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(多图) 基于ARM和FPGA的智能小车监控系统

现代电子技术 陈素华 方旭 司宏昌?? 2010年10月18日 ?? 收藏0

  0 引言

  智能小车是机器人研究领域的一项重要内容。它集机械、电子、检测技术与智能控制于一体。在各种移动机构中,智能小车的轮式移动机构最为常见。轮式移动机构之所以得到广泛的应用,主要是因为容易控制其移动速度和移动方向。智能小车可以适应不同环境,不受温度、湿度等条件的影响,完成危险地段、人类无法介入等特殊情况下的任务。一般的智能小车操作控制复杂、功能单一、不能远程重构。

  本文介绍的智能小车可移动视频监控系统,以“飞思卡尔杯”智能小车竞赛提供的车模装置为基础,利用ARM芯片S3C2440A控制图像采集、网络传输、速度采集干扰小的模块,利用FPGA芯片控制电机驱动、舵机控制、电量采集干扰大的模块,当上位机通过Internet访问智能小车服务器时,在监控界面上点击按钮来控制小车的运行、图像拍摄、速度采集。

  1 系统总体设计

  该系统采用三星公司的ARM芯片S3C2440A作为主控制芯片及Altera公司的FPGA芯片EP2C5T144C8作为辅助控制芯片,ARM上装有Windows CE5.0操作系统。S3C2440A内置丰富的外设资源包括中断控制器、GPIO、I2C、相机接口等接口电路,其内核为16/32位的ARM920T 处理器,它集MMU,AMBA BUS和Harvard高速缓冲体系结构与一体,主频可达400 MHz。

  利用ARM9控制图像采集、速度采集、网络传输等功耗小、干扰弱的模块;利用FPGA单独控制功耗大、干扰强的直流电机、舵机、固态继电器以提高系统的抗干扰能力。ARM9和FPGA以并行总线的方式进行数据和控制信号的传输,需要注意的是ARM的I/O口需要设置为禁止上拉,否则无法和FPGA进行通信。该系统具体组成如图1所示。

系统具体组成

  2 系统硬件电路设计

  2.1 图像采集电路设计

  图像采集模块选用OmniVision公司的CMOS图像传感器OV9650,可达130万像素,具有标准SCCB(setial camera control bus)接口,通过该接口可以方便地设置图像像素大小、输出YCbCr顺序、白平衡、色饱和等重要参数。

  S3C2440A可以直接和CMOS图像传感器OV9650连接,如图2所示。OV9650的PWDN引脚与S3C2440A的GPG12引脚相连,这样可以控制OV9650的工作状态。当无须采集图像时,将GPG12输出高电平,OV9650芯片处于掉电模式,节省电能消耗。OV9650可输出 YCbCr,RGB两种格式的数据,当输出YCbCr格式时,要用到数据线的D2~D9;当输出RGB格式时,则需要用数据线D0~D9。本文采用 YCbCr格式,数据线D2~D9与S3C2440A的CAMDATA0~CAMDATA7相连。

和CMOS图像传感器OV9650连接

  S3C2440A芯片具有相机接口CAMIF,其内部单元如图3所示,CAMIF支持ITU-R BT.601/656YCbCr 8 b标准的图像数据输入,最大可采样4 096×4 096像素的图像。该接口可以使用两种通道将图像数据存储在SDRAM中:一种是预览通道模式,将从相机接口采集到的图像数据转为RGB数据,并在DMA 控制下传输到SDRAM,这种模式通常用来提供图像预览功能;另一种是编码通道模式,将图像数据按照YCbCr 4:2:0或者YCbCr 4:2:2的格式传输到SDRAM,这种模式主要为JPEC,MPEG-4,H.263等编码器提供图像数据的输入。

内部单元

  2.2 网络传输模块电路设计

  网络传输模块选用DAVICOM公司推出的一款高速以太网接口芯片DM9000A,内部集成10/100M物理层接口,16 KB SRAM用作接收发送的F-IFO缓存,支持8/16 b内存数据存取接口。

  S3C2440A内部没有专用以太网控制器,需要外部总线外挂一个以太网控制器,才能实现S3C2440A连接以太网的需要,该系统选用DM9000A作为以太网的物理层接口。DM9000A与S3C2440A的连接比较简单,如图4所示。S3C2440A数据总线DATA0~DATA15与芯片的 SD0~SD15连接;地址线ADDR2与芯片的CMD连接;片选线nGCS3与芯片nCS的相连;9号外中断与芯片的INT相连。DM9000A以太网控制器的工作基址为0x300,而S3C2440A的地址线ADDR2与芯片的命令/数据使能端CMD相连,所以对其进行操作时的地址是0x300(地址端口)或0x304(数据端口)。


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