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基于環(huán)境光照度和物體距離的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)
第1章 緒論
1.1課題目的與現(xiàn)狀
第2章 硬件平臺(tái)基本概述及編程
2.1?實(shí)驗(yàn)平臺(tái)簡介
2.2 FPGA工作原理
2.3 AP3216C傳感器
2.4 UART串行接口
2.5 USB
2.6 I2C協(xié)議
2.7 程序設(shè)計(jì)
2.6 本章小結(jié)
第3章 軟件實(shí)現(xiàn)平臺(tái)——LabVIEW
3.1 LabVIEW簡介
3.2 VISA函數(shù)
3.2.1 VISA配置串口
3.2.2 VISA寫入
3.2.3 VISA讀取
3.2.4 VISA關(guān)閉
3.3 程序編程
3.3.1 AP3216C傳感器實(shí)驗(yàn)（主模塊）
3.3.2 VISA接收數(shù)據(jù)模塊
3.3.3 讀取數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊
3.3.4 數(shù)據(jù)寫入模塊
3.4 本章小結(jié)
第4章 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
4.1 FPGA管腳分配
4.2 連線
4.3 驗(yàn)證
4.4 本章小結(jié)
第5章 結(jié)論及展望
參考文獻(xiàn)
?文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-797470.html
基于環(huán)境光照度和物體距離的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)
摘要
? ? ? ? 隨著時(shí)代的發(fā)展和科技水平的提高，機(jī)器視覺領(lǐng)域得到迅猛發(fā)展，智能傳感器已經(jīng)可以代替人眼獲得外部世界信息，滲透進(jìn)人類生活的各個(gè)領(lǐng)域和各個(gè)方面。然而隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷飛速健康地發(fā)展，需要處理的信息量變得越來越多，計(jì)算機(jī)等類似的平臺(tái)在機(jī)器視覺領(lǐng)域處理的速度方面越來越不能滿足需求，此時(shí)，F(xiàn)PGA芯片應(yīng)運(yùn)而生，它以它集成度高、容量大等特點(diǎn)迅速受到人們關(guān)注，并得到了越來越多的應(yīng)用，本文主要利用FPGA來實(shí)現(xiàn)環(huán)境數(shù)據(jù)的采集設(shè)計(jì)。
? ? ? ?本次課程設(shè)計(jì)主要利用下位機(jī)FPGA開發(fā)板上自帶的AP3216C傳感器，采集測量環(huán)境光強(qiáng)度和距離的數(shù)值，并將采集到的環(huán)境數(shù)值通過UART串行接口傳送至上位機(jī)即計(jì)算機(jī)，之后利用LabVIEW語言編程將采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過LabVIEW軟件，最終能用波形圖表顯示，并且實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的保存與打印，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境光照度和物體距離信息的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、無線傳輸與圖表顯示的功能，從而實(shí)現(xiàn)基于FPGA的環(huán)境數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
? ? ? ?通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本次設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)簡單環(huán)境下環(huán)境光照度和物體距離的一個(gè)基本監(jiān)測，并實(shí)時(shí)在LabVIEW軟件上顯示數(shù)值圖像，完成了對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)的監(jiān)測。
關(guān)鍵詞：FPGA；LabVIEW；AP3216C傳感器
第1章 緒論
1.1課題目的與現(xiàn)狀
? ? ? ?隨著時(shí)間的推移以及技術(shù)的不斷積累和創(chuàng)新，人工智能對(duì)人類的生產(chǎn)生活產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，無論是智能機(jī)器人還是自動(dòng)駕駛設(shè)備，這些創(chuàng)造推動(dòng)了整個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，取得了空前的進(jìn)步，不斷地吸引著來自世界各國的許多優(yōu)秀的科學(xué)家和工程師等人進(jìn)入這一領(lǐng)域[1]。眼睛是人類認(rèn)識(shí)世界的窗戶和平臺(tái)，人類對(duì)外面世界的感知主要依賴于眼睛。科技的不斷發(fā)展使得人類運(yùn)用自己的智慧創(chuàng)造出許多可以代替人眼來監(jiān)測和工作的智能產(chǎn)品，不但解放了勞動(dòng)力，并且監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度有時(shí)超越了人類的肉眼。故而，這類機(jī)器視覺產(chǎn)品受到了社會(huì)極高的認(rèn)可度。如今，這些擁有“眼睛”的機(jī)器人或者控制設(shè)備廣泛應(yīng)用于在人們的生產(chǎn)、生活和工作中。盡管機(jī)器視覺是人工智能行業(yè)的一小部分，機(jī)器視覺卻是一個(gè)極為重要的環(huán)節(jié)，在人工智能的發(fā)展過程中處于不可撼動(dòng)的位置[2]。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖1-1溫室大棚環(huán)境監(jiān)測
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? Fig.1-1 Environmental monitoring of greenhouse.
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖1-2 機(jī)器參與生產(chǎn)制造
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? Fig.1-2 Machine involved in manufacturing.
