摘要：设计了一个以移植了RISC-V处理器的FPGA为核心的小车主控芯片、ESP32-CAM为核心的辅助控制电路的变电站巡检小车。在变电站采用传统的人员测量方案有一定的安全风险，现在大规模的变电站都会采取机器巡检。因此有了这个设计的想法。设计制作了变电站巡检小车。

正文主要介绍巡检小车的硬件组成，软件设计，工作原理及调试过程。

首先介绍巡检小车的硬件电路设计和小车的组装。硬件电路包括以FPGA为核心的主控电路以及以ESP32为子模块的传感器采集电路、RISC-V处理器移植、小车驱动电路、蓝牙通信电路和WIFI通信电路。小车组装介绍了小车的组装过程。

接着介绍巡检小车程序设计，包括开发环境配置、传感器读取程序、OLED显示程序、蓝牙程序和WIFI通信程序。

最后介绍设计中的调试过程、成果展示、改进思路和硬件成本。

设计成果表明，该变电站巡检小车实现了寻迹的基本功能，对模拟变电站机器环境进行拍照和实时上传的功能，以及对机器进行测温并将温度显示在OLED屏和电脑中的功能。

关键词：巡检小车，FPGA，ESP32，OV2640

目  录

摘  要

Abstract

1-绪论-1

1.1 研究目的和意义-1

1.2 国内外发展状况-1

2 总体方案设计-3

2.1 系统总体硬件设计-3

2.2 系统总体软件设计-3

2.3 进度安排-5

3 巡检小车硬件电路设计及制作-6

3.1 硬件总体框图-6

3.2 FPGA选型-6

3.2.1. FPGA简介-6

3.2.2. FPGA系统的基本配置-8

3.3 RISC-V处理器移植-8

3.4 巡检小车硬件电路设计-10

3.4.1. 步进电机驱动电路-10

3.4.2. 光电红外循迹模块电路-11

3.4.3. ESP32蓝牙—WIFI模块电路-12

3.4.4. 温度传感器电路-13

3.4.5. 图像传感器电路-14

3.4.6. OLED显示屏电路-14

3.5 小车的组装和硬件的固定-15

4 巡检小车软件程序设计-16

4.1 CDK开发环境配置-16

4.2 ESP32开发环境配置-17

4.3 小车状态机设计-18

4.4 ESP32总体软件程序设计-19

4.5 测温功能程序设计-20

4.5.1. DS18B20程序设计-20

4.5.2. MLX90614程序设计-22

4.6 图像传感程序设计-24

4.7 OLED驱动程序设计-26

4.8 电机驱动程序设计-27

5 调试过程及结果分析-28

5.1 调试过程-28

5.1.1. 处理器移植过程-28

5.1.2. 小车整体调试-30

5.1.3. ESP32-CAM及传感器功能调试-32

5.2 成果展示-33

5.3 误差分析-36

5.4 存在问题和改进思路-37

5.4.1. 小车的运动控制功能-37

5.4.2. 测温功能-37

5.4.3. 上位机管理功能-37

5.4.4. 报警功能-37

5.5 成本核算-38

5.5.1. 硬件成本-38

5.5.2. 成本说明-38

6 总结-39

7 致谢-40

8 参考文献-41