基于fpga技术的棉模在线成型控制系统及其控制方法
【技术领域】
[0001 ]本发明专利涉及一种基于FPGA技术的棉模在线成型控制系统及其控制方法，其作用是将采摘下来的棉花在采棉机上完成在线打包成型，以便于运输和存放，属于棉花收获自动化技术领域。
【背景技术】
[0002]采棉机是棉花高效采收的自动化农业装备。为了便于运输和存放，有必要将采摘到棉箱内的棉花在线压缩并打包成型(又称:棉模成型)。然而，国内棉模在线成型控制系统的研究尚属空白，现有的棉模成型系统都是离线的，就是将采摘下来的松散棉花运输到固定地点，再用棉花液压压缩打包机成模。倘若可以实现在线打包成型，则可以大大提高采棉机的工作效率。
[0003]众所周知，与一般的微处理器相比，FPGA具有强大的并行处理能力、处理速度快、设计灵活等突出优点。如今国内基于FPGA的棉模在线成型控制系统的研究尚属空白，这不仅会导致采棉机频繁去卸载棉箱内的松散棉花，影响采摘效率，而且也不便于棉花采摘后的输运和存放。因此，研究基于FPGA技术的棉模在线成型自动控制系统，实现棉模成型的过程自动控制、成型进程可视化、故障声光报警等功能，对于实现采棉机稳定、高效的作业具有重要意义。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于设计一种基于FPGA技术的棉模在线成型控制系统及其控制方法，其实现棉花在线成模自动化控制。
[0005]本发明的具体解决方案如下:一种基于FPGA技术的棉模在线成型控制系统，其特征在于，其包括一个FPGA中央处理器模块、一个AD采集模块、一个CAN总线模块、一个RS232串口模块、一个状态量输入模块、一个状态量输出模块和一个电源模块，AD采集模块、CAN总线模块、RS232串口模块、状态量输入模块、状态量输出模块和电源模块都与FPGA中央处理器模块连接。
[0006]优选地，所述AD米集模块包括第一继电器、第一电阻、第一电容、第二电容、运算放大器、第三电容、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一三极管、第一二极管、AD转换芯片，传感器信号连接到第一继电器，该第一继电器连接第一电阻和第二电阻，第二电阻的另一端接模拟地，第一电阻的另一端接运算放大器和第三电容，第三电容的另一端接模拟地，运算放大器连接到该运算放大器，正5V电源连接到运算放大器和第一电容的正极，第一电容的负极接模拟地，第二电容的两端分别连接到第一电容的两端，运算放大器接模拟地，过流保护信号连接到第三电阻的一端，第三电阻的另一端连接第一三极管;第四电阻的一端连接三极管，另一端连接模拟地;第一三极管接模拟地，第一三极管连接第一二极管的正极，第一二极管的负极接5V电源;第一继电器接模拟地，第一继电器的第I引脚接第一二极管的负极，第一继电器的第8引脚接第一二极管的正极，运算放大器的输出信号送入AD转换芯片。
[0007]优选地，所述CAN总线模块包括第一电平转换芯片、CAN总线控制器、第五电阻、第六电阻、第三电容、第四电容、第七电阻、第五电容、晶振、第六电容、CAN总线收发芯片，FPGA中央处理器模块输出的通信信号经第一电平转换芯片转换成3.3V的通信信号，3.3V的通信信号送入CAN总线控制器，CAN总线控制器接5V电源，CAN总线控制器接FPGA中央处理器模块，CAN总线控制器接晶振，第五电容的一端接晶振，另一端接数字地;第六电容的一端接晶振，另一端接数字地;第五电阻的一端接5V电源，另一端接CAN总线控制器;第六电阻的一端接CAN总线控制器，另一端接数字地;CAN总线控制器接CAN总线收发芯片，第三电容的一端接数字地，另一端接5V电源;第七电阻的一端接5V电源，另一端接第四电容的正极;第四电容的负极接数字地，第四电容的正极接CAN总线控制器。
[0008]优选地，所述RS232串口模块包括第二电平转换芯片、第七电容、第八电容、第九电容、第十电容，FPGA中央控制器接第二电平转换芯片，第二电平转换芯片接PC机，第七电容接电平转换芯片，第八电容接第二电平转换芯片，第九电容接第二电平转换芯片，第十电容的一端接第二电平转换芯片，第十电容的另一端接数字地。
