[发明专利]一种基于FPGA和ARM的智慧大棚分布式温湿度控制模组

说明书

本发明公开了一种基于FPGA和ARM的智慧大棚分布式温湿度控制模组，包括4G无线模组、温湿度信号智能控制单元、温湿度传感器和电机；所述温湿度传感器将获取的温湿度信号转换为模拟信号或者I2C数字信号，送入温湿度信号智能控制单元；所述温湿度信号智能控制单元包括基于FPGA的前端信号采集模块和基于ARM信号的数据控制模块，本发明极大的减轻了智慧大棚应用场景中，单独采用ARM控制器大范围多传感器温湿度信号测量时的ARM数据处理压力，同时也便于大幅度提升边缘运算的数据处理能力，使智慧大棚分布式、多节点、多传感器数据融合成为可能。

技术领域

本发明涉及温控技术领域，具体是一种基于FPGA和ARM的智慧大棚分布式温湿度控制模组。

背景技术

蔬菜大棚是一种具有出色的保温性能的框架覆膜结构，它出现使得人们可以吃到反季节蔬菜。一般蔬菜大棚使用竹结构或者钢结构的骨架，上面覆上一层或多层保温塑料膜，这样就形成了一个温室空间。外膜很好地阻止内部蔬菜生长所产生的二氧化碳的流失，使棚内具有良好的保温效果。

常见的大棚温湿度控制设备在对温湿度进行调控时，通常是在大棚内的一两个位置安装温湿度传感器，温湿度传感器采集数据的单一性较大，不利于多传感器数据融合和智慧大棚温度的精准控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于FPGA和ARM的智慧大棚分布式温湿度控制模组及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于FPGA和ARM的智慧大棚分布式温湿度控制模组，包括4G无线模组、温湿度信号智能控制单元、温湿度传感器和电机；所述温湿度传感器将获取的温湿度信号转换为模拟信号或者I2C数字信号，送入温湿度信号智能控制单元；所述温湿度信号智能控制单元包括基于FPGA的前端信号采集模块和基于ARM信号的数据控制模块，温湿度传感器信号首先送入FPGA；所述FPGA通过在芯片内部实现多个基于I2C协议的温湿度功能模块，从而实现分布式多传感器温湿度信号的快速控制；控制后的结果通过UART协议送给ARM上的数据控制模块；然后通过4G通讯模块送到云端。

作为本发明的进一步技术方案：所述温湿度信号智能控制单元采用ARM+FPGA控制器，FPGA负责信号控制算法的硬件加速，ARM负责实现集中控制和模块之间数据及指令交换。

作为本发明的进一步技术方案：所述温湿度信号智能控制单元分别采用Verilog语言和C语言来编写温湿度信号传感器接口控制程序和温湿度信号调理及其通信控制程序，所述温湿度信号传感器接口控制程序包括采用硬件描述语言Verilog实现的I2C接口程序和UART接口控制程序，所述温湿度信号调理及其通信控制程序是采用C语言实现的UART接口程序，在UART接口程序的基础上，设计自定义协议的ARM与FPGA通信协议程序，从而完成整个系统内部的功能模块之间的通信。

作为本发明的进一步技术方案：所述温湿度信号智能控制单元为FPGA和ARM异构双控制器架构，实现多个温湿度传感器数据的同步采集，使ARM控制器有充足的CPU资源进行其他的算法实现。

作为本发明的进一步技术方案：所述温湿度信号智能控制单元以UART协议实现从FPGA控制器的多传感器数据接收，并将多通道温湿度数据通过4G模组上传到云端。

作为本发明的进一步技术方案：可以同时布置在多个智慧大棚监测点，每个智慧大棚分布式温湿度控制模组负责本监测点的温湿度信号的采集和控制；采用分布式边缘运算的工作方式；各智慧大棚分布式温湿度控制模组根据所接收的云端指令执行相应的控制控制要求；运算执行结果由ARM控制器结果可以实时传给云端，既避免了大量数据拥堵网络，又减轻了云端的数据处理压力，同时利于智慧大棚分布式温湿度控制模组对本地大棚数据和异常信息进行及时的响应。

作为本发明的进一步技术方案：还包括外接的直流电机，根据智慧大棚内部温湿度；对大棚进行放风，以保证智慧大棚内部温湿度符合植物生长环境需要。