? ? ? ? 在人工智能和互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷飛速發(fā)展過程中，機(jī)器視覺應(yīng)用從無到有，經(jīng)歷了許多階段，未來還是有很大的發(fā)展前景。機(jī)器視覺是由計(jì)算機(jī)從外部設(shè)備收集的數(shù)據(jù)，來執(zhí)行人眼可以達(dá)到的功能，如壓縮、存儲(chǔ)和處理計(jì)算機(jī)生成的數(shù)據(jù)等相關(guān)操作[3]。21世紀(jì)以來，隨著計(jì)算機(jī)和智能技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)視覺已發(fā)生了迅速變化，并且在整個(gè)行業(yè)中得到了擴(kuò)展，遍及農(nóng)業(yè)、工業(yè)、軍事等諸多領(lǐng)域，如圖1-1、圖1-2所示。
? ? ? ?在軍事用途中，可以通過對(duì)敵機(jī)進(jìn)行勘測，或者在水中使用設(shè)備對(duì)敵機(jī)識(shí)別追蹤，為下一步的行動(dòng)提供基礎(chǔ)，例如在飛行過程中如果發(fā)現(xiàn)敵機(jī)存在不良行為，可以提前做好應(yīng)對(duì)策略，以防出現(xiàn)不可挽回的損失。在工業(yè)制造領(lǐng)域中，機(jī)器人使用先進(jìn)的技術(shù)來檢查運(yùn)動(dòng)中的物體，以確保它們可以正常工作并快速定位物體。視覺系統(tǒng)可用于代替人眼以完成組裝、質(zhì)量控制等工作。這不僅解放了人的雙手，而且提高了工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量。在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、氣象環(huán)保等領(lǐng)域中，經(jīng)常需要對(duì)一些環(huán)境參數(shù)（例如光照度）進(jìn)行監(jiān)測，以做出相應(yīng)處理，確保設(shè)備和系統(tǒng)運(yùn)行在最佳狀態(tài)[4]。最常見到的應(yīng)用就是在溫室大棚中，因?yàn)檗r(nóng)作物對(duì)光強(qiáng)的依賴非常強(qiáng)。因此,本課題就是基于FPGA芯片上的AP3216C傳感器設(shè)計(jì)出一種環(huán)境參數(shù)檢測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境光照度和物體距離的數(shù)據(jù)采集，以期之后可以應(yīng)用于一些特定的環(huán)境條件下。
? ? ? ?然而社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷飛速健康發(fā)展，需要處理的信息量變得越來越多，計(jì)算機(jī)等類似的平臺(tái)在機(jī)器視覺領(lǐng)域處理的速度方面越來越不能滿足需求，此時(shí)，F(xiàn)PGA芯片應(yīng)運(yùn)而生，它以它集成度高、容量大等特點(diǎn)迅速受到人們關(guān)注，并得到了越來越多的應(yīng)用，本文介紹的就是主要利用FPGA來實(shí)現(xiàn)環(huán)境數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)。
? ? ? FPGA（Field-Programmable Gate Array）即現(xiàn)場可編程門陣列,它最開始問世是作為專用集成電路（ASIC）領(lǐng)域中的一種半定制電路，令人意外的是，它不但不存在定制電路的一些固有缺點(diǎn)，而且還有彌補(bǔ)原有可編程器件門電路數(shù)有限的不足的優(yōu)勢(shì)[6]。FPGA以其可編程靈活性高、開發(fā)周期短、并行計(jì)算可編程靈活性高等核心優(yōu)點(diǎn)逐漸進(jìn)入人們的視野。FPGA自問世以來，已經(jīng)經(jīng)過了幾個(gè)不同的歷史階段。1984年，全球首個(gè)FPGA產(chǎn)品為賽靈思發(fā)明，那時(shí)還被稱為“賽靈思XC2064”，直到1988年Actel才讓FPGA這個(gè)詞出現(xiàn)于人們的視野[7]。在發(fā)明時(shí)代，F(xiàn)PGA數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)比用戶的應(yīng)用產(chǎn)品小得多。1991年，當(dāng)Xilinx公司推出第三代FPGA產(chǎn)品---XC4000時(shí)，可編程技術(shù)開始出現(xiàn)在人們的視野中。1992年至1999年，F(xiàn)PGA進(jìn)入擴(kuò)展時(shí)代，IC代工廠逐漸發(fā)現(xiàn)它是推動(dòng)工藝發(fā)展的理想選擇，由此FPGA成為掃除工藝障礙的有力武器[8]。2000年以來，F(xiàn)PGA已成為數(shù)字系統(tǒng)中比較占有優(yōu)勢(shì)的通用器件，F(xiàn)PGA的設(shè)計(jì)特點(diǎn)發(fā)生了改變，單純的實(shí)現(xiàn)邏輯已不能滿足用戶的需求，F(xiàn)PGA設(shè)計(jì)必須逐漸符合系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求。2008年之后至今，F(xiàn)PGA進(jìn)入了系統(tǒng)時(shí)代，更多地整合系統(tǒng)模塊，結(jié)合高效的系統(tǒng)編程語言，推動(dòng)著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。雖然沒有夸張地像蒸汽機(jī)發(fā)明之時(shí)受盡嘲諷，但是FPGA在誕生階段，毋庸置疑，還是會(huì)受到大家的質(zhì)疑，對(duì)于那個(gè)年代來說，晶體管邏輯門資源非常寶貴，大家都不太敢隨心所欲地使用，基本上都希望用的越少越好。此時(shí)，Xilinx公司創(chuàng)始人之一Ross Freeman沒有與眾人想法一致，他大膽預(yù)言預(yù)測：“在未來，晶體管將變得極為豐富從而可以‘免費(fèi)’使用。”事實(shí)證明，他說的是正確的。
