CN105652751A - 基于fpga技术的棉模在线成型控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于FPGA技术的棉模在线成型控制系统及其控制方法，基于FPGA技术的棉模在线成型控制系统包括一个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。本发明颠覆了以往棉模成型由人工踩踏压实或者离线打包方式，实现了棉模在线成型的全自动化，填补了棉模成型自动化领域的空白，大幅提高棉模成型效率和采棉效率。

Description

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

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

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。

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

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。

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。

优选地，所述AD采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1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。

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。

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。

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，外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。

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；第十一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。

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二十一电容的两端，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。

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、采棉机的棉箱内的棉垛高度值以及报警信息通过CAN总线模块传送到上位机上，如果当前采集的压力传感器的搅龙压力值不是小于或等于搅龙标定的压力值，则转步骤五；

步骤四：FPGA中央处理器模块采集的棉垛高度传感器输出棉垛的高度值，判断采棉机的棉箱内棉垛的高度值是否大于或等于所标定的棉箱高度值，如果采棉机的棉箱内棉垛的高度是大于或等于棉箱内棉垛的高度值，则向FPGA中央处理器模块发送信号，FPGA中央处理器模块发出声光报警信号，以提醒工作人员棉仓已满，然后将棉仓门打开，同时，FPGA中央处理器模块向卸棉装置的齿轮转速传感器发送信号，控制采棉机的棉箱向下转动，使棉垛从棉箱内送出，并实时地分别将当前棉箱内的棉垛高度值、压力传感器的搅龙的压力值、以及报警信息通过CAN总线通讯传送到上位机显示屏上，如果采棉机的棉箱内棉垛的高度不是大于或等于棉箱内棉垛的高度值，则转至步骤五；

步骤五：压实器压力传感器的输出值为高电平，使压实器停止上升，搅龙继续转动，跳转到步骤四，循环步骤四至步骤五，即重复搅龙的正转或反转、门开关继电器吸合或断开、棉箱门打开或关闭的动作，控制棉垛从棉箱内卸出。

本发明具有如下显而易见的实质性特点和优点：本发明是一种基于FPGA的自动化棉模在线成型系统，以往棉花打包主要靠人力或离线进行，即采棉时通过人工在棉仓中将棉花踩实或者二运输到制定地点利用打包机成型，这种传统的方式不但费时、费力、增加了采棉成本，而且限制低了采棉机的采棉效率。本发明实现了棉模在线成型的自动化操作，并且提高了棉模成型的效率和采棉机的采棉效率，填补了棉模在线成型自动化领域的空白，对促进农业棉花自动收获起到了很大的促进作用。

附图说明

图1是本发明的总体原理图。

图2是本发明的AD采集模块原理图。

图3是本发明的CAN总线模块原理图。

图4是本发明的RS232串口模块原理图。

图5是本发明的状态量输入模块原理图。

图6是本发明的状态量输出模块原理图。

图7是本发明的电源模块原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施作进一步详细说明：

参见图1，本发明基于FPGA的棉模在线成型系统包括一个FPGA中央处理器模块91、一个AD采集模块92、一个CAN总线模块93、一个RS232串口模块94、一个状态量输入模块95、一个状态量输出模块96和一个电源模块97，AD采集模块92、CAN总线模块93、RS232串口模块94、状态量输入模块95、状态量输出模块96和电源模块97都与FPGA中央处理器模块91连接。

FPGA中央处理器模块是由FPGA控制芯片、时钟电路、复位电路、SDRAM存储芯片、EEPROM存储芯片、AS接口电路、JTAG接口电路构成。FPGA中央处理器模块连接AD采集模块对棉模高度传感器、搅龙压力传感器、压实器压力传感器等数据进行采集；FPGA中央处理器模块连接搅龙正反转继电器的开关决定搅龙的正、反转；FPGA中央处理器模块连接压实器继电器的开关决定压实器的上、下运动；FPGA中央处理器模块控制门开关继电器的输出，其输出值决定装卸模式，输出高电平为采棉状态，低电平为卸棉状态；FPGA中央处理器模块通过CAN总线模块与上位机进行实时通信；FPGA中央处理器模块与RS232串口模块相连，通过RS232串口下载程序，并进行系统调试；FPGA中央处理器模块连接电源模块为整个控制器供电。所述AD采集模块采集模拟信号通过滤波电路进行信号滤波、经过电压放心芯片进行模拟电压信号放大、经过AD转换芯片模拟信号转换为数字信号传入FPGA中央处理器模块。

