深圳pcb抄板FPGA-SOPC的足球机器人控制系统设计

    介绍了基于FPGA—SOPC嵌入式操作系统的RoboCup小型组机器人控制系统的设计方案，介绍了系统各个模块的组成，重点分析了FPGA软核实现无刷直流电机驱动；基于Verilog 的PID的无刷直流电机控制；强干扰下小范围内无线数据传输通讯；高压击球部分的实现方案。
    关键字：FPGA SOPC RoboCup NIOSII PID 通讯 无刷直流电机
    RoboCup small size soccer robot control system
    Abstract:
    This report introduced a design proposal of RoboCup small size league robot control system based on FPGA-SOPC,and also introduced the composition of every module,and analyzed the implement of the brushless DC Motor driver based on fpga soft core,the control of brushless DC Motor based on PID,the wireless communication of strong interference in small area,and the implement of High voltage stroke
    keyword ：FPGA SOPC RoboCup PID brushless DC Motor wireless communication NIOS
    第一章 绪论：
    1.1引言：
    RoboCup（Robot World Cup）即机器人世界杯足球锦标赛，以MAS（Multi-Agent System）和DAI（Distributed Artificial Intelligence）主要研究背景。主要目的就是通过提供一个标准的易于评价的比赛平台，促进DAI与MAS的研究与发展。
    小型组足球赛是RoboCup机器人足球世界杯赛的主要项目之一。小型组研究在动态环境下使用一个集中或者分布的系统如何控制多智能体以及完成它们的协作，是多智能体集中控制方法的良好的测试平台，具有典型的研究意义，其中使用到全局视觉，无线通讯，实时规划与决策控制等。比赛现场图片如下：
    图1.1.1比赛现场图片
    图1.1.2系统示意图
    比赛系统包括视觉、决策、无线通信以及机器人车体等4个子系统。如果将机器人比作人的话，那么视觉子系统就相当于人的眼睛，决策子系统就相当于人的大脑，无限通信系统就相当于人的神经系统，而机器人车体相当于人的躯体。各个子系统之间的相互关系如下图：
    图1.1.3各个子系统之间的相互关系
    本文主要研究的是足球机器人的控制系统。
    1.2关于核心控制器件的选择。
    对于RoboCup足球机器人的核心控制器件，一般来看有三种选择，分别是DSP，ARM，SOPC。这个选择C2000，ARM9,以及Cyclon Ⅲ这个三个系列的产品作为类比对象，进行对比阐述。
    作为机器人核心控制器件，主要完成的工作为接收上位机信息，进行命令解析,电路板克隆速度分解以及直流无刷电机的控制。从运算速度上来讲，以上3中处理器都可以满足要求，但是对于这种复杂多电机系统控制，我们最终选择了SOPC，主要是基于3方面的考虑：
    1，I/O口资源。机器人内部有大量的高速传感器信号需要接入，总计需要上90个高速I/O口，其中很多属于特殊功能I/O，FPGA本身丰富的I/O资源以及任意可编程的特性正好可以解决这个问题。
    2，实时性。由于比赛很激烈，要求机器人控制实时性非常好。DSP和ARM由于自身结构的原因，是属于串行执行，而FPGA可以通过数字逻辑进行多任务的并行处理，可以实现4轴零延时联动，可以实现多路传感器信号同时处理。
    3，灵活性。SOPC灵活的编程可以将大量原先外部设备集成到芯片内部，实现一片式解决方案，极大的简化了外围电路，提高了研发效率，同时也为后期的产品升级提供了便利。这一点是DSP和ARM无法企及的。