《sopc报告—陈硕刘阳于兴家组final_企业管理_经管营销_专业资料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《sopc报告—陈硕刘阳于兴家组final_企业管理_经管营销_专业资料（55页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 ALTERA 杯 SOPC 专题竞赛设计报告设计作品： 智能手游机器手 参赛单位： 中国地质大学（武汉） 参赛队伍： Jurassic Team 参赛队员： 陈硕 刘阳 于兴家 指导老师： 赵娟 ALTERA 杯 SOPC 专题竞赛 智能手游机器手 - 1 -参赛作品原创性声明本人郑重声明：所呈交的参赛作品报告，是本人和队友独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果，不侵犯任何第三方的知识产权或其他权利。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。参赛队员签名：日期： 年 月 日 ALTERA 杯 SOPC 专题竞赛 智能
2、手游机器手 - 2 -智能手游机器手Intelligent robotic hand for mobile games摘 要本设计以 DE1-SOC 开发板为核心设计平台，利用 SOPC 技术和 Nios II软核处理器设计并实现了智能手游机器手。本系统设计采用自动控制的工作方式，能够对摄像头采集到的图像进行分析处理，从而控制机械手来自动完成手机游戏。具有图像识别、图像处理、机器手等核心功能，目前已能独立完成当前热门游戏“别踩白块”的两种模式。关键词：DE1-SOC SOPC Nios II 软核处理器 图像处理 机器手AbstractBased on DE1-SOC Development
3、and Education Board, we designed a robotic hand using SOPC technology and Nios II Soft Core processor. The design of this system is based on the automatic control way of working, it can complete tasks of mobile games according to the processed data of the camera. It contains the image recognition, i
4、mage processing, servo control and other core functions. So far, it has been able to independently accomplish two models of the current popular game dont tread on white.Keywords：DE1-SOC, SOPC, Nios II Soft Core processor, Image processing, robotic hand ALTERA 杯 SOPC 专题竞赛 智能手游机器手 - 3 -目 录contents第一部分
5、：设计背景4一、研究背景4二、需求分析4三、国内外研究现状4第二部分：功能描述6一、功能特点6二、技术指标6第三部分：系统设计方案7一、系统开发平台7二、系统总体设计框图7三、系统层次划分7四、SOPC 系统构成 81、SOPC 内核设计 92、SOPC 自定义 PWM 波 IP 核 93、NiosII 软核处理器系统10五、外围功能电路模块设计121、视频采集模块 12（1）OV7620 简介12（2）OV7620 功能控制13（3）OV7620 电路及引脚说明132、电源管理模块 143、机械手模块介绍 154、电容笔安装 166、机械设计安装 16（1）舵机安装 16（2）摄像头安装 1
6、7第四部分：嵌入式系统软件设计18 ALTERA 杯 SOPC 专题竞赛 智能手游机器手 - 4 -一、控制系统概述18 二、子模块的软件实现方法18第五部分：系统测试方案及数据20一、测试工具设备20二、功能测试方案20三、测试数据结果20四、测试结果分析21第六部分：设计特色及后期展望22第七部分：总结23附录 24附录一、程序清单 24附录二、实物图 53 ALTERA 杯 SOPC 专题竞赛 智能手游机器手 - 5 -第一部分：设计背景Chapter One: Background一、 研究背景 近年来,无线通讯业务以惊人的速度迅猛发展,手持终端用户数量成几何增长，包括智能手机与平板电
