基于FPGA设计的矿洞辅助工作芯片

一、应用背景

矿产资源勘探一直是一个国家重要的经济支柱，矿洞和矿场也是很多工人重要的工作场地。但是，与矿产相关的工作环境普遍存在极高的危险性，需要矿工拥有较强的安全防护意识。尽管如此，矿洞、矿场事故仍频频发生。为了提高矿工工作环境的安全度，我们设计了这款基于FPGA设计的矿洞辅助工作芯片，在芯片外部添加特定的模块电路，即可实现不同的功能，为矿工的工作提供辅助，对现场工作环境的安全性进行实时检测和预警。

二、机器人功能设计

机器人采取小车+机械臂为结构主体，在上面添加不同功能的模块扩展相应功能。

1. 通过视觉模块和机械臂模块结合实现工具的抓取和归位。
2. 通过温湿度传感器模块实时检测当前工作环境的温湿度，超过阈值则通过蜂鸣器（音响）进行预警。
3. 通过火焰传感器和烟雾传感器结合检测当前工作环境附近是否存在矿产资源的自燃现象，如果有则通过蜂鸣器（音响）进行报警。
4. 通过光亮度传感器实时检测当前工作环境亮度，当亮度低于阈值时自动开启灯光进行辅助照明。
5. 通过CO气敏传感器（MQ-7）实时检测当前工作环境的CO浓度含量，如果超过阈值则通过蜂鸣器（音响）报警。
6. 通过超声波传感器进行避障。
7. 通过蓝牙模块和语言控制模块实现一定的人机交互，例如用手机APP连接蓝牙控制小车移动，控制小车机械臂，通过语言控制模块控制照明灯开关等。
8. 通过人体传感器（雷达跟踪）检测附近工人位置，进行实时跟随。

三、芯片模块设计

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