基于Pynq的汽车仪表板

描述

全面的

我们称之为 Pynq Instrument Cluster 是一种汽车混合仪表板，旨在成为 Xilinx 成本优化产品组合的平台演示器，以及在 GDL 中为 Avnet 应用团队内部的客户应用程序开发构建块的媒介。目的是展示使用 Python 为 Xilinx 设备开发软件的简便性，以及如何通过将硬件模块连接到现有开发板来开发概念证明。这是一个正在进行的项目，预计将通过支持更多设备和硬件扩展来不断增加其功能.

大量使用 Pynq-Z2 板上可用的 IO。

 

硬件设计

我们得到了一些汽车步进电机、指示针和几个报废的仪表板面板。它们具有功能性，因此我们决定花一些时间构建一个机械结构来支持它们以及相应的指示灯。它最初是用雕刻的木头制成的，这限制了很多功能。经过多次测试，它在 Fusion 360 中进行了重新设计，分为 4 个组装块，并用白色 PLA 3D 打印。这提供了一个稳定、实用且外观更好的结构，并有助于开发基本的 3D 建模技能 :)

 

 

 

 

1 / 2 •集群的基本机械元件。

 

对于第一个版本，决定使用 WS2812 neopixel LED，与实际集群中使用的传统顶部 LED 相比，它具有多项优势：

1. 无需驱动程序。
2. 链上的单个可寻址设备。
3. 用于编程的单一 I/O。
4. 单个单元中提供非常明亮的 LED 和 RGB 颜色。
5. Adam Taylor 的可用 IP。

尽管 55 个 LED 可以使用单个链进行编程，并且只需要来自 Zynq 的单个 GPIO，我们还是决定将链分成四个部分，这样我们就可以进行 IP 复制，并稍微简化布线和组织软件中的映射。

为了展示 PS-PL 集成并利用 Zynq 器件中的大量逻辑资源，步进控制 IP 设计为在 PL 上运行，并且由于电机运行需要使用电平转换器/电流驱动器在 5V。四个 L293D 器件被焊接在面包板上，并为其提供外部 5V 电源。

出于演示目的，使用 BLE 转 UART 模块将 Zynq 设备连接到在 MIT ai2 app inventor 平台上开发的 Android 应用程序。该应用程序非常简单，只需通过 BLE 连接将 ASCII 数据发送到模块，模块又通过 UART 与 Zynq 通信。这些 ASCII 数据然后由 Python 程序读取，该程序在集群硬件上执行操作。我们可以更改 4 个刻度盘的背光颜色，打开和关闭信号灯和转向灯，以及在面板印刷范围内移动步进电机。

 

 

 

 

1 / 3 •四个用于 5V 步进电机的 L293D。

 

Vivado 中的 Pynq Overlay 开发

最初，步进电机的 IP 仅在 PL 中开发、仿真和测试。幸运的是 PynqZ1 和 Z2 设计允许这样做。IP 内核需要使用 USB 转 UART 模块，以便我们可以设置步进电机移动的角度和方向。步进控制的时钟最初在 200 kHz 下进行了测试，该时钟可以正常工作但速度很慢。在 400 和 500 kHz 下进行了进一步测试，这提供了更好的运动。

为了让 PS 访问新像素和电机控制 IP，添加了几个 BRAM 接口和 AXI 到 BRAM 模块。

 

 

 

 

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Jupyter 实验室中的 Python 最终应用

允许对正在运行的设计进行快速叠加更新。

未来的升级/扩展

1. 计划用闪亮的 Ultra96 V2 替换 Pynq-Z2。然而，我们仍然需要为步进电机提供 5V 电平转换。

2.启用中央显示器和扬声器。

3.添加内部/后置摄像头。

4. 添加多个环境传感器。

5. 支持运行 MicroBlaze 或 Arm Cortex 内核的 Spartan-7 设备，用于传感器集成 C 代码开发。