引言

　　本日為大家?guī)?lái)的酷創(chuàng)分享作品是一臺(tái)自動(dòng)駕駛小車(chē)，它能夠通過(guò)無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別(RFID)在規(guī)劃好的路線(xiàn)上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛。該項(xiàng)目的作者是來(lái)自羅馬尼亞的兩名本科在校創(chuàng)客騷年。目前這個(gè)項(xiàng)目只是打造了一個(gè)雛形，但在作者眼里，這個(gè)作品的初衷更多是去探索一項(xiàng)技術(shù)解決方案，可以讓今后每一輛汽車(chē)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)(IOT)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛功能。他們相信，隨著這一技術(shù)雛形的深入與普及，最終能夠大大幫助降低當(dāng)今的車(chē)禍發(fā)生率及由此所造成的人員事故傷害。

　　Step 1: 項(xiàng)目功能描述

　　此項(xiàng)目目前還在完善階段，但作者已經(jīng)制作出了一個(gè)可以用于娛樂(lè)和功能原型測(cè)試的樣品。以下是作品的項(xiàng)目功能描述。

　　電機(jī)

　　電機(jī)由FPGA發(fā)出的PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)，其轉(zhuǎn)速與PWM波值成正比。它們各自都有一個(gè)由兩個(gè)成90度相位放置的傳感器組成的霍爾編碼器(光電編碼器)。每次檢測(cè)到一個(gè)完整的旋轉(zhuǎn)，會(huì)發(fā)出一個(gè)二進(jìn)制數(shù)值，告訴FPGA車(chē)輪已轉(zhuǎn)了完整的一圈或已走過(guò)了大概19cm(項(xiàng)目所用到的車(chē)輪直徑是6cm)。有興趣親手制作的童鞋也可以分別設(shè)置并讀出每個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的方向。

　　藍(lán)牙收發(fā)器

　　作品需要這部分功能來(lái)與移動(dòng)應(yīng)用端進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信，這個(gè)通信是用來(lái)模仿物聯(lián)網(wǎng)的。VHDL模塊用以掌控當(dāng)前標(biāo)簽值的發(fā)送以及接收外部重要信息所需的通信協(xié)議。外部的信息采用FPGA內(nèi)置的有限狀態(tài)機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。

　　RFID讀取器

　　首先，如果你對(duì)射頻識(shí)別技術(shù)不那么了解的話(huà)，建議可以先學(xué)習(xí)一下相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)(請(qǐng)自行度娘)。

　　標(biāo)簽讀取器的功能：當(dāng)標(biāo)簽信號(hào)到達(dá)讀取器的范圍(即它們達(dá)到同一個(gè)頻率)，標(biāo)簽信號(hào)會(huì)反饋一個(gè)預(yù)處理值(12位)。

　　一般我們會(huì)看到兩種不同類(lèi)型的讀取器：

　　復(fù)原讀取器：它們的任務(wù)僅僅是讓小車(chē)按照軌跡行駛

　　位置讀取器：這些讀取器是真正接收標(biāo)簽信號(hào)的

　　復(fù)原讀取器：

　　在理想情況下，這些讀取器不會(huì)讀取標(biāo)簽信號(hào);

　　算法會(huì)將車(chē)輛保持在由兩排標(biāo)簽所組成的跑道內(nèi);

　　復(fù)原讀取器主要是確保小車(chē)不會(huì)沖出跑道;

　　當(dāng)一個(gè)讀取器的確讀取到了標(biāo)簽信號(hào)，這說(shuō)明車(chē)輛離跑道邊緣很近了;

　　車(chē)輛為了避免危險(xiǎn)會(huì)自動(dòng)向讀取到的標(biāo)簽信號(hào)相反的方向行駛。

　　位置讀取器：

　　與復(fù)原讀取器不同，位置讀取器要一直讀取標(biāo)簽信號(hào)。用于：

　　實(shí)時(shí)跟蹤車(chē)輛行駛的位置，與信號(hào)地圖相比較并傳送到物聯(lián)網(wǎng)上;

　　將接收的信號(hào)送到FPGA上進(jìn)行進(jìn)一步的處理與控制;

　　在FPGA上我們可以為下一個(gè)要轉(zhuǎn)的彎做準(zhǔn)備與計(jì)算;

