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研究生:陳意翔
研究生(外文):Yi-Xiang Chen
論文名稱:具智慧型停車功能車型機器人之設計與研製
論文名稱(外文):Design and Implementation of Car-Like Mobile Robot with Intelligent Parking Capability
指導教授:李祖聖
指導教授(外文):Tzuu-Hseng S. Li
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:電機工程學系碩博士班
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:120
中文關鍵詞:車庫停車路邊停車FPGA智慧型停車快閃記憶體
外文關鍵詞:Garage-ParkingParallel-ParkingFPGAIntelligent ParkingFlash Memory
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摘 要
本論文主要是探討如何設計與研製具有智慧型停車功能之車型機器人。在論文中,此車型機器人是一具完全自主、依靠感測、中央控制晶片掌控與結合快閃記憶體機制的獨立個體,所有的計算與控制法則都在FPGA晶片中完成。首先描述整個車型機器人的硬體架構與設定,並針對車型機器人的直流馬達單元、伺服馬達單元、驅動電路單元、FPGA晶片單元、快閃記憶體記憶單元、類比數位轉換單元、數位轉換類比單元、感測器單元與電壓轉換器單元作介紹與說明。其次探討如何設計一個以模糊邏輯為基礎的控制器來達成智慧型停車控制,其包含車庫停車系統、路邊停車系統與路徑追隨等,利用電腦模擬驗證所提出之理論,並且以硬體描述語言(VHDL)對整體控制系統作一個模組化的電路設計,完成電路的模擬與佈局。然後將程式燒錄於快閃記憶體中,經由存取溝通機制使程式下載至控制晶片中。而我們所設計之停車系統控制晶片不但可以針對前進與後退作不同的模糊推論切換,還可以依不同的環境場地做行為的切換,最後我們由電腦模擬與實驗成果驗證控制晶片的可行性。
Abstract
This thesis presents the design and implementation of car-like mobile robot with intelligent parking capability. The mobile robot is completely autonomous, all sensing, computation, and control are manipulated by the field programmable gate array (FPGA) chip.
In this thesis, the system architecture of mobile robot is firstly described. The architecture of the mobile robot includes the reconstruction of the chassis of the mobile robot, FPGA chip, flash memory, DC motor unit, servo motor unit, A/D unit, D/A unit, sensor unit, power regulator unit and so on. The intelligent parking control method is addressed in the second topic, where a feasible algorithm is provided for the fuzzy logic controller to maneuver the steering angle and the speed of the mobile robot. In the third topic, the computer simulation results illustrate the effectiveness of the developed control algorithm. The real-time motion of fuzzy parking controlled mobile robot is implemented in the last topic. We not only investigate the intelligent parking control methods but also real-time command the developed FPGA-based mobile robot. All the practical experiments of the intelligent parking control system are recorded by a handhold CCD camera.
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 論文架構 2
第二章 系統架構與實驗硬體設備 4
2.1 系統架構概觀 5
2.2 模型車的硬體系統架構 6
2.2.1 模型車車體部分 8
2.2.2 現場可程式邏輯閘陣列 9
2.2.2.1 EPF6024ACT144-3晶片實驗版………...……………...9
2.2.2.2 MAX EPM7128SLC84-15晶片……………………….10
2.2.2.3 快閃記憶體…………………………………………11
2.2.3 馬達單元 14
2.2.3.1 直流馬達系統……………………………………….14
2.2.3.2 伺服馬達系統……………………………………….16
2.3 感測器單元 18
2.3.1 紅外線感測器……….…………………………………….18
2.3.2 分壓電路…………….…………………………………….20
2.3.3 類比轉換數位電路…………….………………………….20
2.3.3.1 ADC 0804簡介與工作原理………………...…………20
2.3.3.2 ADC 0804控制方法……………...………..…………23
2.3.4 數位轉換類比電路……….……………………………….24
2.4 電壓調整器 26
2.5 本章總結 28
第三章 系統分析與控制器設計 30
3.1 模型車動態系統分析. 32
3.2 模擬控制理論介紹 34
3.3 行為融合機制之設計. 36
3.3.1 行為模組化之切換方法 38
3.4 路徑追隨模糊控制器之設計 39
3.4.1 前進路徑追隨模糊控制器之設計 40
3.4.2 後退路徑追隨模糊控制器之設計 46
3.4.3 路徑追隨模糊控制器之模擬結果….…………………….47
3.5 轉角場地模糊控制器之設計 55
3.6 車庫停車系統模糊控制器之設計 58
3.6.1 車庫停車系統之方法與步驟分析….…………………….58
3.6.2 車庫停車系統控制器之設計….………………………….62
3.6.3 車庫停車系統控制器之模擬結果…….………………….63
3.7 路邊停車系統模糊控制器之設計………………………………66
3.7.1 路邊停車系統之方法與步驟分析….…………………….66
3.7.2 路邊停車系統控制器之設計….………………………….71
3.7.3 路邊停車系統控制器之模擬結果.……………………….71
3.8 本章總結…………………………………………………………75
第四章 硬體電路設計與實現結果 76
4.1 FPGA晶片的硬體架構與設計流程 77
4.1.1 FPGA晶片基本架構與簡介 77
4.1.2 晶片設計流程與硬體描述語言. 78
4.1.2.1 晶片設計流程………………………………………78
4.1.2.2 階層式模組化之設計…..……………………………79
4.1.2.3 硬體描述語言…………………...…………….……80
4.2 晶片硬體電路架構與設計 80
4.2.1 模糊控制晶片系統硬體電路架構……….……………….80
4.2.2 模糊控制晶片系統硬體電路設計……….……………….82
4.2.2.1 行為模組切換控制電路……...………………………82
4.2.2.2 除頻電路……………….…...………………………82
4.2.2.3計數器電路…………………………...……………..83
4.2.2.4 數位濾波電路…………..…...………………………84
4.2.2.5 ADC 0804控制電路…………..…...…………………84
4.2.2.6 模糊邏輯控制器(FLC)電路設計..……..…...…………85
4.2.2.7 閂鎖電路與脈衝寬度調變電路……...………………..93
4.3 快閃記憶體與模糊控制器晶片的溝通機制 94
4.4 控制器之各子電路模擬的結果 96
4.5 控制器效能探討 104
4.6 實驗結果. 105
4.7 本章總結. 112
第五章 結論與未來展望 113
參考文獻 115
自傳 120
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14. (五)楊國賜(民89b)從文化的內涵與活動的性質,探討成人教育的架構提出四點觀念:成人教育是為提供學習者活動的計劃;成人教育是規劃、進行與評估成人學習活動的過程;成人教育是社區發展的行動方案或自助方案,是一種社會運動;成人教育是一門學問或一項專業的研究領域,有其專有的名詞與概念。據此,成人教育的內涵,其實就是活動設計的內涵,成人教育活動設計是一個歷程、一種社會運動,更是一門專業領域。