基于FPGA导盲小车控制系统研究与仿真设计

摘要

导盲辅具是为盲人及视觉障碍者提供安全行走的辅助工具。通常，人的各项活动中70％以上依赖视觉，一旦视觉发生障碍，不仅给生活、学业与工作带来种种问题，甚至寸步难行。因此，导盲辅具成为视障者一个重要的生活必需品。本文以FPGA应用技术、定位与导航技术、数字图像处理技术和智能控制为基础，对导盲小车控制系统进行研究与仿真设计。整个系统分为正常盲道行进、避障行进与十字路口行进三种情况，分别提出对导盲小车进行控制的控制算法。系统应用了FPGA技术，在MATLAB中实现算法的仿真，并应用Quartus Ⅱ进行波形的仿真。
　　导盲小车在正常盲道上行进过程中以预瞄与跟踪理论为基础，对盲道中线进行检测与跟踪，创新性地提出了基于平面几何约束的方向与速度综合控制模型，在此基础上提出了基于模糊规则的自校正舵机控制算法，实现盲道小车在盲道上正常行进；在盲道小车的整个行进过程中系统都进行障碍物检测，采用“基于模糊控制的改进BUG算法”实现导盲小车的避障行进；在十字路口处首先进行交通灯识别，对小车采集的交通灯状态信息进行处理，根据人行横道交通灯的形状特征确定交通灯区域，提出了“基于RGB与HIS阀值融合分割算法”，根据颜色特征和几何特征提取感兴趣区域，运用数学形态学操作提取候选区域特征并使用模板匹配，完成对交通灯的识别。
　　各个阶段的仿真结果表明，系统具有很强的实时性，能很好地实现正常盲道行进、障碍物避障行进和红绿灯识别行进过程控制，具有良好的实时性，并且该导盲系统能够有效地节省时间，控制效果好的优点，能满足盲道控制系统的实时性和准确性要求。

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第1章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 导盲控制系统的国内外研究现状

1.3 课题来源及研究内容

第2章 系统研究与应用技术概述

2.1 相关应用技术概述

2.2系统功能及结构设计

2.3 本章小结

第3章 导盲小车硬件系统设计

3.1 引言

3.2 定位与导航模块

3.3 检测模块

3.4 驱动模块

3.5 视频采集模块

3.6 导盲控制系统接口设计

3.7 本章小结

第4章 方向与速度综合控制系统研究

4.1 引言

4.2 角度与速度综合控制模型设计

4.3 导盲小车避障功能设计

4.4 导盲小车十字路口功能设计

4.5 导盲小车智能控制器设计

4.6本章小结

第5章 系统仿真与实验结果分析

5.1 引言

5.2 QuartusⅡ仿真软件简介

5.3 Matlab算法仿真

5.4 各模块Quartus II仿真波形图

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致谢