? ? ? 傳感器從定義來講是“從一個(gè)系統(tǒng)接收功率，通常以另一種形式將功率送到第二個(gè)系統(tǒng)中的器件”。通俗來說，傳感器就是一種檢測器件，由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組合來檢測信息、感知外界信息，通過變換方式，讓傳感器中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)或其他形式輸出，滿足信息處理、顯示、控制等要求。傳感器的發(fā)展大致經(jīng)歷了結(jié)構(gòu)型傳感器、固體傳感器和智能傳感器這三個(gè)階段。特別是二十世紀(jì)八十年代發(fā)展起來的智能傳感器是微型計(jì)算機(jī)與檢測技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，具有自診斷、自適應(yīng)的功能。如今，傳感器使用率極高，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于社會(huì)發(fā)展及人類生活的方方面面，已經(jīng)促進(jìn)了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造和更新?lián)Q代。目前，消費(fèi)級(jí)的感應(yīng)器產(chǎn)品已大量流入市場，消費(fèi)者現(xiàn)在都可以看得見，摸得著。甚至可以這么說，傳感器已經(jīng)家喻戶曉，所有人、所有地方都可以感受到傳感器的存在。
? ? ? ?本次課程設(shè)計(jì)主要利用下位機(jī)FPGA開發(fā)板上自帶的AP3216C傳感器，采集測量環(huán)境光強(qiáng)度和距離的數(shù)值，并將采集到的環(huán)境數(shù)值通過UART串行接口傳送至上位機(jī)即計(jì)算機(jī)，之后利用LabVIEW語言編程將采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過LabVIEW軟件，最終能用波形圖表顯示，并且實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的保存與打印，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境光照度和物體距離信息的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、無線傳輸與圖表顯示的功能，從而實(shí)現(xiàn)基于FPGA的環(huán)境數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)。其中，AP3216C傳感器是敦南科技推出的一款包含數(shù)字環(huán)境光傳感器（Ambient Light Sensor，ALS）、接近傳感器（Proximity Sensor，PS）和一個(gè)紅外LED（Infrared Radiation LED，IR LED）的三合一環(huán)境傳感器。
? ? ? ?其中，環(huán)境光傳感器是一種能夠檢測到周圍環(huán)境中的光信號(hào)并能夠?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的輸出電壓信號(hào)的傳感器。接近傳感器是代替圖像監(jiān)控和其他接觸類的檢測方法，以無需接觸檢測對(duì)象進(jìn)行檢測為目的的一類傳感器。因其功耗低、控制簡單、尺寸較小而廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)、電容式觸摸屏、數(shù)碼相機(jī)等領(lǐng)域。例如，這類傳感器可以應(yīng)用于智能手機(jī)上面檢測環(huán)境光強(qiáng)度，用來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)背光控制，以及接近開關(guān)控制（聽筒靠近耳朵，手機(jī)自動(dòng)滅屏功能）。在系統(tǒng)檢測元件的輔助下，經(jīng)過換算處理，可以得到精準(zhǔn)程度較高的距離變化幅度數(shù)據(jù)，借助傳感器來判斷物體位移以及物體間隔距離[9]。在設(shè)計(jì)整個(gè)傳感器模組的過程中,最主要的內(nèi)容還是關(guān)于距離傳感器與環(huán)境光傳感器的集成處理。經(jīng)過全面的系統(tǒng)封裝操作后,能夠形成傳感器的完整系統(tǒng)模組,使傳感器模組能隨時(shí)感知周邊物體遮擋光線的角度以及距離[10]。
? ? ? FPGA和傳感器領(lǐng)域的不斷更新與創(chuàng)新，使得機(jī)器視覺領(lǐng)域有了更多研究的途徑，不論是國內(nèi)的發(fā)展，還是國外的發(fā)展，都將會(huì)給世界帶來新的技術(shù)創(chuàng)造與革新，人類社會(huì)會(huì)繼續(xù)向著智能化、科技化快速發(fā)展，這是我們共同的愿景。相信不久的將來，機(jī)器視覺領(lǐng)域會(huì)有廣闊的發(fā)展方向與空間。
?文章來源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-797470.html
第2章 硬件平臺(tái)基本概述及編程
2.1?實(shí)驗(yàn)平臺(tái)簡介
? ? 本次設(shè)計(jì)所用到的硬件開發(fā)平臺(tái)是新起點(diǎn)FPGA開發(fā)板，其外觀結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。
圖2-1 新起點(diǎn)FPGA開發(fā)板資源
Fig.2-1 Resource map of FPGA development board.
? ? ? ?從圖2-1中可以看出，新起點(diǎn)FPGA開發(fā)板的外觀精致、器件眾多，同時(shí)擴(kuò)充了許多的接口和功能模塊，整個(gè)開發(fā)板看起來結(jié)構(gòu)工整、美觀。它的特點(diǎn)包括：
? ? ? ?1) 接口眾多。FPGA開發(fā)板設(shè)有大量的標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)接口，為后續(xù)的各種實(shí)驗(yàn)提供方便。
? ? ? ?2) 設(shè)計(jì)靈活。開發(fā)板上很多資源都可以靈活配置，以滿足不同條件下的使用。其中芯片引出兩排20*2擴(kuò)展口，1個(gè)17*2擴(kuò)展口，共104個(gè)擴(kuò)展IO口。
? ? ? 3) 資源充足。主控芯片采用自帶414Kbit嵌入式RAM塊的EP4CE10F17C8，并外擴(kuò)256Mbit （32M字節(jié)）和64Kbit（8K字節(jié)）的EEPROM，面對(duì)大內(nèi)存需要和大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)條件時(shí)可以游刃有余。同時(shí)開發(fā)板上載有 RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘等其他接口和部件以滿足各種不同實(shí)驗(yàn)的要求。
? ? ? 4) 布局清晰。各個(gè)接口和部件都用方框劃分且絲印標(biāo)注，查找起來十分方便快捷；還有一些比較頻繁使用的外設(shè)用更大的絲印指出，查找使用起來十分方便；資源分配較為合理，物盡其用。
?
