專利名稱：基于fpga的agv接口板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于AGV技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于FPGA的AGV接口板。
背景技術(shù)：
AGV是一種以電池為動(dòng)力、裝有非接觸導(dǎo)向裝置和獨(dú)立尋址系統(tǒng)的無(wú)人駕駛自動(dòng)化搬運(yùn)車輛，其在計(jì)算機(jī)的監(jiān)控下，按指令自主駕駛，自動(dòng)沿著規(guī)定的導(dǎo)引路徑行使，到達(dá)指定地點(diǎn)，完成一系列作業(yè)任務(wù)。 AGV本體控制系統(tǒng)一般包括外設(shè)、接口板、上位機(jī)控制單元三個(gè)部分。上位機(jī)控制單元(如PC104主控板)用于控制小車的行為和動(dòng)作；外設(shè)指電機(jī)以及傳感器，如編碼器、陀螺儀、加速度計(jì)等；接口板是AGV外設(shè)和上位機(jī)控制單元中間的橋梁。AGV接口板實(shí)現(xiàn)兩大任務(wù)，一是保證實(shí)時(shí)、正確地發(fā)送和接收電機(jī)數(shù)據(jù)完成靈活的高精度的運(yùn)動(dòng)控制；一是保證快速、完整地采集和轉(zhuǎn)換傳感器數(shù)據(jù)，如編碼器、陀螺儀、力口速度計(jì)等，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)控制單元進(jìn)行計(jì)算，再由上位機(jī)控制單元根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的控制返回控制指令給電機(jī)，從而通過(guò)對(duì)電機(jī)的控制達(dá)到控制小車行為和動(dòng)作之目的。AGV控制系統(tǒng)對(duì)接口板的速度和精度要求很高一方面是對(duì)電機(jī)接口的要求，要求接口板能夠?qū)崟r(shí)、正確地接受和發(fā)送用于控制電機(jī)的位置數(shù)據(jù)，速度數(shù)據(jù)，輸進(jìn)輸出狀態(tài)等信息，完成靈活的，高精度的運(yùn)動(dòng)控制；另一方面是對(duì)傳感器接口的要求，要求數(shù)據(jù)采集模塊能夠高效和快速地采集數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)、計(jì)算數(shù)據(jù)、反饋結(jié)果。鑒于目前國(guó)內(nèi)AGV開(kāi)發(fā)尚處于初級(jí)階段，相關(guān)廠家在AGV接口板對(duì)高精度電機(jī)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用、高性能總線的開(kāi)發(fā)應(yīng)用方面都遠(yuǎn)遠(yuǎn)未能達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的要求，本發(fā)明正是基于填補(bǔ)國(guó)內(nèi)這一空白的技術(shù)背景下而研發(fā)的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種實(shí)時(shí)性高、穩(wěn)定性強(qiáng)的基于FPGA的AGV接口板。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種基于FPGA的AGV接口板，包括FPGA控制模塊、陀螺儀、加速度計(jì)和MECHATR0LINK2總線控制模塊，F(xiàn)PGA控制模塊與陀螺儀、加速度計(jì)相連接，F(xiàn)PGA控制模塊與安裝在車軸上的一組絕對(duì)值編碼器相連接，F(xiàn)PGA控制模塊與MECHATR0LINK2總線控制模塊相連接，該總線控制模塊通過(guò)MECHATR0LINK2總線與驅(qū)動(dòng)AGV運(yùn)動(dòng)的一組伺服電機(jī)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(guò)PLB總線相連接，SPI單元與陀螺儀、加速度計(jì)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(jī)控制單元相連接。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是
I、數(shù)據(jù)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(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)、正確地接受和發(fā)送用于控制的位置數(shù)據(jù)，速度數(shù)據(jù)，輸進(jìn)輸出狀態(tài)等信息，完成靈活的，高精度的運(yùn)動(dòng)控制，特別適用于需要各軸間的協(xié)調(diào)同步和插補(bǔ)控制的應(yīng)用。3、MECHATR0LINK2總線還可連接豐富的組件，其中包括伺服電機(jī)。伺服電機(jī)可使控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確，伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號(hào)控制，并能快速反應(yīng)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且具有機(jī)電時(shí)間常數(shù)小、線性度高、始動(dòng)電壓等特性。
4、FPGA可編程，軟、硬件在一定程度上可修改(通過(guò)硬件描述語(yǔ)言)。具有Soc片上系統(tǒng)的特點(diǎn)可以按照用戶需求進(jìn)行定制產(chǎn)品；FPGA還具有IO管腳多的特點(diǎn)，可以很容易掛接不同IO外設(shè)。


