[发明专利]基于FPGA的灌溉控制系统

说明书

技术领域

本发明属于农业灌溉控制技术领域，涉及一种基于FPGA实现的灌溉控制系统。

背景技术

灌溉是农业生产中很重要的一个环节，是影响生产产量的重要因素，灌溉的自动控制则是提高农业生产的有效手段。随着信息技术在农业生产中的应用，灌溉系统智能化、高效化成为发展的方向。在水资源紧缺和生态环境双重制约下，将信息技术与农业灌溉相结合，开发出一种适合我国农业生产现状的智能灌溉系统具有重要的意义。

2012年国际遥感会议公开了一款基于STC89C52 MCU的智能节水灌溉系统，该系统由于STC89C52引脚数目的限制，一个系统只能控制单个大棚或田块的灌溉；另一方面，该系统只能接受上位机从串口发送来的数据，没有人工控制装置，无法进行人工干预。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于FPGA的灌溉控制系统，解决现有技术存在的一个系统只能控制单个大棚或田块灌溉的问题，并实现人工干预。

本发明的目的是这样实现的，基于FPGA的灌溉控制系统,包括控制器、控制面板、驱动电路和电磁阀，其中，电磁阀用于管路的打开和关闭，控制器与上位机和控制面板相连，接收来自上位机的灌溉命令和人工输入的控制命令，并进行分析处理，控制驱动电路开启或关闭电磁阀，实施灌溉。

本发明的特点还在于：

控制器由FPGA模块和通信模块组成，通信模块与上位机相连，FPGA模块与通信模块和控制面板相连。

每个管路设有一个电磁阀，控制不超过16个田块或大棚的灌溉，控制面板由LED显示和键盘控制模块、田块状态模块、键盘输入模块和数码管显示模块组成，LED显示和键盘控制模块与FPGA模块、田块状态模块、键盘输入模块和数码管显示模块)相连，田块状态模块由4×4发光二极管阵列组成，发光二极管对应表示FPGA模块内部存储的田块状态，包括缺水、正在灌溉和正常三个状态，键盘输入模块为4×4小键盘，提供用户指令的输入，通过LED显示和键盘控制模块传输给FPGA模块进行处理，数码管显示模块包括12个共阴极数码管，显示年月日时分秒或用户输入。

LED显示和键盘控制模块由两片HD7279A组成，一片HD7279A连接8位共阴极数码管和4×4小键盘，实现按键识别和低8位数据显示，另一片HD7279A连接4×4发光二极管阵列和4位共阴极数码管，显示田块状态和高4位数据。当有键按下时，连接键盘的HD7279A的key信号变高。控制器接收该信号后，向该HD7279A发送命令读取键值，并发送命令控制HD7279A将按键显示在数码管上。

FPGA模块内部包括数据收发模块、命令接收及日志上传模块、面板控制模块、键盘命令接收模块、键盘命令处理模块、田间管理模块、时间管理模块、用户管理模块和数码管显示模块，数据收发模块实现诊断决策系统与FPGA之间的数据传输，命令接收及日志上传模块通过数据收发模块接收诊断决策系统发送来的灌溉命令并向上位机上传日志文件，田间管理模块根据接收到的灌溉命令对指定区域按照规定的灌水量等进行灌溉，当人工进行干预时，用户首先要通过身份验证后才能输入命令，用户由用户管理模块管理，面板控制模块接收控制面板上键盘输入和控制控制面板上的数据和状态显示，键盘命令接收模块接收键盘输入并将其组装成命令交给键盘命令处理模块，键盘命令处理模块完成命令规定的操作或把命令转交给专门的模块处理，时间管理模块负责系统时间的管理，要显示的数据经过数码管显示模块处理后在数码管上显示。

FPGA模块中的FPGA采用A3P030-VQ100芯片,无需外接存储芯片。

驱动电路由电源电路和电磁阀驱动电路组成，用以提供系统运行所需电压并控制电磁阀开关来实施灌溉。

本发明与现有技术相比有益效果为：

（1）本发明采用FPGA模块，通过Verilog HDL实现所有控制逻辑，具有用户可编程性，功能强大且开发便捷。

（2）本发明采用FPGA模块，I/O引脚数目多，无需增加外围接口电路就能够同时控制多个大棚或田块的灌溉，易调试，生产成本低。

（3）本发明能同时实现自动控制和人工控制。不仅能通过通信模块接收决策系统发送来的控制命令，同时也能通过控制面板完成人工的手动调整和控制。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的FPGA模块的内部模块关系图；

图3是本发明的FPGA模块电路图；

图4是本发明的一支电磁阀驱动电路图；

图5是本发明的5V电源电路图；