2.2 FPGA工作原理
? ? ? FPGA是Field Programmable Gate Array的簡稱，也就是現(xiàn)場可編程門陣列。它是一種半導(dǎo)體數(shù)字集成電路，F(xiàn)PGA是一種高密度的可編程邏輯器件，它有一個(gè)獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，就是其內(nèi)部的大部分電路功能都可以隨時(shí)更新。自從Xilinx公司在上個(gè)世紀(jì)八十年代設(shè)計(jì)出第一片F(xiàn)PGA以來，F(xiàn)PGA 的發(fā)展很快，它的集成密度和性能提高不斷提高，其集成密度高達(dá)千萬門/片以上。由于FPGA器件具有集成度高、方便 易用、開發(fā)和上市周期短的顯著優(yōu)勢(shì)，故在數(shù)字設(shè)計(jì)和電子生產(chǎn)中得到迅速普及和應(yīng)用，并一度在高密度的可編程邏輯器件領(lǐng)域中獨(dú)占鰲頭。
? ? ? FPGA運(yùn)用了邏輯單元陣列LCA（Logic Cell Array）這樣一個(gè)說法，內(nèi)部囊括了可配置邏輯模塊CLB（Configurable Logic Block）、輸入輸出模塊IOB（Input Output Block）和內(nèi)部連線（Interconnect）三個(gè)部分。 現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）是可編程器件，與傳統(tǒng)邏輯電路和門陣列（如PAL，GAL及CPLD器件）相比，F(xiàn)PGA具有不同的結(jié)構(gòu)。FPGA是利用小型查找表（16×1RAM）來實(shí)現(xiàn)組合邏輯，每個(gè)查找表連接到一個(gè)D觸發(fā)器的輸入端，觸發(fā)器再來驅(qū)動(dòng)其他邏輯電路或驅(qū)動(dòng)I/O，由此構(gòu)成了既可實(shí)現(xiàn)組合邏輯功能又可實(shí)現(xiàn)時(shí)序邏輯功能的基本邏輯單元模塊，這些模塊間利用金屬連線互相連接或連接到I/O模塊。FPGA的邏輯是通過向內(nèi)部靜態(tài)存儲(chǔ)單元加載編程數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)的，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器單元中的值決定了邏輯單元的邏輯功能以及各模塊之間或模塊與I/O間的聯(lián)接方式，并最終決定了FPGA所能實(shí)現(xiàn)的功能，F(xiàn)PGA允許無限次的編程。
2.3 AP3216C傳感器
? ? ? AP3216C傳感器是由敦南科技推出的一款整合型傳感器，它內(nèi)部集成了：環(huán)境光傳感器（Ambient Light Sensor，ALS）、距離傳感器（Proximity Sensor，PS）和一個(gè)紅外LED（Infrared Radiation LED，IR LED）。其中，距離傳感器具有10位的分辨率，環(huán)境光傳感器具有16位的分辨率。AP3216C傳感器能夠支持多種工作模式，我們使用的是ALS+PS+IR模式，在該模式下AP3216C傳感器可以連續(xù)采集環(huán)境光照強(qiáng)度和距離值。
? ? ? ?AP3216C傳感器內(nèi)部功能模塊的框圖如圖2-2所示。
圖2-2 AP3216C功能框圖
Fig.2-2 Function block diagram of AP3216C.
? ? ? ?當(dāng)有物體靠近時(shí)，圖 2-2中的紅外發(fā)光二極管（IR_LED)發(fā)出的紅外線碰撞到該物體后反射到紅外光電二極管（PS）上，光電二極管將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，并通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC） 將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)在寄存器中。物體離的越近，反射到PS上的紅外光強(qiáng)度越高，模數(shù)轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)就越大，從而實(shí)現(xiàn)感應(yīng)物體距離遠(yuǎn)近的功能。同理，可見光光電二極管（ALS）感應(yīng)環(huán)境光強(qiáng)度，并將其轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)境光強(qiáng)度的檢測。
? ? ? ?開發(fā)板上AP3216C傳感器接口部分的原理圖如圖2-3所示。
圖2-3 AP3216C接口原理圖
Fig.2-3 Schematic diagram of AP3216C interface.
? ? ? ? AP3216C傳感器作為I2C接口的從器件與EEPROM等模塊統(tǒng)一掛接在開發(fā)板上的I2C總線上。LEDA是器件內(nèi)部紅外發(fā)光二極管（IR_LED）的陽極，LEDC作為陰極，一般連接到LED的驅(qū)動(dòng)輸出腳LDR。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖2-4 AP3216C相關(guān)寄存器及其說明
Fig.2-4 AP3216C related registers and their descriptions.
? ? ? ?其中所用到的AP3216C傳感器相關(guān)寄存器如圖2-4所示，圖中地址0X00對(duì)應(yīng)的是一個(gè)系統(tǒng)模式控制寄存器，我們?cè)诔跏蓟臅r(shí)候?qū)⑺渲脼椤?11”，開啟ALS+PS+IR檢測功能。剩下的6個(gè)寄存器為數(shù)據(jù)寄存器，分別寄存AP3216C傳感器采集到的紅外光強(qiáng)度、環(huán)境光強(qiáng)度以及距離值。
? ? ? AP3216C傳感器采用I2C總線協(xié)議與控制器（FPGA）進(jìn)行通信，因此我們通過I2C協(xié)議實(shí)現(xiàn)對(duì)AP3216C 傳感器相關(guān)寄存器的配置和采集數(shù)據(jù)的讀取。
2.4 UART串行接口
? ? ? ?串行通信有同步串行通信和異步串行通信兩種方式。同步串行通信必須要求通信雙方在接收和發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)時(shí)處于同一時(shí)鐘的控制下；而異步串行通信是指通信雙方在數(shù)據(jù)傳輸過程中各自使用各自的時(shí)鐘。
? ? ? UART是一種采用異步串行通信方式的通用異步收發(fā)傳輸器（universal asynchronous receiver-transmitter），它在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)來傳輸，在接收數(shù)據(jù)時(shí)將接收到的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)。UART串口通信一般需要兩根分別用于串口發(fā)送和串口接收的信號(hào)線來實(shí)現(xiàn)。
? ? ? 異步通信的UART 口是以字符為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，如圖2-5所示，即為每個(gè)字符的傳輸格式，我們把它們分別區(qū)分為線路空閑位（高電平）、起始位（低電平）、5~8位數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位（可選）和停止位（位數(shù)可以是1、1.5或2位）。因?yàn)閁ART內(nèi)部有配置的寄存器，我們可以自己配置數(shù)據(jù)位數(shù)（5~8位）、是否有校驗(yàn)位和校驗(yàn)的類型以及停止位的位數(shù)（1位、1.5位或2位）等。其中，校驗(yàn)位分為奇校驗(yàn)和偶校驗(yàn)，用于檢驗(yàn)數(shù)據(jù)在傳輸過程中是否出錯(cuò)。奇校驗(yàn)時(shí)，發(fā)送方應(yīng)使數(shù)據(jù)位中1的個(gè)數(shù)與校驗(yàn)位中1的個(gè)數(shù)之和為奇數(shù)；接收方在接收數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)1的個(gè)數(shù)進(jìn)行檢查，若不為奇數(shù)，則說明數(shù)據(jù)在傳輸過程中出了差錯(cuò)。與之類似，偶校驗(yàn)則檢查 1的個(gè)數(shù)是否為偶數(shù)。若不為偶數(shù)，則說明數(shù)據(jù)在傳輸過程中出了差錯(cuò)。
圖2-5 異步串行通信數(shù)據(jù)格式
Fig.2-5 Asynchronous serial communication data format.