所述状态量输入模块将采集的外部数字信号经过光电隔离芯片去除干扰信号后送入FPGA中央处理器模块。FPGA中央处理器模块对输入信号进行相应的处理。所述状态量输出模块将输出的控制信号经光电隔离芯片去除干扰信号后通过继电器驱动电路来驱动继电器。上位机通过CAN总线模块连接FPGA中央处理器模块，实现实时通信。在棉模成型系统开发时，需要通过RS232串口模块把程序下载到FPGA中央处理器模块，并且进行相应的系统调试。所述电源模块主要为24V-10V、5V-3.3V、3.3V-1.2V电源转换芯片，电源模块为整个检测系统供电。

如图2所示，AD采集模块包括第一继电器M1、第一电阻R1、第一电容C1、第二电容C2、运算放大器X1、第三电容C3、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一三极管Q1、第一二极管D1、AD转换芯片U10，传感器信号Sensor1+连接到第一继电器M1的第7引脚，该第一继电器M1的第6引脚连接第一电阻R1和第二电阻R2，第二电阻R2的另一端接模拟地，第一电阻R1的另一端接运算放大器X1的第3引脚和第三电容C3，第三电容C3的另一端接模拟地，运算放大器X1的第2引脚连接到该运算放大器X1的第1引脚，正5V电源连接到运算放大器X1的第8引脚和第一电容C1的正极，第一电容C1的负极接模拟地，第二电容C2的两端分别连接到第一电容C1的两端，运算放大器X1的第4引脚接模拟地，过流保护信号overcurrent1连接到第三电阻R3的一端，第三电阻R3的另一端连接第一三极管Q1的第2引脚，第四电阻R4的一端连接第一三极管Q1的第2引脚，另一端连接模拟地，第一三极管Q1的第1引脚接模拟地，第一三极管Q1的第3引脚连接第一二极管D1的正极，第一二极管D1的负极接5V电源，第一继电器M1的第3引脚接模拟地，第一继电器M1的第1引脚接第一二极管D1的负极，第一继电器M1的第8引脚接第一二极管D1的正极，运算放大器X1的第1引脚的输出信号AIN_V1送入AD转换芯片U10。

如图3所示，CAN总线模块包括第一电平转换芯片U11、CAN总线控制器U2、第五电阻R5、第六电阻R6、第三电容C3、第四电容C4、第七电阻R7、第五电容C5、晶振Z1、第六电容C6、CAN总线收发芯片U1，FPGA中央处理器模块91输出的5V的通信信号经第一电平转换芯片U11转换成3.3V的通信信号AD[0...7]，3.3V的通信信号AD[0...7]送入CAN总线控制器U2的第23引脚、第24引脚、第25引脚、第26引脚、第27引脚、第28引脚、第1引脚、第2引脚，CAN总线控制器U2的第11引脚、第12引脚、第18引脚和第22引脚接5V电源，CAN总线控制器U2的第8引脚、第15引脚和第21引脚接数字地，CAN总线控制器U2的第3引脚、第4引脚、第5引脚、第6引脚分别接FPGA中央处理器模块91，CAN总线控制器U2的第9引脚接晶振Z1的第2引脚，第10引脚接晶振Z1的第1引脚，第五电容C5的一端接晶振Z1的第2引脚，另一端接数字地，第六电容C6的一端接晶振Z1的第1引脚，另一端接数字地，第五电阻R5的一端接5V电源，另一端接CAN总线控制器U2的第20引脚，第六电阻R6的一端接CAN总线控制器U2的第20引脚，另一端接数字地，CAN总线控制器U2的第13引脚和第19引脚分别接CAN总线收发芯片U1的第1引脚和第4引脚，第三电容C3的一端接数字地，另一端接5V电源，第七电阻R7的一端接5V电源，另一端接第四电容C4的正极，第四电容C4的负极接数字地，第四电容C4的正极接CAN总线控制器U2的第17引脚，CAN总线收发芯片U1的第2引脚和第8引脚接数字地，第3引脚接5V电源，第6引脚、第7引脚分别接CANL、CANH。

如图4所示，RS232串口模块包括第二电平转换芯片U3、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10，FPGA中央控制器模块91的相应引脚分别接第二电平转换芯片U3的第11引脚和第12引脚，第二电平转换芯片U3的第13引脚和第14引脚接PC机，第七电容C7的两端分别接电平转换芯片U3的第1引脚和第3引脚，第八电容C8的两端分别接第二电平转换芯片U3的第4引脚和第5引脚，第二电平转换芯片U3的第15引脚接数字地，第16引脚接3.3V电源，第九电容C9的两端分别接第二电平转换芯片U3的第2引脚和第16引脚，第十电容C10的一端接第二电平转换芯片U3的第6引脚，第十电容的另一端接数字地。

