基于CPLD的移动机器人信息采集及抗干扰处理研究

摘要

在移动机器人相关技术的研究中，导航技术是其核心，在实际应用中，只需在路面上画出路径引导线，机器人就可以通过视觉导航系统来控制自身行走。本课题针对机器人控制器前端的输入信号进行研究。通过对输入信号结构的设置以及输入信号的抗干扰处理给控制器输入实时、精确、高速、稳定的图像信息，为路径跟踪系统提供了保证。 本课题研的在移动机器人采集信息处理过程中，首先用集成电路搭建硬件电路实现CCD所需要的时序脉冲。然后用CPLD搭建机器人图像采集硬件电路，接着对地面引导线的图像信息进行数据采集。最后对采集的信息进行抗干扰处理。对信号的过滤、检测、预测等，都要广泛地用到滤波器。其中数字滤波器具有稳定性高、精度高、设计灵活、实现方便等许多突出的优点，避免了模拟滤波器所无法克服的电压漂移、温度漂移和噪声等问题，因而随着数字技术的发展，用数字技术实现滤波器的功能越来越受到人们的注意和广泛的应用。 本文通过修改最大噪声宽度就可以实现噪声的滤除，节省了系统的硬件资源，大大提高了系统的柔性和经济行。本文还通过比较两种可滤除噪声的滤波器。在实际应用中，还提出了使用FIR滤波器更具有实际意义,为了更好的验证仿真结果的正确性，文中应用了MATLAB和VHDL联合仿真方法对设计的电路进行仿真测试，结果达到设计指标。仿真结果表明，本论文设计的滤波器硬件规模较小，是对DA设计方法的一种发展改进，改进后系统最高时钟频率达到了100MHz以上。同时只要将查找表进行相应的改动，就能分别实现低通、高通、带通FIR滤波器，体现了设计的灵活性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究背景及意义

1.2问题描述以及研究动机

1.3课题研究的主要内容

第2章移动机器人彩色图像信息采集

2.1彩色图像信息采集概述

2.2视觉传感器模型

2.3颜色空间模型

2.4彩色图像处理以及算法研究

第3章基于CPLD的移动机器人的硬件系统设计

3.1基于CPLD的硬件电路设计

3.2图像采集模块

3.3图像处理模块

3.4图像编码模块

3.5系统通信

第4章移动机器人信息采集的抗干扰处理

4.1移动机器人信息采集的抗干扰处理概述

4.2利用CPLD进行抗干扰处理

4.2.1正跳变沿触发器设计

4.2.2负跳变沿触发器设计

4.2.3二选一数据选择器

4.2.4多功能计数器

4.3程序滤波器流程图设计

4.4 FIR滤波器设计

4.4.1 FIR滤波器硬件结构实现

4.4.2 FIR滤波器输入模块的设计

4.4.3滤波器查找表模块设计

第5章系统仿真及实验

5.1引言

5.2抗干扰处理仿真

5.3 FIR滤波器系统仿真

5.4抗干扰处理实验分析

结论与展望

参考文献

致谢

附录A攻读学位期间所发表的学术论文目录

附录B部分硬件电路图