圖I是本發(fā)明的電路框圖；圖2是FPGA控制模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的應(yīng)用系統(tǒng)連接示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例做進(jìn)一步詳述一種基于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(jì)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(nèi)部的IP核，上述IP核通過(guò)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(jì)相連接用于采集陀螺儀偏差信號(hào)(角速率)和加速度計(jì)的加速度信號(hào)并傳給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(duì)值編碼器相連接用于采集絕對(duì)編碼值并將該絕對(duì)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(guò)MECHATR0LINK2總線與驅(qū)動(dòng)AGV運(yùn)動(dòng)的一組伺服電機(jī)相連接，CPU通過(guò)MECHATR0LINK2總線控制模塊采集各個(gè)伺服電機(jī)的狀態(tài)。ISA單元為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)總線接口 IP核，其與上位機(jī)控制單元進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互，在I毫秒控制周期內(nèi)，根據(jù)上位機(jī)控制命令進(jìn)行伺服電機(jī)命令的下發(fā)和伺服電機(jī)狀態(tài)以及傳感器狀態(tài)的上傳，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)AGV的自動(dòng)控制功能。本AGV接口板的應(yīng)用實(shí)例如圖3所示，該AGV接口板通過(guò)MECHATR0LINK2總線采集各種伺服電機(jī)的工作狀態(tài)，通過(guò)SSI單元采集安裝在車軸上的絕對(duì)值編碼器的編碼值，通過(guò)SPI單元采集陀螺儀偏差信號(hào)(角速率)和加速度計(jì)的加速度信號(hào)，由FPGA控制模塊上傳至上位機(jī)控制單元進(jìn)行分析處理后，得到下一周期命令，然后通過(guò)MECHATR0LINK2總線控制伺服電機(jī)的工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)AGV的自動(dòng)控制功能。需要強(qiáng)調(diào)的是，本發(fā)明所述的實(shí)施例是說(shuō)明性的，而不是限定性的，因此本發(fā)明并不限于具體實(shí)施方式
中所述的實(shí)施例，凡是由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案得出的其他實(shí)施方式，同樣屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于FPGA的AGV接口板，其特征在于包括FPGA控制模塊、陀螺儀、加速度計(jì)和MECHATR0LINK2總線控制模塊，F(xiàn)PGA控制模塊與陀螺儀、加速度計(jì)相連接，F(xiàn)PGA控制模塊與安裝在車軸上的一組絕對(duì)值編碼器相連接，F(xiàn)PGA控制模塊與MECHATR0LINK2總線控制模塊相連接，該總線控制模塊通過(guò)MECHATR0LINK2總線與驅(qū)動(dòng)AGV運(yùn)動(dòng)的一組伺服電機(jī)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于FPGA的AGV接口板，其特征在于所述的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(guò)PLB總線相連接，SPI單元與陀螺儀、力口速度計(jì)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(jī)控制單元相連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于FPGA的AGV接口板，其主要技術(shù)特點(diǎn)是包括FPGA控制模塊、陀螺儀、加速度計(jì)和MECHATROLINK2總線控制模塊，F(xiàn)PGA控制模塊與陀螺儀、加速度計(jì)相連接，F(xiàn)PGA控制模塊與安裝在車軸上的一組絕對(duì)值編碼器相連接，F(xiàn)PGA控制模塊與MECHATROLINK2總線控制模塊相連接，該總線控制模塊通過(guò)MECHATROLINK2總線與驅(qū)動(dòng)AGV運(yùn)動(dòng)的一組伺服電機(jī)相連接。本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，F(xiàn)PGA控制模塊通過(guò)MECHATROLINK2總線與一組驅(qū)動(dòng)AGV運(yùn)動(dòng)的伺服電機(jī)相連接，有效地防止了外界干擾，能夠?qū)崟r(shí)、快速、準(zhǔn)確地控制和獲取伺服電機(jī)的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)AGV運(yùn)動(dòng)的自動(dòng)控制功能，保證了控制的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性，可廣泛用于AGV領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G05D1/02GK102968117SQ20121023153
公開(kāi)日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月5日
發(fā)明者趙哲 申請(qǐng)人:無(wú)錫普智聯(lián)科高新技術(shù)有限公司