7、脑用户等。据统计,目前中国的手机用户数量已超过5 亿,远远超过电脑的数量.手持终端更新换代的速度很快，硬件的性能不断得到提升,手持终端业务和增值服务不断丰富,完全复制了曾经电脑和互联网的发展态势.手持终端软件已经成为一个不容忽视的巨大市场。当今网络时代，手机性能有了很大幅度的提高，手机游戏的发展也非常迅速，游戏种类繁多、层出不穷。以 IOS 及 Android 操作系统为代表的大屏幕全触控智能手机和大屏幕平板电脑时代已经到来，随之曾将相伴过我们的手机游戏也有了质的飞跃，已经不再是原来那种简单的游戏。最近几年，常常会出现风靡一时的手机游戏，譬如“奋斗的小鸟” 、 “Flappy Bird”等，它
8、们的出现会引起轰动，游戏用户会达到上亿。在此基础上，我们利用所学专业知识来研究制作一个专门用于完成以上游戏的机器手，来代替真人进行游戏，具有较高的趣味性，二、 需求分析目前用于民用工业用机器手，可以实现自动焊接，水下探险、喷涂、各种自动生产线、医疗高难度手术等功能，发展空间非常大。机器人是引领未来的高科技的产品，而机器手是机器人中的关键部分。前段时间在网上有个很火的新闻，两位 80 后工程师完成了一个“Flappy Bird”机器手，轻松玩到 180 关，引起了很大的轰动。有不少游戏厂商及玩具厂商想要购买他们的设计，说明该设计具有一定的市场需求。同时，随着当今玩具产业向着高端智能化方向发展，机
9、器手这种仿人工具，在玩具产业将会占有一席之地，其所实现的功能也将会多种多样。三、 国内外研究现状机械手是目前在机械人技术领域中得到最广泛实际应用的自动化机械装置，在工业制造、医学治疗、娱乐服务、军事、半导体制造以及太空探索等领域都能见到它的身影。尽管它们的形态各有不同，但它们都有一个共同的特点，就是能够接受指令，精确地定位到三维（或二维）空间上的某一点进行作业。在国内，机器手研究主要用于工业应用方面。目前国内机械手主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面。所以，在国内主要是逐步扩大应用范围重点发展铸造、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手，
10、有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合机械手等。国外机械手在机械制造行业中应用较多，发 ALTERA 杯 SOPC 专题竞赛 智能手游机器手 - 6 -展也很快。目前主要用于机床、横锻压力机的上下料以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先指定的作业程序来完成规定的操作。国外机械手的发展趋势是大力研制具有某种智能的机械手。同时在其他行业，国外有很多大学及研究结构对其展开了相关的研究，譬如日本东京大学的猜拳机器手、美国加州理工大学的投篮机器手等。 ALTERA 杯 SOPC 专题竞赛 智能手游机器手 - 7 -第二部分：功能描述Chapter Two: Function Describti
11、on该智能机器手根据 CMOS 摄像头 OV7620 采集到的图像，进行分析处理后，控制舵机来完成游戏任务。其具有反应速度快、结构简单、系统稳定等功能特点，能很好的完成任务要求。功能控制流程如图 1 所示：图像采集 控制系统 机械手控制平板电脑图 1 功能控制流程图一、 功能特点（1）采用四组并行舵机控制，具有灵活性高、独立性好、反应速度快等优点。（2）OV7620 是一款 CMOS 摄像头器件，是一款彩色 CMOS 型图像采集集成芯片，提供高性能的单一小体积封装，该器件分辨率可以达到 640X480，传输速率可以达到 30 帧，完全可以满足本设计的要求。（3）DE1-SoC 开发套件是一款坚
12、固耐用的硬件设计平台，围绕 Altera 片上系统 (SoC) FPGA 进行建构，将最新的双核 Cortex-A9 嵌入式内核与业界领先的可编程逻辑器件结构在一起，为用户提供了出色的设计灵活性。 现在，用户能够获得与高性能、低功耗处理器系统匹配的强大配置能力。（4）可完成“别踩白块”多种模式的任务，根据不同模式的要求能够自行识别并做出判断。（5）系统可拓展性很高，不仅仅能够完成“别踩白块” ，可以很容易改变游戏算法来完成其他的游戏，譬如“Flappy Bird”等。（6）端口资源丰富，方便功能扩展。二、技术指标针对手机游戏“别踩白块”的游戏规则，本设计要求达到以下技术指标：（1）装置长 30cm，宽 20cm，高 28.3cm；（2）屏幕监测区域： 17*20cm；（3）手指触点最快频率： 3.6 次/s；（4）图像检测刷新帧数次数： 30 帧