? ? ? ? 同時(shí)，用戶可以在UART通信過程中自行設(shè)定數(shù)據(jù)格式及傳輸速率，為了使通信準(zhǔn)確，收發(fā)雙方應(yīng)約定并遵循同樣的設(shè)置。例如數(shù)據(jù)位，在平時(shí)實(shí)際應(yīng)用中我們一般都選
? ? ? ? 同時(shí)，用戶可以在UART通信過程中自行設(shè)定數(shù)據(jù)格式及傳輸速率，為了使通信準(zhǔn)確，收發(fā)雙方應(yīng)約定并遵循同樣的設(shè)置。例如數(shù)據(jù)位，在平時(shí)實(shí)際應(yīng)用中我們一般都選擇8位數(shù)據(jù)位。串口通信的速率用波特率表示，它表示每秒傳輸二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)，單位是bps（位/秒），常用的波特率有9600、19200、38400、57600以及115200等。
2.5 USB
? ? ?目前嵌入式系統(tǒng)用的都是UART接口，但是由于DB9接口類型的RS232串口占用存儲(chǔ)空間較大，大多數(shù)電腦已經(jīng)不再配置UART-DB9接口了，很多系統(tǒng)已經(jīng)選擇USB轉(zhuǎn)TTL方案，所以只能實(shí)現(xiàn)USB總線轉(zhuǎn)UART功能，通過Mini USB接口實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)通信。USB串口原理圖如圖2-6所示。
?? 圖2-6 USB串口
Fig.2-6 USB serial port.
? ? ? ?由圖2-6中可以看出，CH340_RXD和CH340_TXD分別是USB串口芯片的接收端和發(fā)送端，也就是說，CH340_RXD事實(shí)上對(duì)應(yīng)的是FPGA引腳的串口發(fā)送端，CH340_TXD對(duì)應(yīng)的是FPGA引腳的串口接收端。 同時(shí)，這個(gè)USB接口還可以給開發(fā)板提供電源，但是它提供的最大電流只能達(dá)到500mA，大家在做LCD顯示實(shí)驗(yàn)或者高速AD/DA實(shí)驗(yàn)等對(duì)供電能力要求較高時(shí)，USB就不能滿足這個(gè)需求了，這個(gè)時(shí)候，建議使用電源適配器來給開發(fā)板提供電源。
2.6 I2C協(xié)議
? ? ?I2C是集成電路總線（Inter-Integrated Circuit）的簡稱，它誕生于上世紀(jì)八十年代初，是由Philips半導(dǎo)體公司（現(xiàn)在的NXP 半導(dǎo)體公司）設(shè)計(jì)出來的一種簡單、雙向、二線制總線標(biāo)準(zhǔn)，一般多用于主機(jī)和從機(jī)在通信過程中信息量不大和傳輸距離較短的情況下。大多數(shù)情況下，主機(jī)啟動(dòng)總線，同時(shí)產(chǎn)生時(shí)鐘用來傳送數(shù)據(jù)，此時(shí)接收數(shù)據(jù)的器件就會(huì)被認(rèn)為是從機(jī)。 I2C總線由數(shù)據(jù)線SDA和時(shí)鐘線SCL構(gòu)成的通信線路，既可用于發(fā)送數(shù)據(jù)，也可接收數(shù)據(jù)。在主控與被控之間數(shù)據(jù)可以進(jìn)行雙向傳輸，數(shù)據(jù)的傳輸速率在標(biāo)準(zhǔn)模式下可達(dá)100kbit/s，在快速模式下可達(dá)400kbit/s，在高速模式下可達(dá)3.4Mbit/s，各種被控器件均并聯(lián)在總線上，通過器件地址識(shí)別。
? ? ? 最開始傳輸數(shù)據(jù)之前，I2C總線還處于空閑狀態(tài)中，此時(shí)，串行時(shí)鐘線SCL和串行數(shù)據(jù)線SDA線因?yàn)樯侠木壒侍幱诟唠娖綘顟B(tài)。一旦接收到傳輸指令，主機(jī)（此處指FPGA）想即刻開始傳輸數(shù)據(jù)， 就要在SCL為高電平之時(shí)將SDA線拉低，產(chǎn)生一個(gè)起始信號(hào)，從機(jī)檢測到起始信號(hào)后，準(zhǔn)備開始接收數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸完成后，主機(jī)再產(chǎn)生一個(gè)停止信號(hào)，在SCL為高電平時(shí)，SDA從低電平跳變到高電平，此時(shí)即為停止信號(hào)，從機(jī)知曉該停止接收，至此，停止接收數(shù)據(jù)。I2C 整體時(shí)序如圖2-7所示，起始信號(hào)之前為空閑狀態(tài)，兩個(gè)串行線均為高電平，起始信號(hào)之后開始進(jìn)入數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)，一直到停止信號(hào)出現(xiàn)之前。因?yàn)閿?shù)據(jù)傳輸過程中有雙向數(shù)據(jù)線（SDA），所以，主機(jī)可以向從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，也可以讀取從機(jī)輸出的數(shù)據(jù)。停止信號(hào)出現(xiàn)之后，總線再次恢復(fù)到之前的空閑狀態(tài)。
圖2-7 I2C整體時(shí)序圖
Fig.2-7 I2C overall sequence diagram.
