智能小车团队报告.pdf

发布时间：2022-06-01 发布人：admin 分类：说明书资料大小：1.76M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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华中科技大学硬件课程设计基于 Basys2 的智能小车实验报告团队报告院系：电子信息与通信工程学院成员：郑泽凡通信 1601 U201613395 刘嘉堃通信 1603 U201613456 指导老师：闵玉堂

目录摘要 ................................................................................................................................................................ 1 第一章设计目标 ................................................................................................................................. 2 1.1 设计目的 ..................................................................................................................................... 2 1.2 项目要求 ..................................................................................................................................... 2 1.2.1 基本要求 ................................................................................................................................. 2 1.2.2 发挥部分 ................................................................................................................................. 2 1.3 项目分工 ..................................................................................................................................... 2 第二章系统总体设计 ........................................................................................................................ 3 2.1 系统框图 .......................................................................................................................................... 3 2.1.1 整体设计框图 ......................................................................................................................... 3 预计达到效果 .................................................................................................................................... 3 2.2 工作部分的实现思路 ................................................................................................................... 4 2.2.1 硬件的选择以及设计方案的描述 .................................................................................... 4 2.2.2 软件选择 .................................................................................................................................. 4 第三章器件选择 ................................................................................................................................. 5 3.1 Basys2 开发板 ................................................................................................................................. 5 3.1.1 Basys2 开发板实物图............................................................................................................ 5 3.2 L298N 电机驱动模块 .................................................................................................................... 6 3.2.1 使用原理简介 ......................................................................................................................... 6 3.3 红外避障模块 ................................................................................................................................. 6 3.3.1 使用原理简介 ......................................................................................................................... 6 3.4 循迹模块 .......................................................................................................................................... 7 3.4.1 使用原理说明 ............................................................................................................................. 7 3.5 蓝牙模块 .......................................................................................................................................... 7 3.5.1 HC-05 蓝牙透传模块的参数说明 ..................................................................................... 7 3.5.1 HC-05 特点 .............................................................................................................................. 7 第四章软件模块设计 ........................................................................................................................ 9 4.1 顶层模块设计 ................................................................................................................................. 9 4.1.1 顶层模块 RTL 图 .................................................................................................................... 9 4.1.2 引脚说明 .................................................................................................................................. 9 1

4.1.3 设计说明 ................................................................................................................................ 10 4.2 驱动模块设计 ............................................................................................................................... 10 4.2.1 驱动模块 RTL 图 .................................................................................................................. 10 4.2.2 引脚含义说明 ....................................................................................................................... 10 4.2.3 详细设计 ................................................................................................................................ 11 4.3 循迹模块设计 ............................................................................................................................... 12 4.3.1 循迹模块 RTL 图 .................................................................................................................. 12 4.3.2 循迹模块引脚说明 .............................................................................................................. 12 4.3.3 详细设计 ................................................................................................................................ 13 4.4 避障模块设计 ............................................................................................................................... 13 4.4.1 避障模块 RTL 图 .................................................................................................................. 13 4.4.2 引脚说明 ................................................................................................................................ 13 4.4.3 详细设计 ................................................................................................................................ 13 4.5 蓝牙模块设计 ............................................................................................................................... 14 4.5.1 蓝牙模块 RTL 图 .................................................................................................................. 14 4.5.2 引脚说明 ................................................................................................................................ 14 4.5.3 详细设计 ................................................................................................................................ 15 第五章模块的仿真验证 ................................................................................................................. 16 5.1 仿真验证的思路 .......................................................................................................................... 16 5.2 分层仿真 ........................................................................................................................................ 16 5.2.1 循迹模块仿真 ....................................................................................................................... 16 5.2.2 避障模块仿真 ....................................................................................................................... 17 5.2.3 驱动模块仿真 ....................................................................................................................... 17 5.2.4 蓝牙模块仿真 ....................................................................................................................... 18 5.3 整体仿真 ........................................................................................................................................ 18 5.4 仿真总结 ........................................................................................................................................ 19 第六章硬件装配以及代码测试过程 ................................................................................................ 19 6.1 器材列表 ........................................................................................................................................ 19 6.2 功能测试方案 ............................................................................................................................... 20 6.2.1 模块功能测试 ....................................................................................................................... 20 6.2.2 整机测试 ................................................................................................................................ 20 6.3 装配和测试过程中发现的问题 ............................................................................................... 20 2