[0009]优选地，所述状态量输入模块包括第八电阻、第一光电隔离芯片、第九电阻，夕卜部的状态量信号送入第一光电隔离芯片，第八电阻的一端接5V电源，第八电阻的另一端接第一光电隔离芯片，第一光电隔离芯片接数字地，第九电阻的一端接3.3V电源，第九电阻的另一端接第一光电隔离芯片;状态量信号通过第一光电隔离芯片送入FPGA中央处理器模块。
[0010]优选地，所述状态量输出模块包括第十电阻、第十一电阻、第二光电隔离芯片、第十二电阻、第十一电容、第十三电阻、第二二极管、第二三极管、第十四电阻、第一发光二极管、第二继电器，FPGA中央处理器模块输出状态量信号，状态量信号送入第二光电隔离芯片，第十电阻的一端接第二光电隔离芯片，另一端接3.3V电源;第^^一电阻的一端接第二光电隔离芯片，另一端接3.3V电源;第二光电隔离芯片接24V电源;第二二极管的一端接第一发光二极管的负极和第二三极管的集电极，另一端接24V电源;第十二电阻的一端接光电隔离芯片，另一端接数字地;第十三电阻的一端接光电隔离芯片，另一端接第二三极管的基极;第十一电容的一端接第二三极管的基极，另一端接数字地，第二三极管的发射极接数字地，第一发光二极管的正极接第二三极管的集电极，负极接24V电源;第十四电阻的一端接24V电源，另一端接第一发光二极管的正极;第一发光二极管的负极接三极管的集电极，第二继电器接第二三极管的集电极。
[0011]优选地，所述电源模块包括整流桥、第十二电容、第一稳压管、第十五电阻、第十三电容、第十四电容、第一稳压芯片、第二稳压管、电感、第十五电容、第十六电容、第十七电容、第二稳压芯片、第十八电容、第十九电容、第三稳压芯片、第二十电容、第二十一电容、第二十二电容、第二十三电容、第二十四电容、第二十五电容、第十六电阻、第十七电阻、第二发光二极管、第二十六电容、第二十七电容、第四稳压芯片，外部电源分别接入整流桥;第十二电容的正极接整流桥，负极接模拟地;第一稳压管的负极接整流桥，正极接模拟地;第一稳压芯片接整流桥，电感的另一端接第十五电容的正极，第十五电容的负极接模拟地，第二稳压管的负极接第一稳压芯，正极接模拟地;第十六电容的两端分别接在第十五电容的两端;第十五电阻的一端接整流桥，另一端接模拟地;第十三电容的正极接第一稳压芯片，第十四电容的一端接第一稳压芯片，另一端接模拟地;第二稳压芯片接5V电源，第十七电容的正极接第二稳压芯片，负极接模拟地;第十八电容的正极接第二稳压芯片，负极接模拟地；第三稳压芯片接第二稳压芯片；第三稳压芯片接第三稳压芯片，第十九电容的一端接第三稳压芯片，另一端接模拟地，第二十电容的正极接第三稳压芯片，第二十一电容的正极接5V电源，负极接模拟地;第二十二电容的两端分别接第二 i^一电容的两端，第二十三电容的一端接3.3V电源，另一端接模拟地;第二十四电容的正极接3.3V电源，另一端接模拟地;第二十五电容的两端分别接第二十四电容的两端;第十六电阻的一端接模拟地，另一端接数字地;第十七电阻的一端接模拟地，另一端接第二发光二极管的负极;第二发光二极管的正极接5V电源，第四稳压芯片接24V电源;第二十六电容的一端接第四稳压芯片，另一端接模拟地;第二十七电容的一端接第四稳压芯片，另一端接模拟地。
[0012]本发明还提供一种基于FPGA技术的棉模在线成型控制系统的控制方法，其特征在于，其包括以下步骤:
步骤一:将FPGA中央处理器模块上电初始化，初始化后的各参数通过CAN总线模块传送到上位机，进入打包的程序；
步骤二:FPGA中央处理器模块控制搅龙正转继电器和搅龙反转继电器吸合或断开，使搅龙正旋转5秒，再反旋转5秒；
步骤三:FPGA中央处理器模块采集的搅龙的压力传感器输出搅龙的压力值，判断当前采集的搅龙的压力传感器的搅龙压力值是否小于或等于搅龙标定的压力值，如果当前采集的压力传感器的搅龙压力值是小于或等于搅龙标定的压力值，则FPGA中央处理器模块控制搅龙压实压力传感器输出，驱动压实器向下压，搅龙停止转动，并实时地分别将当前采集的压力传感器的搅龙的压力值、采棉机的