如图5所示，状态量输入模块包括第八电阻R8、第一光电隔离芯片U4、第九电阻R9，外部的状态量信号DI1送入第一光电隔离芯片U4的第2引脚，第八电阻R8的一端接5V电源，另一端接第一光电隔离芯片U4的第1引脚，第一光电隔离芯片U4的第3引脚接数字地，第九电阻R9的一端接3.3V电源，另一端接第一光电隔离芯片U4的第4引脚，状态量信号通过第一光电隔离芯片U4的第4引脚送入FPGA中央处理器模块91。

如图6所示，状态量输出模块包括第十电阻R10、第十一电阻R11、第二光电隔离芯片U5、第十二电阻R12、第十一电容C11、第十三电阻R13、第二二极管D2、第二三极管Q2、第十四电阻R14、第一发光二极管D3、第二继电器M2，FPGA中央处理器模块91输出状态量信号P_DO1，状态量信号P_DO1送入第二光电隔离芯片U5的第2引脚，第十电阻R10的一端接第二光电隔离芯片U5的第2引脚，另一端接3.3V电源，第十一电阻R11的一端接第二光电隔离芯片U5的第1引脚，另一端接3.3V电源，第二光电隔离芯片U5的第4引脚接24V电源，第二二极管D2的一端接第一发光二极管D3的负极和第二三极管Q2的集电极，另一端接24V电源，第十二电阻R12的一端接第二光电隔离芯片U5的第3引脚，另一端接数字地，第十三电阻R13的一端接第二光电隔离芯片U5的第3引脚，另一端接第二三极管Q2的基极，第十一电容C11的一端接第二三极管Q2的基极，另一端接数字地，第二三极管Q2的发射极接数字地，第一发光二极管D3的正极接第二三极管Q2的集电极，负极接24V电源，第十四电阻R14的一端接24V电源，另一端接第一发光二极管D3的正极，第一发光二极管D3的负极接第二三极管Q2的集电极，第二继电器M2的第4引脚接第二三极管Q2的集电极，第5引脚接24V电源，第1引脚和第3引脚接外部设备。

如图7所示，电源模块包括整流桥S1、第十二电容C12、第一稳压管W1、第十五电阻R15、第十三电容C13、第十四电容C14、第一稳压芯片U6、第二稳压管W2、电感L1、第十五电容C15、第十六电容C16、第十七电容C17、第二稳压芯片U7、第十八电容C18、第十九电容C19、第三稳压芯片U8、第二十电容C20、第二十一电容C21、第二十二电容C22、第二十三电容C23、第二十四电容C24、第二十五电容C25、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第二发光二极管D4、第二十六电容C26、第二十七电容C27、第四稳压芯片U9，外部电源正负极分别接入整流桥S1的第2引脚和第4引脚，整流桥S1的第1引脚接模拟地，第3引脚接24V电源，第十二电容C12的正极接整流桥S1的第3引脚，负极接模拟地，第一稳压管W1的负极接整流桥S1的第3引脚，正极接模拟地，第一稳压芯片U6的第1引脚接整流桥S1的第3引脚，第一稳压芯片U6的第3引脚和第5引脚接模拟地，第4引脚接电感L1的一端，电感L1的另一端接第十五电容C15的正极，第十五电容C15的负极接模拟地，第二稳压管W2的负极接第一稳压芯片U6的第2引脚，正极接模拟地，第十六电容C16的两端分别接在第十五电容C15的两端，第十五电阻R15的一端接整流桥S1的第3引脚，另一端接模拟地，第十三电容C13的正极接第一稳压芯片U6的第1引脚，另一端接模拟地，第十四电容C14的一端接第一稳压芯片U6的第1引脚，另一端接模拟地，第二稳压芯片U7的第3引脚接5V电源，第1引脚接模拟地，第2引脚输出3.3V电源，第十七电容C17的正极接第二稳压芯片U7的第3引脚，负极接模拟地，第十八电容C18的正极接第二稳压芯片U7的第2引脚，负极接模拟地，第三稳压芯片U8的第3引脚接第二稳压芯片U7的第2引脚，第1引脚接模拟地，第2引脚输出1.2V电源，第三稳压芯片U8的第4引脚接第三稳压芯片U8的第2引脚，第十九电容C19的一端接第三稳压芯片U8的第3引脚，另一端接模拟地，第二十电容C20的正极接第三稳压芯片U8的第2引脚，第二十一电容C21的正极接5V电源，负极接模拟地，第二十二电容C22的两端分别接第二十一电容C21的两端，第二十三电容C23的一端接3.3V电源，另一端接模拟地，第二十四电容C24的正极接3.3V电源，另一端接模拟地，第二十五电容C25的两端分别接第二十四电容C24的两端，第十六电阻R16的一端接模拟地，另一端接数字地，第十七电阻R17的一端接模拟地，另一端接第二发光二极管D4的负极，第二发光二极管D4的正极接5V电源，第四稳压芯片U9的第1引脚接24V电源，第2引脚接模拟地，第3引脚输出10V电源，第二十六电容C26的一端接第四稳压芯片U9的第1引脚，另一端接模拟地，第二十七电容C27的一端接第四稳压芯片U9的第3引脚，另一端接模拟地。