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2.7 程序設(shè)計(jì)
? ? ? ?根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)，我們可以大致規(guī)劃出系統(tǒng)的控制流程：FPGA首先通過I2C總線讀取AP3216C 采集的環(huán)境光及距離數(shù)據(jù)，然后將讀到的距離值來用于控制4個(gè)LED燈的亮滅，以指示物體的遠(yuǎn)近；并將環(huán)境光照強(qiáng)度用數(shù)碼管數(shù)值顯示出來。由此畫出系統(tǒng)的功能框圖如圖2-8所示。
?
圖2-8 AP3216C環(huán)境光、距離測試實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)框圖
Fig.2-8 Block diagram of AP3216C environmental light distance measurement experimental system.
? ? ? ? 頂層模塊（ap3216c_top）：頂層模塊例化出了I2C驅(qū)動(dòng)模塊（i2c_dri）、AP3216C數(shù)據(jù)采集模塊（ap3216c）、LED顯示模塊（led_disp）、UART數(shù)據(jù)接收和發(fā)送模塊（uart_recv 和uart_send）、8位轉(zhuǎn)24位數(shù)據(jù)模塊（bit8_to_bit24）、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊（data_to_uart）。如圖2-9為程序的頂層模塊原理圖。
圖2-9 程序的頂層模塊原理圖
Fig.2-9 The top module schematic diagram of the program.
? ? ?（1）I2C驅(qū)動(dòng)模塊（i2c_dri）：由于AP3216C采用I2C協(xié)議與FPGA進(jìn)行通信，所以需用I2C驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)FPGA與AP3216C信號(hào)的交互。
? ?（2）AP3216C數(shù)據(jù)采集模塊（ap3216c）：通過調(diào)用I2C驅(qū)動(dòng)模塊（i2c_dri）來實(shí)現(xiàn)對(duì)AP3216C采集數(shù)據(jù)的讀取。將讀到的環(huán)境光照強(qiáng)度數(shù)值als_data傳遞給數(shù)碼管模塊（seg_led）顯示，將讀到的距離值ps_data傳遞給led顯示模塊（led_disp），用于控制4個(gè)led燈的亮滅來指示物體的遠(yuǎn)近。
? ? （3）LED顯示模塊（led_disp）：該模塊由兩個(gè)顯示單元。第一個(gè)顯示單元根據(jù)ps_data（距離值）的遠(yuǎn)近點(diǎn)亮LED燈的個(gè)數(shù)，距離越近，LED亮的個(gè)數(shù)越多，距離越遠(yuǎn)，LED亮的個(gè)數(shù)越少。第二個(gè)顯現(xiàn)單元，根據(jù)als_data（環(huán)境光照強(qiáng)度數(shù)值） 的大小給予白色LED不同的亮度，該亮度由PWM（脈沖寬度調(diào)制）控制。
? ? （4）UART數(shù)據(jù)接收和發(fā)送模塊（uart_recv 和uart_send）：uart_recv用于接受上位機(jī)發(fā)送的開始采集命令；uart_send用于發(fā)送下位機(jī)采集到的數(shù)據(jù)。
? ? （5）8位轉(zhuǎn)24位數(shù)據(jù)模塊（bit8_to_bit24）：上位機(jī)發(fā)送的開始采集命令由24位數(shù)據(jù)構(gòu)成；因?yàn)?，串口發(fā)送一次只能發(fā)送8位，24位數(shù)據(jù)要分3次傳送，每次8位。該模塊將數(shù)據(jù)恢復(fù)成24位的形式，并進(jìn)行判斷，若為真，則開始采集數(shù)據(jù)。
? ? （6）數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊（data_to_uart）：將接收到的als_data和ps_data數(shù)值，轉(zhuǎn)換成可供串口發(fā)送模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)類型，將傳感器檢測到的26位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成6個(gè)8位數(shù)據(jù)。
2.6 本章小結(jié)
? ? ? 本章主要介紹了本課題的硬件平臺(tái)，主要有實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的基本結(jié)構(gòu)、FPGA的基本結(jié)構(gòu)和工作原理、AP3216C傳感器的原理和設(shè)置、UART串口的原理、USB接口、I2C協(xié)議以及程序設(shè)計(jì)的各個(gè)模塊的功能和程序設(shè)計(jì)。硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要負(fù)責(zé)采集環(huán)境光照度和距離數(shù)據(jù)通過UART串口將數(shù)據(jù)傳遞給上位機(jī)。
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第3章 軟件實(shí)現(xiàn)平臺(tái)——LabVIEW
3.1 LabVIEW簡介
? ? ? LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)是一種用圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語言。傳統(tǒng)文本編程語言根據(jù)語句和指令的先后順序決定程序執(zhí)行順序，而LabVIEW則采用數(shù)據(jù)流編程方式，程序框圖中節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)流向決定了函數(shù)的執(zhí)行順序。
? ? ? LabVIEW軟件是NI設(shè)計(jì)平臺(tái)的核心，也是開發(fā)測量或控制的理想選擇。使用LabVIEW功能強(qiáng)大的圖形編程語言，能夠提高編程效率。LabVIEW圖形化的本質(zhì)使得它理所當(dāng)然地可以作為數(shù)據(jù)顯示軟件包，可以以任何我們想要的方式顯示結(jié)果。由于LabVIEW具有數(shù)據(jù)管理、記錄與報(bào)表生成的附加模塊，例如，NI LabVIEW數(shù)據(jù)記錄與監(jiān)控模塊，可以快速記錄、管理、搜索采集的數(shù)據(jù)并將導(dǎo)出至第三方軟件工具，適用于環(huán)境監(jiān)測和數(shù)據(jù)整合，因此便成為了本次實(shí)驗(yàn)軟件實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的最佳選擇。
3.2 VISA函數(shù)
? ? ? ?虛擬儀器軟件構(gòu)架（Virtual Instruments Software Architecture，VISA）最開始是為了確保多廠商的儀器具有協(xié)同工作的能力而開發(fā)出來的。隨著VISA的出現(xiàn)，使得一套儀器控制程序適用于多種硬件接口成為可能。通過VISA用戶能與大多數(shù)儀器總線連接，包括GPIB、USB、串口等等，以下為此次設(shè)計(jì)所用到的VISA函數(shù)。
3.2.1 VISA配置串口
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖3-1 VISA配置串口
Fig.3-1 VISA configuration serial port.
