劉立才+杜傳紅+梁麗秀

摘 要：景區(qū)內(nèi)車速監(jiān)控是實(shí)現(xiàn)景區(qū)智能化管理的重要組成部分。針對(duì)FPGA芯片處理速度快、可靠性強(qiáng)、功耗低、功能擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)一汽車速度監(jiān)控器。該設(shè)計(jì)采用自頂向下的方法，在QuartusII軟件中通過VHDL程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)旅游景區(qū)內(nèi)汽車速度監(jiān)控功能，經(jīng)過系統(tǒng)仿真驗(yàn)證，該監(jiān)控器性能穩(wěn)定性強(qiáng)、可靠性高，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：FPGA；速度監(jiān)控；QuartusII；VHDL

隨著我國(guó)旅游業(yè)的蓬勃發(fā)展，貴州安順黃果樹、龍宮等景區(qū)成為越來越多人的旅游目的地，如何確保景區(qū)內(nèi)交通系統(tǒng)暢通安全，實(shí)現(xiàn)景區(qū)管理智能管理，為游客提供更加豐富多樣的優(yōu)質(zhì)旅游產(chǎn)品，景區(qū)車輛行駛速度是關(guān)鍵一環(huán)。鑒于此設(shè)計(jì)一款汽車速度監(jiān)控器，以提醒駕車人按章駕駛，確保出行安全。[1]

1 監(jiān)控器總體設(shè)計(jì)

1.1 總體硬件方案設(shè)計(jì)

根據(jù)汽車速度監(jiān)控器硬件需求，本設(shè)計(jì)所采用的總體硬件方案如圖1所示，核心處理器采用ALTERA公司ACEX1K系列的EP1K30QC208芯片，該芯片邏輯門共有1728個(gè)LE，片內(nèi)含有6個(gè)EAB，支持多電壓I/O接口，芯核電壓為+2.5V，I/O口電壓可以連接+2.5V或+3.3V。以中央處理器為核心設(shè)計(jì)了鍵盤電路、譯碼電路、顯示電路、揚(yáng)聲器電路等外圍接口電路。

1.2 監(jiān)控器電路模塊圖

該汽車速度監(jiān)控器采用模塊化設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)框圖如圖2所示。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用要求，本監(jiān)控器共分四個(gè)模塊，分別為分頻模塊、速度監(jiān)控模塊、控制模塊和顯示譯碼模塊。分頻模塊滿足監(jiān)控器時(shí)鐘工作要求，速度監(jiān)控模塊可實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車行駛速度的監(jiān)控，監(jiān)控速度分別為60km/h、70km/h、80km/h、90km/h、100km/h、110km/h、120km/h?？刂颇K可實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控速度與汽車當(dāng)前速度的處理，處理結(jié)果由顯示譯碼模塊觸發(fā)。

2 監(jiān)控器軟件設(shè)計(jì)

2.1 頂層項(xiàng)目設(shè)計(jì)

根據(jù)監(jiān)控器模塊化設(shè)計(jì)的框圖，該項(xiàng)目的頂層設(shè)計(jì)如圖3所示。[2]分頻模塊采用參數(shù)傳遞語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)，可構(gòu)建一個(gè)影響電路規(guī)模或時(shí)序特性參數(shù)的通道，以滿足監(jiān)控器對(duì)時(shí)鐘的要求。速度監(jiān)控模塊通過設(shè)置7位矢量分別對(duì)應(yīng)7個(gè)按鍵，分別表示60km/h、70km/h、80km/h、90km/h、100km/h、110km/h、120km/h這7個(gè)監(jiān)控速度。控制模塊可對(duì)每一監(jiān)控速度進(jìn)行分析處理，并將處理后的數(shù)據(jù)放到譯碼模塊。

2.2 設(shè)計(jì)主程序

項(xiàng)目主程序流程如圖4所示。從圖中可見，先通過判斷KEY[6..0]這7位矢量某位是否為‘1，也就是判斷是否有按鍵按下，如有按下，接下來判斷是不是有效時(shí)鐘，即判斷時(shí)鐘是否為上升沿，如時(shí)鐘有效，通過監(jiān)控輸入速度和監(jiān)視速度的相對(duì)大小來決定是否觸發(fā)報(bào)警設(shè)備。

3 仿真驗(yàn)證

運(yùn)用QuartusII軟件對(duì)其頂層項(xiàng)目進(jìn)行了功能仿真，頂層項(xiàng)目功能仿真結(jié)果如圖5所示，從仿真圖中可見，當(dāng)監(jiān)控速度分別為60km/h、70km/h、80km/h、90km/h、100km/h、110km/h、120km/h，且汽車行駛速度大于對(duì)應(yīng)監(jiān)控速度時(shí)，可以輸出正確數(shù)字邏輯信號(hào)，即可產(chǎn)生正確觸發(fā)報(bào)警信號(hào)。通過仿真說明該項(xiàng)目功能達(dá)到了預(yù)期，能夠滿足汽車速度監(jiān)控器功能要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

該設(shè)計(jì)針對(duì)景區(qū)內(nèi)汽車速度監(jiān)控器可擴(kuò)展性強(qiáng)的功能需求，基于EDA技術(shù)，采用可編程FPGA芯片，在QuartusII軟件中運(yùn)用VHDL自頂向下的設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了景區(qū)內(nèi)汽車速度監(jiān)控功能。經(jīng)過系統(tǒng)仿真驗(yàn)證，該監(jiān)控器性能穩(wěn)定性強(qiáng)、可靠性高，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]陸俊.非接觸式汽車速度計(jì)校準(zhǔn)裝置研究[D].天津大學(xué)，2011.

[2]潘松.EDA技術(shù)與VH（第4版）[M].清華大學(xué)出版社，2013.