六足机器人(hexapod robot)控制板
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项目参与人员及分工：
  * [[page_hankun.zhang|张瀚坤]]
  * [[page_haoqian.li|李豪乾]]
  * [[page_jiwei.ren|任继伟]]

### 项目需求

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#### 功能要求
基于小脚丫FPGA板和树莓派设计六足机器人控制和驱动系统。

- 摄像头采集
- 避障
- 手机遥控


#### 性能要求

- 运动流畅
- 电源能够保障持续工作20分钟以上

#### 资源要求
#### 进度要求
#### 成本要求
#### 其它要求

### 项目方案

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#### 方案综述：

{{ :绘图1.png  |}}

 * 1.控制电源模块：为Raspberry Pi、FPGA模块供电。
 * 2.执行电源模块：为驱动模块供电，能满足驱动模块的总电流要求。
 * 3.Raspberry Pi ：控制中心。接收上位机的控制信息，控制FPGA输出正确的PWM波形。
 * 4.FPGA:数据处理模块，控制驱动板。
 * 5.驱动模块：驱动18个舵机使六足协调运动。
 * 6.通讯：（模块间的通信协议）

   * Pi--FPGA：uart/I2C

   * Pi--PC：socket 


#### 关键元器件：


##### 电源：

 * 控制电源模块：LM2596

{{ :lm2596.png  |}} 

{{ :lm2596属性.png  |}}

 * 执行电源模块：LM2596（过流保护：自恢复保险丝）同上

 * 电源 对比 ：L298N

{{ :l298n.png  |}}

{{ :l298n参数.png  |}}

 * 降压模块：Lobot  降压模块

{{ :lobot_降压模块.png  |}}

{{ :lobot_降压模块参数.png  |}}



##### 隔离
光耦隔离：PC817 PC817C 光隔离器/C档/光耦 SOP-4

{{ :光耦.png  |}}

{{ :光耦参数.png  |}}


##### FPGA：

{{ :小脚丫.png  |}}


##### 舵机:LDX-218

{{ :舵机.png  |}}

{{ :产品参数1.png  |}}

{{ :产品参数2.png  |}}




#### 实施计划： 

##### 第一阶段：实现六足机器人的各个模块连接

 * FPGA ：
   * PWM ：测试 PWM波形测试（1.波形周期 2.最小步进距离）
   * 确定与树莓派通信接口：Uart/I2C
   * 数据分析 ：通信数据格式

 * Pi：
   * Uart/I2C
   * 摄像头
   * 超声波

 * 舵机：
   * 0点的确定
   * 特性
   * 驱动电流
   * 执行精度

 * 电源：
   * LM2596模块

 * 原理图：
   * 18路PWM产生模块
   * 18路舵机驱动模块

##### 第二阶段:实现项目任务的一部分

 * FPGA：PWM+光耦隔离（做控制与驱动隔离）
 * 电源：根据LM2596电源模块，自己设计电源模块
 * 舵机：实现一条腿的控制
 * 制板

##### 第三阶段:实现传感器任务

 * PI：加入摄像头和超声波功能
 * FPGA：通过I2C挂载传感器
 * 电源：根据LM2596电源模块，自己设计电源模块
 * 舵机：实现简单的移动
 * 制板

##### 目前任务：

 * 了解舵机特性

 * 学习FPGA：
     * PWM如何生成
     * Uart/I2C如何做
     * 定义与树莓派通信的数据格式

 * 买材料 
     * 舵机及架子 价格：1600元
     * 电源 LM2596 价格：15元


##### 实体结构：

简单模块化设计

* 模块设计

{{ ::ph_des.png |}}

{{ :驱动板简图.png  |}}

* 安装方式

{{ ::ph_des2.png |}}

### 项目实施

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#### PCB设计
#### PCB制造
#### PCB焊接、调试
#### FPGA连接和Verilog编程
#### 系统测试

### 项目报告

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#### 项目简要总结
#### 项目达到的指标
#### 项目改进及相应的方案
#### 参考文献

##### Diamond安装及调试

 * 官网获取许可证：http://www.latticesemi.com

 * 软件安装教程：[[http://www.stepfpga.com/doc/%E8%BD%AF%E4%BB%B6%E5%AE%89%E8%A3%85%E5%8F%8A%E9%85%8D%E7%BD%AE|Diamond的安装及配置]]

 * [[http://www.stepfpga.com/doc/lattice_diamond%E7%9A%84%E4%BD%BF%E7%94%A8|lattice_diamond的使用：跑马灯的简单例程]]
   *调试中出现的问题1：✘不能识别USB串口
   *解决：安装下载USB驱动，重新编译，下载。

 * [[http://www.stepfpga.com/doc/|FPGA的学习教程]]

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 * 树莓派资料：http://www.eetree.io/doc/%E9%80%82%E9%85%8D%E6%9D%BF_%E6%A0%91%E8%8E%93%E6%B4%BE

 * 树莓派+usb摄像头：https://www.raspberrypi.org/documentation/usage/webcams/

 * 树莓派+hc-sr04超声波测距：https://tutorials-raspberrypi.com/raspberry-pi-ultrasonic-sensor-hc-sr04/

 * fpga产生pwm波资料1：https://www.fpga4student.com/2017/08/verilog-code-for-pwm-generator.html

 * fpga产生pwm波资料2：https://www.allaboutcircuits.com/projects/a-pwm-driver-for-fpga-and-soc-design-using-verilog-hdl/

 * fpga生成pwm波资料3：http://referencedesigner.com/tutorials/verilogexamples/verilog_ex_09.php

 * 小脚丫脉宽调制例程：http://www.stepfpga.com/doc/9._%E5%91%BC%E5%90%B8%E7%81%AF

 * 基于树莓派的六足机器人：https://medium.com/@mithi/a-raspberry-pi-hexy-transcript-62533c69a566

 * 六足机器人资料1：https://www.robotshop.com/community/robots/show/hexpi-a-robopi-raspberry-pi-based-hexapod-robot

 * 六足机器人资料2：https://blog.hackster.io/modifying-a-cheap-hexapod-robot-toy-to-run-on-a-raspberry-pi-479e181daf78

 * 小脚丫fpga 串口：http://www.stepfpga.com/doc/uart%E4%B8%B2%E5%8F%A3%E6%A8%A1%E5%9D%97

 * Linux tcp/ip编程：https://www.thecrazyprogrammer.com/2017/06/socket-programming.html

 * Linux 串口编程：https://stackoverflow.com/questions/6947413/how-to-open-read-and-write-from-serial-port-in-c

 * 六足机器人舵机：https://item.taobao.com/item.htm?spm=a230r.1.14.11.252d28628nHb60&id=19653902949&ns=1&abbucket=18#detail

 * PWM风扇控制设计文档以及PWM风扇控制设计源代码:http://www.stepfpga.com/doc/fpga_start

 * FPGA相关视频: https://www.moore8.com/courses/list/?cid=3

 * 树莓派的c语言编程：https://raspberry-projects.com/pi/programming-in-c/i2c/using-the-i2c-interface

 * 树莓派写iic：https://raspberry-projects.com/pi/programming-in-c/i2c/using-the-i2c-interface