? ? ? ?配置串口是進(jìn)入串口通訊的門檻，只有配置成功，才能正確通訊。VISA配置串口程序框圖代碼如圖3-1所示。
? ? （1）VISA資源名稱：打開所連接的串口。
? ? （2）波特率是傳輸速率。這里使用115200。
? ? （3）數(shù)據(jù)位是輸入數(shù)據(jù)的位數(shù)。這里使用8。
? ? （4）奇偶指定要傳輸或接收的每一幀使用的奇偶校驗(yàn)。
3.2.2 VISA寫入
? ? ? ?VISA寫入程序框圖代碼如圖3-2所示，本次設(shè)計(jì)在“寫入緩沖”處寫入“ F10E0D ”以便給予下位機(jī)開始采集的命令。
3.2.3 VISA讀取
? ? ? ?VISA讀取程序框圖代碼如圖3-3所示，從VISA資源名稱指定的設(shè)備或接口中讀取指定數(shù)量的字節(jié)，并使數(shù)據(jù)返回至讀取緩沖區(qū)。本次設(shè)計(jì)將“字節(jié)總數(shù)”設(shè)置為6，每次從下位機(jī)接受6個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，每個(gè)字節(jié)8位，一共48位數(shù)據(jù)。
3.2.4 VISA關(guān)閉
? ? ? ?VISA關(guān)閉程序框圖代碼如圖3-4所示。
圖3-4 VISA關(guān)閉
Fig.3-4 VISA closed.
3.3 程序編程
? ? ? ??LabVIEW編程主要是想讓下位機(jī)采集到的數(shù)據(jù)通過圖表的形式表現(xiàn)出來，此次編程采用經(jīng)典狀態(tài)機(jī)模式編程，一共分為4個(gè)模塊：AP3216C傳感器實(shí)驗(yàn)（主模塊）、VISA接收數(shù)據(jù)模塊、讀取數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)寫入模塊。
3.3.1 AP3216C傳感器實(shí)驗(yàn)（主模塊）
? ? ? ?該模塊是由VISA函數(shù)以及相關(guān)子模塊組成。各個(gè)模塊采用經(jīng)典狀態(tài)機(jī)模式連接。其中，采用枚舉型控件進(jìn)行狀態(tài)機(jī)的跳轉(zhuǎn)。LabVIEW程序框圖代碼如圖3-5所示。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖3-5 傳感器實(shí)驗(yàn)（主模塊）
Fig.3-5 Sensor experiment (main module).
3.3.2 VISA接收數(shù)據(jù)模塊
? ? ?VISA通常默認(rèn)以ASCII形式發(fā)送與接收數(shù)據(jù)。但是，我們通常發(fā)送數(shù)據(jù)、處理接收的數(shù)據(jù)以HEX形式（16進(jìn)制）進(jìn)行。該模塊可以將發(fā)送或者接收到的以ASCII顯示的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換位以16進(jìn)制來顯示數(shù)據(jù)，方便后續(xù)處理。LabVIEW程序框圖代碼如圖3-6所示。
3.3.3 讀取數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊
? ? ? 讀取數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊是將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以便后續(xù)圖表呈現(xiàn)。因?yàn)檫@48位數(shù)據(jù)是由環(huán)境光數(shù)值和距離數(shù)值組合，環(huán)境光數(shù)值在data[23:0]的位置上，而距離數(shù)值在data[47:24] 位置上。該模塊是將輸入的48位數(shù)據(jù)進(jìn)行重新組合，以便正常顯示環(huán)境光數(shù)值和距離數(shù)值。每一個(gè)字節(jié)的高4位為位置位，低四位為數(shù)值位。
? ? ? 例如，接收到的數(shù)據(jù)為A5_B1_C4_D5_E6_F5，則其中A5_B1_C4的數(shù)據(jù)為環(huán)境光數(shù)值，A代表個(gè)位，B代表十位，C代表百位，5、1、4代表每一個(gè)位的具體數(shù)值；同理，D5_E6_F5為距離數(shù)值，D代表個(gè)位，E代表十位，F(xiàn)代表百位，5、6、5代表每一個(gè)位的具體數(shù)值。LabVIEW程序框圖代碼如圖3-7所示。
3.3.4 數(shù)據(jù)寫入模塊
? ? ? ?數(shù)據(jù)寫入模塊的作用是將寫入次數(shù)、時(shí)間、環(huán)境光照值、距離數(shù)值分別寫入Excel對(duì)應(yīng)的列上。LabVIEW程序框圖代碼如圖3-8所示。
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3.4 本章小結(jié)
? ? ? ? ?本章主要介紹了LabVIEW的相關(guān)程序設(shè)計(jì)，介紹了本次設(shè)計(jì)會(huì)用到的VISA函數(shù)，并分別介紹了AP3216C傳感器實(shí)驗(yàn)主模塊、VISA接收數(shù)據(jù)模塊、讀取數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)寫入模塊以及程序語言，使得下位機(jī)采集到的數(shù)據(jù)通過LabVIEW軟件顯示出來。至此，硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)都已結(jié)束，后續(xù)可以通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證程序的可行性，并且不斷調(diào)試與修改。
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第4章 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
4.1 FPGA管腳分配
? ? ? ?本次實(shí)驗(yàn)所采用的FPGA管腳分配如表4-1所示。
表4-1 管腳分配
Tab.4-1 Pin assignment.