本发明的工作原理是：搅龙控制继电器的开关决定搅龙是正转还是反转；压实器继电器的开关决定压实器的上、下运动；门开关继电器的输出值决定装卸模式，输出高电平为采棉状态，低电平为卸棉状态。

本发明基于FPGA技术的棉模在线成型控制系统的控制方法包括以下步骤：

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、采棉机的棉箱内的棉垛高度值以及报警信息通过CAN总线模块传送到上位机上，如果当前采集的压力传感器的搅龙压力值不是小于或等于搅龙标定的压力值，则转步骤五；

步骤四：FPGA中央处理器模块采集的棉垛高度传感器输出棉垛的高度值，判断采棉机的棉箱内棉垛的高度值是否大于或等于所标定的棉箱高度值，如果采棉机的棉箱内棉垛的高度是大于或等于棉箱内棉垛的高度值，则向FPGA中央处理器模块发送信号，FPGA中央处理器模块发出声光报警信号，以提醒工作人员棉仓已满，然后将棉仓门打开，同时，FPGA中央处理器模块向卸棉装置的齿轮转速传感器发送信号，控制采棉机的棉箱向下转动，使棉垛从棉箱内送出，并实时地分别将当前棉箱内的棉垛高度值、压力传感器的搅龙的压力值、以及报警信息通过CAN总线通讯传送到上位机显示屏上，如果采棉机的棉箱内棉垛的高度不是大于或等于棉箱内棉垛的高度值，则转至步骤五；

步骤五：压实器压力传感器的输出值为高电平，使压实器停止上升，搅龙继续转动，跳转到步骤四，循环步骤四至步骤五，即重复搅龙的正转或反转、门开关继电器吸合或断开、棉箱门打开或关闭的动作，控制棉垛从棉箱内卸出。

本发明颠覆了以往棉模成型由人工踩踏压实或者离线打包方式，实现了棉模在线成型的全自动化，填补了棉模成型自动化领域的空白，大幅提高棉模成型效率和采棉效率。

Claims (8)

1.一种基于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。

2.根据权利要求1所述的基于FPGA技术的棉模在线成型控制系统，其特征在于，所述AD采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1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。

3.根据权利要求1所述的基于FPGA技术的棉模在线成型控制系统，其特征在于，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。

4.根据权利要求1所述的基于FPGA技术的棉模在线成型控制系统，其特征在于，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。

5.根据权利要求1所述的基于FPGA技术的棉模在线成型控制系统，其特征在于，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，外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。

6.根据权利要求1所述的基于FPGA技术的棉模在线成型控制系统，其特征在于，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；第十一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。

7.根据权利要求1所述的基于FPGA技术的棉模在线成型控制系统，其特征在于，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二十一电容的两端，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。

8.一种基于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、采棉机的棉箱内的棉垛高度值以及报警信息通过CAN总线模块传送到上位机上，如果当前采集的压力传感器的搅龙压力值不是小于或等于搅龙标定的压力值，则转步骤五；

步骤四：FPGA中央处理器模块采集的棉垛高度传感器输出棉垛的高度值，判断采棉机的棉箱内棉垛的高度值是否大于或等于所标定的棉箱高度值，如果采棉机的棉箱内棉垛的高度是大于或等于棉箱内棉垛的高度值，则向FPGA中央处理器模块发送信号，FPGA中央处理器模块发出声光报警信号，以提醒工作人员棉仓已满，然后将棉仓门打开，同时，FPGA中央处理器模块向卸棉装置的齿轮转速传感器发送信号，控制采棉机的棉箱向下转动，使棉垛从棉箱内送出，并实时地分别将当前棉箱内的棉垛高度值、压力传感器的搅龙的压力值、以及报警信息通过CAN总线通讯传送到上位机显示屏上，如果采棉机的棉箱内棉垛的高度不是大于或等于棉箱内棉垛的高度值，则转至步骤五；

步骤五：压实器压力传感器的输出值为高电平，使压实器停止上升，搅龙继续转动，跳转到步骤四，循环步骤四至步骤五，即重复搅龙的正转或反转、门开关继电器吸合或断开、棉箱门打开或关闭的动作，控制棉垛从棉箱内卸出。