旅游景區內車速監控器設計

劉立才+杜傳紅+梁麗秀

摘 要：景區內車速監控是實現景區智能化管理的重要組成部分。針對FPGA芯片處理速度快、可靠性強、功耗低、功能擴展性強等優點，設計一汽車速度監控器。該設計采用自頂向下的方法，在QuartusII軟件中通過VHDL程序設計實現旅游景區內汽車速度監控功能，經過系統仿真驗證，該監控器性能穩定性強、可靠性高，具有一定的實際應用價值。

關鍵詞：FPGA；速度監控；QuartusII；VHDL

隨著我國旅游業的蓬勃發展，貴州安順黃果樹、龍宮等景區成為越來越多人的旅游目的地，如何確保景區內交通系統暢通安全，實現景區管理智能管理，為游客提供更加豐富多樣的優質旅游產品，景區車輛行駛速度是關鍵一環。鑒于此設計一款汽車速度監控器，以提醒駕車人按章駕駛，確保出行安全。[1]

1 監控器總體設計

1.1 總體硬件方案設計

根據汽車速度監控器硬件需求，本設計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LE，片內含有6個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計了鍵盤電路、譯碼電路、顯示電路、揚聲器電路等外圍接口電路。

1.2 監控器電路模塊圖

該汽車速度監控器采用模塊化設計思路，設計框圖如圖2所示。根據實際應用要求，本監控器共分四個模塊，分別為分頻模塊、速度監控模塊、控制模塊和顯示譯碼模塊。分頻模塊滿足監控器時鐘工作要求，速度監控模塊可實現對汽車行駛速度的監控，監控速度分別為60km/h、70km/h、80km/h、90km/h、100km/h、110km/h、120km/h。控制模塊可實現對監控速度與汽車當前速度的處理，處理結果由顯示譯碼模塊觸發。

2 監控器軟件設計

2.1 頂層項目設計

根據監控器模塊化設計的框圖，該項目的頂層設計如圖3所示。[2]分頻模塊采用參數傳遞語句實現，可構建一個影響電路規模或時序特性參數的通道，以滿足監控器對時鐘的要求。速度監控模塊通過設置7位矢量分別對應7個按鍵，分別表示60km/h、70km/h、80km/h、90km/h、100km/h、110km/h、120km/h這7個監控速度。控制模塊可對每一監控速度進行分析處理，并將處理后的數據放到譯碼模塊。

2.2 設計主程序

項目主程序流程如圖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鐘，即判斷時鐘是否為上升沿，如時鐘有效，通過監控輸入速度和監視速度的相對大小來決定是否觸發報警設備。

3 仿真驗證

運用QuartusII軟件對其頂層項目進行了功能仿真，頂層項目功能仿真結果如圖5所示，從仿真圖中可見，當監控速度分別為60km/h、70km/h、80km/h、90km/h、100km/h、110km/h、120km/h，且汽車行駛速度大于對應監控速度時，可以輸出正確數字邏輯信號，即可產生正確觸發報警信號。通過仿真說明該項目功能達到了預期，能夠滿足汽車速度監控器功能要求。

4 結束語

該設計針對景區內汽車速度監控器可擴展性強的功能需求，基于EDA技術，采用可編程FPGA芯片，在QuartusII軟件中運用VHDL自頂向下的設計方法，實現了景區內汽車速度監控功能。經過系統仿真驗證，該監控器性能穩定性強、可靠性高，具有一定的實際應用價值。

參考文獻

[1]陸俊.非接觸式汽車速度計校準裝置研究[D].天津大學，2011.

[2]潘松.EDA技術與VH（第4版）[M].清華大學出版社，2013.