6.3.1 装配问题 ................................................................................................................................ 20 6.3.2 测试中发现的问题 .............................................................................................................. 20 第七章实验总结 ..................................................................................................................................... 21 7.1 小车整体视图 ............................................................................................................................... 21 7.2 测试结果总结 ............................................................................................................................... 21 7.3 进度安排 ........................................................................................................................................ 22 7.4 经验与教训 ................................................................................................................................... 22 7.5 实验总结 ........................................................................................................................................ 23 7.6 回顾展望 ......................................................................................................................................... 24 3

摘要智能控制一直是当今信息化时代发展的一个大方向，拥有智能控制系统的产品一直层出不穷。作为通信工程专业的学生，我们有义务打好基础，并紧跟这一潮流。本次硬件课程设计要求我们自行设置一个基于 BASYS2 实验板的智能小车，讲日常学习到的理论只是运用到实际项目中，培养自己的动手与系统调试能力，并更深入对 verilog 语言进行理解。关键词：Verilog 语言，智能小车，循迹，蓝牙，避障模块。 Intelligent control is the trend of development in the information age, and products with intelligent control systems have been emerging in endlessly. As students of communication engineering, we have the obligation to lay a solid foundation and follow the trend. This hardware course requires us to design an intelligent car based on the BASYS2 experimental board. We apply the theories that we have learned in classes into practical projects to cultivate our hands-on and system debugging abilities, and to have a deeper understanding of verilog language. Key words: Verilog language, intelligent car, tracking, bluetooth, obstacle avoidance module. 1

第一章设计目标 1.1 设计目的利用老师提供的 Basys2 开发板以及自己购入的各种传感器，运用 verilog 语言编写智能小车的驱动程序，巩固之前学习过的硬件相关的课程，并且为后续的学习打下基础。 1.2 项目要求用 ISE 软件，verilog 语言给 Basys2 开发板编程，结合各种传感器实现蓝牙控制，自动避障，循迹功能（沿黑线运动）。 1.2.1 基本要求 1、利用红外发射模块实现对黑白线的检测，并以此实现循迹运动功能。 2、利用红外反射装置检测车辆行进方向的障碍物分布情况，并作出判断实现避障功能。 1.2.2 发挥部分利用蓝牙模块和安卓应用商店里现有的蓝牙串口调试软件实现手机与小车的通信，实现蓝牙控制小车的功能切换和实现手动控制。 1.3 项目分工表 1.1 分工安排姓名郑泽凡学号 U201613395 班级通信 1601 刘嘉堃 U201613456 通信 1603 2 分工系统的装配；蓝牙控制模块、避障模块、循迹模块、PWM 调速模块的编写、参与报告的编写元器件的采购、系统的仿真调试、参与报告的编写

第二章系统总体设计 2.1 系统框图 2.1.1 整体设计框图预计达到效果表 2.1 不同按钮对应发送的字符点击事件发送字符循迹避障前进后退左右停止 Z B 1 2 8 z Q 3

2.2 工作部分的实现思路 2.2.1 硬件的选择以及设计方案的描述首先由小车需要的功能对模块进行划分。 1、蓝牙控制在此模块里，需要运用 HC05 蓝牙透传模块让小车与安卓手机实现通信，通过接收安卓手机透传过来的消息来确定小车的运行状态。 2、避障模块在此模块里，Basys2 开发板不断读取外接的避障模块的状态信息，确定小车三侧的障碍物分布，使小车及时在遇到障碍物时选择转向，避障。 3、循迹模块在此模块里，Basys2 开发板不断读取外接的循迹模块的状态信息，确定小车与黑线（路径）的关系，检测是否沿线运行。 4、驱动模块在此模块里，驱动模块接收上述模块传来的决定小车运行状态的信号，然后通过 Basys2 的串口向外接的 L298N 电机驱动模块传输电机运行控制信号。通过修改驱动模块里的电机控制信号的占空比，还可以实现 PWM 控速，实现车辆在运行中姿态的微调（只能在代码里改好）。 5、顶层模块将以上模块逻辑连接起来，输入 3 路红外避障信号，2 路循迹检测信号，1 路蓝牙透传信号，输出 4 路电机控制信号，实现功能的统一。 2.2.2 软件选择安卓软件市场里有很多蓝牙透传软件都可以满足我们对蓝牙透传功能的要求，这里直接用图中所示的蓝牙串口软件。 4

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