CN211544760U - 一种基于fpga控制器的垃圾分类收集控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种基于FPGA控制器的垃圾分类收集控制系统，属于基于FPGA控制器的垃圾分类收集控制技术领域；所要解决的技术问题为：提供一种基于FPGA控制器的垃圾分类收集控制系统硬件结构的改进；解决该技术问题采用的技术方案为：包括设置在垃圾收集站入口处的车牌照摄像头和射频标签阅读器，垃圾收集站入口与地磅房间连接，地磅房间内设置有动态汽车衡，所述地磅房间的出口处同样设置有车牌照摄像头和射频标签阅读器；垃圾收集站内还设置有转运车间，转运车间的入口处设置有交通指挥灯和快速门，转运车间的内部设置有液压对接控制器件，转运车间的出口外侧设置有满车箱装车位，满车箱装车位上放置有装满垃圾待转运的车箱；本实用新型应用于垃圾收集站。

Description

一种基于FPGA控制器的垃圾分类收集控制系统

技术领域

本实用新型一种基于FPGA控制器的垃圾分类收集控制系统，属于基于FPGA控制器的垃圾分类收集控制技术领域。

背景技术

为响应垃圾分类政策，近几年国内各大中城市已陆续开始实施或布局规划响应的配套设施，要想实现生活垃圾收集受控、资源合理调配、系统运行高效，依靠数字环卫信息管理平台，使垃圾分类收集设备的控制数字化、智能化已势在必行。

目前，市场上提供的垃圾站系统大多采用混合收集方式，已不能适应国内垃圾分类收集的大趋势和社会需求，由于传统垃圾转运站大多采用常规电气控制或PLC、DCS等工业控制器，如果想完成垃圾站内信息的统一收集并执行相应的反馈控制，需要再单独配置工业电脑和网路进行组态，使垃圾站内各装置设备无法单独进行控制。

另一方面，采用传统的垃圾站控制系统，无法对进入垃圾站的车辆实行有效的管理，垃圾车的信息仍然依赖人工登记，上下级汇报采用对讲机进行数据交换，对车辆的调度及数据采集效率较低，人力成本高，并存在一定错误率，这些缺陷都是由于目前的硬件控制系统受到限制而造成，因此目前使用的垃圾分类收集控制系统有待改进。

实用新型内容

本实用新型为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种基于FPGA控制器的垃圾分类收集控制系统硬件结构的改进。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种基于FPGA控制器的垃圾分类收集控制系统，包括设置在垃圾收集站入口处的车牌照摄像头和射频标签阅读器，所述垃圾收集站入口与地磅房间连接，所述地磅房间内设置有动态汽车衡，所述地磅房间的出口处同样设置有车牌照摄像头和射频标签阅读器；

所述垃圾收集站内还设置有转运车间，所述转运车间的入口处设置有交通指挥灯和快速门，所述转运车间的内部设置有液压对接控制器件，所述转运车间的出口外侧设置有满车箱装车位，所述满车箱装车位上放置有装满垃圾待转运的车箱；

所述垃圾收集站内还设置有控制间，所述控制间内设置有FPGA控制器，所述FPGA控制器通过导线分别与车牌照摄像头、射频标签阅读器、动态汽车衡、交通指挥灯、快速门、液压对接控制器件相连；

所述FPGA控制器还通过工业以太网与监控中心计算机相连；

所述地磅房间的出口通过引导线路分别与转运车间的入口处、满车箱装车位、垃圾收集站出口连通；

所述垃圾收集站入口由可卸式垃圾车驶入，所述可卸式垃圾车上装载有车箱，所述车箱上还设置有射频标签。

所述FPGA控制器内部设置有微控制器，所述微控制器通过CAN总线电缆分别与车牌照摄像头、射频标签阅读器、交通指挥灯、快速门、液压对接控制器件相连；

所述微控制器通过串口通信电缆与动态汽车衡相连。

所述FPGA控制器内部设置的微控制器型号为Kintex-7。

本实用新型相对于现有技术具备的有益效果为：本实用新型基于FPGA控制器对垃圾站的垃圾分类收集工作进行统一控制与管理，相对于传统的PLC和DCS控制器具有灵活性高，存储量大，控制精度高等优点，采用FPGA控制器同时可以完成垃圾车箱信息扫码、分类收集、动作控制、站内车辆调度等功能，并与管理平台完成信息交换，无需再配置工业电脑进行组态，简化了系统，降低了系统运行故障率，有效提高垃圾站对垃圾的分类收集效率，具有很好的实用价值和市场使用前景。

