相連接。而且，所述的FPGA控制模塊包括MicroBlaze CPU、SPI單元、SSI單元、ISA單元、EPC單元、GPIO單元，CPU與SPI單元、SSI單元、ISA單元、EPC單元及GPIO單元通過PLB總線相連接，SPI單元與陀螺儀、加速度計相連接，SSI單元與編碼器相連接，EPC單元及GPIO單元與MECHATR0LINK2總線控制模塊相連接，所述的ISA單元與上位機控制單元相連接。
本發明的優點和積極效果是
I、數據傳輸速率高。MECHATR0LINK2總線傳輸速率(IOMbps)相比CAN總線傳輸速率(最高位IMbps)高出10倍。2.MECHATR0LINK2總線實現了實時、正確地接受和發送用於控制的位置數據，速度數據，輸進輸出狀態等信息，完成靈活的，高精度的運動控制，特別適用於需要各軸間的協調同步和插補控制的應用。3、MECHATR0LINK2總線還可連接豐富的組件，其中包括伺服電機。伺服電機可使控制速度，位置精度非常準確，伺服電機轉子轉速受輸入信號控制，並能快速反應，在自動控制系統中，用作執行元件，且具有機電時間常數小、線性度高、始動電壓等特性。
4、FPGA可編程，軟、硬體在一定程度上可修改(通過硬體描述語言)。具有Soc片上系統的特點可以按照用戶需求進行定製產品；FPGA還具有IO管腳多的特點，可以很容易掛接不同IO外設。
圖I是本發明的電路框圖；圖2是FPGA控制模塊的結構示意圖；圖3是本發明的應用系統連接示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明實施例做進一步詳述一種基於FPGA的AGV接口板，如圖I及圖2所示，包括FPGA控制模塊、陀螺儀、加速度計和MECHATR0LINK2總線控制模塊。所述的FPGA控制模塊包括CPU、SPI單元、SSI單元、ISA單元、EPC單元、GPIO單元，上述SPI單元、SSI單元、ISA單元、EPC單元及GPIO單元均為FPGA內部的IP核，上述IP核通過PLB總線與CPU相連接。其中SPI單元為串行通信接口 IP核，其與陀螺儀、加速度計相連接用於採集陀螺儀偏差信號(角速率)和加速度計的加速度信號並傳給CPU。SSI單元是同步串行接口的IP核，其與安裝在車軸的一組絕對值編碼器相連接用於採集絕對編碼值並將該絕對編碼值傳送給CPU。EPC單元及GPIO單元與MECHATR0LINK2總線控制模塊相連接，該總線控制模塊通過MECHATR0LINK2總線與驅動AGV運動的一組伺服電機相連接，CPU通過MECHATR0LINK2總線控制模塊採集各個伺服電機的狀態。ISA單元為工業標準結構總線接口 IP核，其與上位機控制單元進行實時數據交互，在I毫秒控制周期內，根據上位機控制命令進行伺服電機命令的下發和伺服電機狀態以及傳感器狀態的上傳，從而實現對AGV的自動控制功能。本AGV接口板的應用實例如圖3所示，該AGV接口板通過MECHATR0LINK2總線採集各種伺服電機的工作狀態，通過SSI單元採集安裝在車軸上的絕對值編碼器的編碼值，通過SPI單元採集陀螺儀偏差信號(角速率)和加速度計的加速度信號，由FPGA控制模塊上傳至上位機控制單元進行分析處理後，得到下一周期命令，然後通過MECHATR0LINK2總線控制伺服電機的工作，實現對AGV的自動控制功能。需要強調的是，本發明所述的實施例是說明性的，而不是限定性的，因此本發明並不限於具體實施方式
中所述的實施例，凡是由本領域技術人員根據本發明的技術方案得出的其他實施方式，同樣屬於本發明保護的範圍。
權利要求
1.一種基於FPGA的AGV接口板，其特徵在於包括FPGA控制模塊、陀螺儀、加速度計和MECHATR0LINK2總線控制模塊，FPGA控制模塊與陀螺儀、加速度計相連接，FPGA控制模塊與安裝在車軸上的一組絕對值編碼器相連接，FPGA控制模塊與MECHATR0LINK2總線控制模塊相連接，該總線控制模塊通過MECHATR0LINK2總線與驅動AGV運動的一組伺服電機相連接。
2.根據權利要求I所述的基於FPGA的AGV接口板，其特徵在於所述的FPGA控制模塊包括MicroBlaze CPU、SPI單元、SSI單元、ISA單元、EPC單元、GPIO單元，CPU與SPI單元、SSI單元、ISA單元、EPC單元及GPIO單元通過PLB總線相連接，SPI單元與陀螺儀、力口速度計相連接，SSI單元與編碼器相連接，EPC單元及GPIO單元與MECHATR0LINK2總線控制模塊相連接，所述的ISA單元與上位機控制單元相連接。
全文摘要
本發明涉及一種基於FPGA的AGV接口板，其主要技術特點是包括FPGA控制模塊、陀螺儀、加速度計和MECHATROLINK2總線控制模塊，FPGA控制模塊與陀螺儀、加速度計相連接，FPGA控制模塊與安裝在車軸上的一組絕對值編碼器相連接，FPGA控制模塊與MECHATROLINK2總線控制模塊相連接，該總線控制模塊通過MECHATROLINK2總線與驅動AGV運動的一組伺服電機相連接。本發明設計合理，FPGA控制模塊通過MECHATROLINK2總線與一組驅動AGV運動的伺服電機相連接，有效地防止了外界幹擾，能夠實時、快速、準確地控制和獲取伺服電機的工作狀態，實現對AGV運動的自動控制功能，保證了控制的實時性和穩定性，可廣泛用於AGV領域。
文檔編號G05D1/02GK102968117SQ20121023153
公開日2013年3月13日 申請日期2012年7月5日 優先權日2012年7月5日
發明者趙哲 申請人:無錫普智聯科高新技術有限公司