| 信號(hào)名 |
方向 |
管腳 |
端口說明 |
| sys_clk |
input |
E1 |
系統(tǒng)時(shí)鐘，頻率：50Mhz |
| sys_rst_n |
input |
M1 |
頻率復(fù)位，低電平有效 |
| led[0] |
output |
D11 |
LED0 |
| led[1] |
output |
C11 |
LED1 |
| led[2] |
output |
E10 |
LED2 |
| led[3] |
output |
F9 |
LED3 |
| Led_1 |
output |
F3 |
顯示亮度 |
| iic_scl |
output |
D8 |
IIC時(shí)鐘信號(hào)線 |
| iic_sda |
input |
C8 |
IIC雙向數(shù)據(jù)線 |
?
4.2 連線
?
圖4-1 實(shí)物連線圖
Fig.4-1 Physical picture.
? ? ? ?本次實(shí)驗(yàn)所需連線如圖4-1所示，包含UART串口連線、程序下載連線、白色LED連線。其中，黑線為UART串口連線（可以充當(dāng)電源線），白線為程序下載線，白色LED通過杜邦線外接。
4.3 驗(yàn)證
? ? ? ?如圖4-2所示，將手指緊貼AP3216C器件的時(shí)候，數(shù)碼管的數(shù)值變?yōu)?，白LED燈微微發(fā)亮，曲線和數(shù)據(jù)顯示區(qū)域的光照強(qiáng)度數(shù)值均為0（弱），和LED亮度可以相互應(yīng)證。同時(shí)，距離數(shù)值變?yōu)樽畲?，四個(gè)LED燈全部點(diǎn)亮（有一個(gè)燈損壞）。曲線和數(shù)據(jù)顯示區(qū)域的距離均為1023（最大），由此可知距離的大小與LED燈的點(diǎn)亮個(gè)數(shù)可以相互應(yīng)證。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??
?
? ? ? ? 如圖4-3所示，將手機(jī)的手電筒朝AP3216C器件照耀時(shí)，白色LED燈亮度增加，曲線和數(shù)據(jù)顯示區(qū)域的光照強(qiáng)度數(shù)值均為293（中等），和LED亮度增加相互應(yīng)證。同時(shí)，距離數(shù)值變小，只有一個(gè)LED點(diǎn)亮，曲線和數(shù)據(jù)顯示區(qū)域的距離均為76（?。?，由此可知距離的遠(yuǎn)近與LED燈的點(diǎn)亮個(gè)數(shù)可以相互應(yīng)證。
4.4 本章小結(jié)
? ? ? ?本章主要通過上機(jī)驗(yàn)證，證明了程序設(shè)計(jì)的可執(zhí)行性。四個(gè)小LED燈可以根據(jù)距離的遠(yuǎn)近，點(diǎn)亮對(duì)應(yīng)的個(gè)數(shù)；同時(shí)，白色LED可以根據(jù)光照強(qiáng)度數(shù)值的強(qiáng)弱，發(fā)出不同明暗程度。并且，上位機(jī)發(fā)送的讀取命令、數(shù)據(jù)的接收、數(shù)據(jù)的保存均可正常實(shí)現(xiàn)。最終，本課題基本實(shí)現(xiàn)了對(duì)環(huán)境光照度和物體距離的數(shù)據(jù)采集。至此，本次實(shí)驗(yàn)圓滿結(jié)束。
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第5章 結(jié)論及展望
? ? ? ?時(shí)代的飛速發(fā)展使得人們的生活水平逐漸提高，機(jī)器視覺的強(qiáng)大功能為人類的生活提供了巨大便利，自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)減少了社會(huì)大量人力、物力的投入，更加精準(zhǔn)、快速是時(shí)代進(jìn)步階段對(duì)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)提出的更高要求。
? ? ? ? 本次課題設(shè)計(jì)基本上完成了對(duì)環(huán)境光照度和物體距離的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)。為了本次設(shè)計(jì)具體所做的工作如下：首先，查閱各種資料理解課題，查找文獻(xiàn)，分析本課題的研究意義與研究現(xiàn)狀，整理出自己的思路及解決步驟；再者，開始學(xué)習(xí)LabVIEW語言和硬件描述語言Verilog語言基礎(chǔ)知識(shí)，為后續(xù)編程打好基礎(chǔ)；然后，分模塊整理思路，先做硬件部分，后做軟件部分，分模塊編程進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)；最后，進(jìn)行調(diào)試、測試和評(píng)價(jià)等。
? ? ? ?雖然本次課題設(shè)計(jì)基本實(shí)現(xiàn)了環(huán)境光照度的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)，能夠在一個(gè)簡單環(huán)境下實(shí)現(xiàn)對(duì)光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)的采集，但是還是有一些難點(diǎn)未能克服，比如，在一個(gè)復(fù)雜的光照環(huán)境下，現(xiàn)有的光照強(qiáng)度對(duì)監(jiān)測的光照強(qiáng)度有沒有一些干擾，此時(shí)，顯示出來的環(huán)境光照度值還能否作為準(zhǔn)確參考，有待商榷。鑒于以上問題，對(duì)于復(fù)雜環(huán)境下的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)仍然值得進(jìn)一步研究。
? ? ? ?FPGA和傳感器領(lǐng)域的不斷更新與創(chuàng)新，使得機(jī)器視覺領(lǐng)域有了更多研究的途徑，不論是國內(nèi)的發(fā)展，還是國外的發(fā)展，都將會(huì)給世界帶來新的技術(shù)創(chuàng)造與革新，人類社會(huì)會(huì)繼續(xù)向著智能化、科技化發(fā)展，這是我們共同的愿景。相信不久的將來，機(jī)器視覺領(lǐng)域會(huì)有廣闊的發(fā)展方向與空間。
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