　　這個(gè)算法程序是為了避免激活復(fù)位讀取器并確保車(chē)輛的平穩(wěn)行駛。

　　RFID標(biāo)簽

　　RFID標(biāo)簽的放置主要取決于讀取器支架臂的范圍。如果你實(shí)際所打印出的3D模型與作者所制作的一致(點(diǎn)擊“閱讀原文”可下載3D打印模型)，支架臂應(yīng)被放置在大約離底板上方5cm的位置，且兩個(gè)支架臂間距離約為2cm。

　　在這里，同時(shí)附上Basys3開(kāi)發(fā)板、RFID讀取器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)以及藍(lán)牙模塊的連接原理圖，供有興趣的小伙伴們參考。

　　Step 2: 準(zhǔn)備工具/材料

　　一個(gè)具有最少4個(gè)外設(shè)的FPGA開(kāi)發(fā)板，作者采用的是Basys3 FPGA開(kāi)發(fā)板

　　RFID讀取器 X 4

　　RFID標(biāo)簽(至少40個(gè))

　　PmodDHB1雙直流電機(jī)或單步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 X 2

　　直流電機(jī) X 4

　　電機(jī)驅(qū)動(dòng)器：為了節(jié)省空間，作者采用了2個(gè)雙轉(zhuǎn)子電機(jī)驅(qū)動(dòng)器

　　由兩個(gè)基座和放置電機(jī)的平臺(tái)組成的簡(jiǎn)易機(jī)器人平臺(tái)

　　藍(lán)牙通信技術(shù)來(lái)模仿物聯(lián)網(wǎng)

　　可充電電池 X 6(任何5號(hào)/1.2V電池皆可)

　　一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的手機(jī)充電器，需要用到它來(lái)為FPGA單獨(dú)供電

　　一些連接線(xiàn)

　　其它可視實(shí)際所需自行準(zhǔn)備的材料：

　　在實(shí)際項(xiàng)目中，作者制作了幾個(gè)為讀取器準(zhǔn)備的3D模型以及一個(gè)為Basys開(kāi)發(fā)板準(zhǔn)備的盒子。如果需要的話(huà)，可以通過(guò)點(diǎn)擊“閱讀原文”下載3D打印所需的.stl文件，可以幫助你節(jié)省3D打印所需的精力。

　　Step 3: 制作移動(dòng)小車(chē)

　　現(xiàn)在我們有了所有的部件，我們可以開(kāi)始建造小車(chē)移動(dòng)平臺(tái)：

　　用螺絲將電機(jī)固定在電機(jī)平臺(tái)上

　　用螺絲將電機(jī)平臺(tái)固定在基座底板上

　　將輪子與移動(dòng)充電器加到車(chē)上

　　將FPGA加上去并與驅(qū)動(dòng)器連接起來(lái)

　　將電機(jī)連到電機(jī)驅(qū)動(dòng)器上

　　將藍(lán)牙接收器與其中一個(gè)PmodDHB1相連

　　用所提供的項(xiàng)目代碼(點(diǎn)擊“閱讀原文”下載)在Vivado中創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目

　　采所提供的安卓應(yīng)用(點(diǎn)擊“閱讀原文”下載)來(lái)進(jìn)行項(xiàng)目測(cè)試

　　Step 4: 測(cè)試RFID讀取器

　　在這一步中我們要將RFID讀取器與FPGA的Pmods模塊相連：

　　根據(jù)作者提供的文檔與圖示照片將線(xiàn)焊接起來(lái)

　　將支架固定到底板上

　　將RFID讀取器放置在3D打印出的支架上

　　這一步需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)整。

　　Step 5: 最終的組裝與測(cè)試

　　在完成與小車(chē)運(yùn)動(dòng)相關(guān)的部分、RFID讀取器部分、以及藍(lán)牙接收器部分后，最后一步是來(lái)驗(yàn)證并調(diào)試所設(shè)計(jì)的項(xiàng)目。

　　在這個(gè)階段，我們需要用到代碼包中的“TEST_BASYS_RECOVERY”源文件(可點(diǎn)擊“閱讀原文”下載)，在將所有模塊連接起后進(jìn)行優(yōu)化。當(dāng)前作者的項(xiàng)目版本中只開(kāi)發(fā)了復(fù)位讀取器功能，其它功能將隨著項(xiàng)目的推進(jìn)而逐步開(kāi)發(fā)出來(lái)。項(xiàng)目的最終測(cè)試效果已展示在本文開(kāi)篇的視頻中。