CN202677196U - 一种基于fpga的agv接口板 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于FPGA的AGV接口板，其主要技术特点是：包括FPGA控制模块、陀螺仪、加速度计和MECHATROLINK2总线控制模块，FPGA控制模块与陀螺仪、加速度计相连接，FPGA控制模块与安装在车轴上的一组绝对值编码器相连接，FPGA控制模块与MECHATROLINK2总线控制模块相连接，该总线控制模块通过MECHATROLINK2总线与驱动AGV运动的一组伺服电机相连接。本实用新型设计合理，FPGA控制模块通过MECHATROLINK2总线与一组驱动AGV运动的伺服电机相连接，有效地防止了外界干扰，能够实时、快速、准确地控制和获取伺服电机的工作状态，实现对AGV运动的自动控制功能，保证了控制的实时性和稳定性，可广泛用于AGV领域。
Description
技术领域
本实用新型属于AGV技术领域，尤其是一种基于FPGA的AGV接口板。
背景技术
AGV是一种以电池为动力、装有非接触导向装置和独立寻址系统的无人驾驶自动化搬运车辆，其在计算机的监控下，按指令自主驾驶，自动沿着规定的导引路径行使，到达指定地点，完成一系列作业任务。
AGV本体控制系统一般包括外设、接口板、上位机控制单元三个部分。上位机控制单元（如PC104主控板）用于控制小车的行为和动作；外设指电机以及传感器，如编码器、陀螺仪、加速度计等；接口板是AGV外设和上位机控制单元中间的桥梁。
AGV接口板实现两大任务，一是保证实时、正确地发送和接收电机数据：完成灵活的高精度的运动控制；一是保证快速、完整地采集和转换传感器数据，如编码器、陀螺仪、加速度计等，并将转换后的数据发送到上位机控制单元进行计算，再由上位机控制单元根据计算结果进行相应的控制：返回控制指令给电机，从而通过对电机的控制达到控制小车行为和动作之目的。
AGV控制系统对接口板的速度和精度要求很高:一方面是对电机接口的要求，要求接口板能够实时、正确地接受和发送用于控制电机的位置数据，速度数据，输进输出状态等信息，完成灵活的，高精度的运动控制；另一方面是对传感器接口的要求，要求数据采集模块能够高效和快速地采集数据、转换数据、计算数据、反馈结果。
鉴于目前国内AGV开发尚处于初级阶段，相关厂家在AGV接口板对高精度电机的开发应用、高性能总线的开发应用方面都远远未能达到实际应用的要求，本实用新型正是基于填补国内这一空白的技术背景下而研发的。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种实时性高、稳定性强的一种基于FPGA的AGV接口板。
本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种基于FPGA的AGV接口板，包括FPGA控制模块、陀螺仪、加速度计和MECHATROLINK2总线控制模块，FPGA控制模块与陀螺仪、加速度计相连接，FPGA控制模块与安装在车轴上的一组绝对值编码器相连接，FPGA控制模块与MECHATROLINK2总线控制模块相连接，该总线控制模块通过MECHATROLINK2总线与驱动AGV运动的一组伺服电机相连接。
而且，所述的FPGA控制模块包括MicroBlaze CPU、SPI单元、SSI单元、ISA单元、EPC单元、GPIO单元，CPU与SPI单元、SSI单元、ISA单元、EPC单元及GPIO单元通过PLB总线相连接，SPI单元与陀螺仪、加速度计相连接，SSI单元与编码器相连接，EPC单元及GPIO单元与MECHATROLINK2总线控制模块相连接，所述的ISA单元与上位机控制单元相连接。
本实用新型的优点和积极效果是：
1、数据传输速率高。MECHATROLINK2总线传输速率（10Mbps）相比CAN总线传输速率（最高位1Mbps）高出10倍。
2、MECHATROLINK2总线实现了实时、正确地接受和发送用于控制的位置数据，速度数据，输进输出状态等信息，完成灵活的，高精度的运动控制，特别适用于需要各轴间的协调同步和插补控制的应用。
3、MECHATROLINK2总线还可连接丰富的组件，其中包括伺服电机。伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性。
4、FPGA可编程，软、硬件在一定程度上可修改（通过硬件描述语言）。具有Soc片上系统的特点：可以按照用户需求进行定制产品；FPGA还具有IO管脚多的特点,可以很容易挂接不同IO外设。
附图说明
图1是本实用新型的电路框图；
图2是FPGA控制模块的结构示意图；
图3是本实用新型的应用系统连接示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型实施例做进一步详述：
一种基于FPGA的AGV接口板，如图1及图2所示，包括FPGA控制模块、陀螺仪、加速度计和MECHATROLINK2总线控制模块。所述的FPGA控制模块包括CPU、SPI单元、SSI单元、ISA单元、EPC单元、G PIO单元，上述SPI单元、SSI单元、ISA单元、EPC单元及GPIO单元均为FPGA内部的IP核，上述IP核通过PLB总线与CPU相连接。其中SPI单元为串行通信接口IP核，其与陀螺仪、加速度计相连接用于采集陀螺仪偏差信号（角速率）和加速度计的加速度信号并传给CPU。SSI单元是同步串行接口的IP核，其与安装在车轴的一组绝对值编码器相连接用于采集绝对编码值并将该绝对编码值传送给CPU。EPC单元及GPIO单元与MECHATROLINK2总线控制模块相连接，该总线控制模块通过MECHATROLINK2总线与驱动AGV运动的一组伺服电机相连接，CPU通过MECHATROLINK2总线控制模块采集各个伺服电机的状态。ISA单元为工业标准结构总线接口IP核，其与上位机控制单元进行实时数据交互，在1毫秒控制周期内，根据上位机控制命令进行伺服电机命令的下发和伺服电机状态以及传感器状态的上传，从而实现对AGV的自动控制功能。
本AGV接口板的应用实例如图3所示，该AGV接口板通过MECHATROLINK2总线采集各种伺服电机的工作状态，通过SSI单元采集安装在车轴上的绝对值编码器的编码值，通过SPI单元采集陀螺仪偏差信号（角速率）和加速度计的加速度信号，由FPGA控制模块上传至上位机控制单元进行分析处理后，得到下一周期命令，然后通过MECHATROLINK2总线控制伺服电机的工作，实现对AGV的自动控制功能。
需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。
Claims (2)
1.一种基于FPGA的AGV接口板，其特征在于：包括FPGA控制模块、陀螺仪、加速度计和MECHATROLINK2总线控制模块，FPGA控制模块与陀螺仪、加速度计相连接，FPGA控制模块与安装在车轴上的一组绝对值编码器相连接，FPGA控制模块与MECHATROLINK2总线控制模块相连接，该总线控制模块通过MECHATROLINK2总线与驱动AGV运动的一组伺服电机相连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的AGV接口板，其特征在于：所述的FPGA控制模块包括MicroBlaze CPU、SPI单元、SSI单元、ISA单元、EPC单元、GPIO单元，CPU与SPI单元、SSI单元、ISA单元、EPC单元及GPIO单元通过PLB总线相连接，SPI单元与陀螺仪、加速度计相连接，SSI单元与编码器相连接，EPC单元及GPIO单元与MECHATROLINK2总线控制模块相连接，所述的ISA单元与上位机控制单元相连接。
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