旅游景区内车速监控器设计

刘立才+杜传红+梁丽秀

摘 要：景区内车速监控是实现景区智能化管理的重要组成部分。针对FPGA芯片处理速度快、可靠性强、功耗低、功能扩展性强等优点，设计一汽车速度监控器。该设计采用自顶向下的方法，在QuartusII软件中通过VHDL程序设计实现旅游景区内汽车速度监控功能，经过系统仿真验证，该监控器性能稳定性强、可靠性高，具有一定的实际应用价值。

关键词：FPGA；速度监控；QuartusII；VHDL

随着我国旅游业的蓬勃发展，贵州安顺黄果树、龙宫等景区成为越来越多人的旅游目的地，如何确保景区内交通系统畅通安全，实现景区管理智能管理，为游客提供更加丰富多样的优质旅游产品，景区车辆行驶速度是关键一环。鉴于此设计一款汽车速度监控器，以提醒驾车人按章驾驶，确保出行安全。[1]

1 监控器总体设计

1.1 总体硬件方案设计

根据汽车速度监控器硬件需求，本设计所采用的总体硬件方案如图1所示，核心处理器采用ALTERA公司ACEX1K系列的EP1K30QC208芯片，该芯片逻辑门共有1728个LE，片内含有6个EAB，支持多电压I/O接口，芯核电压为+2.5V，I/O口电压可以连接+2.5V或+3.3V。以中央处理器为核心设计了键盘电路、译码电路、显示电路、扬声器电路等外围接口电路。

1.2 监控器电路模块图

该汽车速度监控器采用模块化设计思路，设计框图如图2所示。根据实际应用要求，本监控器共分四个模块，分别为分频模块、速度监控模块、控制模块和显示译码模块。分频模块满足监控器时钟工作要求，速度监控模块可实现对汽车行驶速度的监控，监控速度分别为60km/h、70km/h、80km/h、90km/h、100km/h、110km/h、120km/h。控制模块可实现对监控速度与汽车当前速度的处理，处理结果由显示译码模块触发。

2 监控器软件设计

2.1 顶层项目设计

根据监控器模块化设计的框图，该项目的顶层设计如图3所示。[2]分频模块采用参数传递语句实现，可构建一个影响电路规模或时序特性参数的通道，以满足监控器对时钟的要求。速度监控模块通过设置7位矢量分别对应7个按键，分别表示60km/h、70km/h、80km/h、90km/h、100km/h、110km/h、120km/h这7个监控速度。控制模块可对每一监控速度进行分析处理，并将处理后的数据放到译码模块。

2.2 设计主程序

项目主程序流程如图4所示。从图中可见，先通过判断KEY[6..0]这7位矢量某位是否为‘1，也就是判断是否有按键按下，如有按下，接下来判断是不是有效时钟，即判断时钟是否为上升沿，如时钟有效，通过监控输入速度和监视速度的相对大小来决定是否触发报警设备。

3 仿真验证

运用QuartusII软件对其顶层项目进行了功能仿真，顶层项目功能仿真结果如图5所示，从仿真图中可见，当监控速度分别为60km/h、70km/h、80km/h、90km/h、100km/h、110km/h、120km/h，且汽车行驶速度大于对应监控速度时，可以输出正确数字逻辑信号，即可产生正确触发报警信号。通过仿真说明该项目功能达到了预期，能够满足汽车速度监控器功能要求。

4 结束语

该设计针对景區内汽车速度监控器可扩展性强的功能需求，基于EDA技术，采用可编程FPGA芯片，在QuartusII软件中运用VHDL自顶向下的设计方法，实现了景区内汽车速度监控功能。经过系统仿真验证，该监控器性能稳定性强、可靠性高，具有一定的实际应用价值。

参考文献

[1]陆俊.非接触式汽车速度计校准装置研究[D].天津大学，2011.

[2]潘松.EDA技术与VH（第4版）[M].清华大学出版社，2013.