Um projeto de controle de movimentação veicular projetado em um processador embarcado em FPGA com ambiente de simulação usando instrumentação virtual

Abstract

Este trabalho descreve a implementação de uma plataforma baseada em arquitetura reconfigurável e conceitos de instrumentação virtual aplicados á implementação do controle de um carro, que inclui tarefas de controle relacionado à direção, câmbio, acelerador, freio e embreagem. A novidade desta aproximação é o uso de ambos os sistemas reconfigurável (para desenvolver o controlador do carro) e instrumentação virtual permite desenvolver uma abstração de alto-nível em um ambiente de teste e simulação. O sistema de controle do carro foi desenvolvido em um microprocessador com vários periférico embarcados na FPGA (Field Programmable Gate Array). A comunicação entre o sistema de controle baseado na FPGA para o carro é realizado por um módulo eletrônico que inclui vários blocos separados, e placas de circuito de potência. A instrumentação virtual foi usada para implementar um ambiente com um alto-nível de abstração para a simulação com a ferramenta LabVIEW que permite representar o movimento do carro em tempo real. A comunicação entre o simulador e o controlador é realizado por uma interface consecutiva na qual um protocolo RS-232 foi implementado. O usuário pode enviar comandos ao sistema de controle por um teclado com uma interface de PS2. Os comandos estão definidos com uma semântica e sintaxe específicas, permitindo ao usuário executar várias manobras com o carro. Esta aproximação abre uma grande variedade de possibilidades para validar e simular soluções para vários problemas em robotica e áreas de mecatrônica. Os testes e validações do sistema foram realizadas no ambiente de simulador e no carro real. Então, esta aproximação tornou possível comparar os resultados de simulação com as variáveis de acionamento do carro real coletados em tempo real. Esta aproximação torna possível testar e validar o sistema de controle com baixo custo e maior segurança. ____________________________________________________________________________________________ ABSTRACT

This work describes the implementation of a platform based on reconfigurable architecture and concepts of virtual instrumentation applied to the implementation of a car’s control, which includes control tasks related to the steering wheel, gear, throttle, brake and clutch. The novelty of this approach is the use of both reconfigurable systems (for developing the car’s controller) and virtual instrumentation issues for developing a high-level abstraction testing and simulation environment. The car control system was developed in a microcontroller with several peripherals embedded in a FPGA (Field Programmable Gate Array). The communication between the FPGA-based control system and the car is accomplished through an electronic module, which comprises several insulating and power circuit boards. The virtual instrumentation approach was used for implementing a high-level abstraction simulation environment in LabVIEW tool, which allows representing the movement of the car in real time. The communication between the simulator and the controller is accomplished through a serial interface in which a RS-232 based protocol was implemented. The user can send commands to the control system through a keyboard with a PS2 interface. The commands were defined with a specific syntax and semantics, allowing the user to execute several maneuvers with the car. This approach opens a great variety of possibilities to validate and simulate solutions for several problems in robotic and mechatronic areas. The tests and initial overall system validation were accomplished in both the simulator environment and in the real car. Therefore, this approach made possible to compare the simulation results with the movement variables of the real car, which were gathered in real time. This approach makes possible to test and to validate the control system with low cost and more safety.