附图说明

下面结合附图对本实用新型做进一步说明：

图1为本实用新型的结构示意图；

图中：1为可卸式垃圾车、2为车箱、3为车牌照摄像头、4为射频标签阅读器、5为射频标签、6为FPGA控制器、7为动态汽车衡、8为监控中心计算机、9为转运车间、10为交通指挥灯、11为快速门、12为液压对接控制器件。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型一种基于FPGA控制器的垃圾分类收集控制系统，包括设置在垃圾收集站入口处的车牌照摄像头（3）和射频标签阅读器（4），所述垃圾收集站入口与地磅房间连接，所述地磅房间内设置有动态汽车衡（7），所述地磅房间的出口处同样设置有车牌照摄像头（3）和射频标签阅读器（4）；

所述垃圾收集站内还设置有转运车间（9），所述转运车间（9）的入口处设置有交通指挥灯（10）和快速门（11），所述转运车间（9）的内部设置有液压对接控制器件（12），所述转运车间（9）的出口外侧设置有满车箱装车位，所述满车箱装车位上放置有装满垃圾待转运的车箱（2）；

所述垃圾收集站内还设置有控制间，所述控制间内设置有FPGA控制器（6），所述FPGA控制器（6）通过导线分别与车牌照摄像头（3）、射频标签阅读器（4）、动态汽车衡（7）、交通指挥灯（10）、快速门（11）、液压对接控制器件（12）相连；

所述FPGA控制器（6）还通过工业以太网与监控中心计算机（8）相连；

所述地磅房间的出口通过引导线路分别与转运车间（9）的入口处、满车箱装车位、垃圾收集站出口连通；

所述垃圾收集站入口由可卸式垃圾车（1）驶入，所述可卸式垃圾车（1）上装载有车箱（2），所述车箱（2）上还设置有射频标签（5）。

所述FPGA控制器（6）内部设置有微控制器，所述微控制器通过CAN总线电缆分别与车牌照摄像头（3）、射频标签阅读器（4）、交通指挥灯（10）、快速门（11）、液压对接控制器件（12）相连；

所述微控制器通过串口通信电缆与动态汽车衡（7）相连。

所述FPGA控制器（6）内部设置的微控制器型号为Kintex-7。

本实用新型在使用时，首先由司机驾驶可卸式垃圾车（1）装载车箱（2）进入垃圾收集站时，由设置在入口处的车牌照摄像头（3）采集该可卸式垃圾车（1）的车牌号码，并由设置在入口闸机处的射频标签阅读器（4）读取车箱（2）上的射频标签（5），所述射频标签（5）上储存有车箱（2）的编号、容积、垃圾成分信息；所述车牌照摄像头（3）和射频标签阅读器（4）将采集到的信息数据实时发送至FPGA控制器（6）进行分析处理；

可卸式垃圾车（1）通过入口后进入地磅房间，司机驾驶可卸式垃圾车（1）通过动态汽车衡（7）进行称重，所述动态汽车衡（7）将采集到的重量数据实时发送至FPGA控制器（6），FPGA控制器（6）将该辆车的车牌号码信息与称重信息进行绑定，由预设参数判断该辆可卸式垃圾车（1）装载的车箱（2）是否满箱、是否空箱、是否没有拉箱状态；FPGA控制器（6）将分析处理后的数据通过以太网通信模块上传至监控中心计算机（8）进行数据更新；

所述监控中心计算机（8）对该车箱（2）的状态进行判断，根据不同判断做出相应操作：

如果车箱（2）被判断为空车箱，监控中心计算机（8）将向FPGA控制器（6）反馈控制指令，根据采集到的该车箱射频标签（5）确定垃圾成分类别，向可卸式垃圾车（1）发出交通指挥引导信号，将可卸式垃圾车（1）引导至垃圾收集站相应类型垃圾的转运车间（9）前方，然后FPGA控制器（6）向该转运车间（9）的各控制模块发送动作信号，使该转运车间（9）与车箱（2）对接并执行装料操作；

如果车箱（2）被判断为无，即可卸式垃圾车（1）为没有拉箱的空车，监控中心计算机（8）将向FPGA控制器（6）反馈控制指令，根据采集到的该车箱射频标签（5）确定编号、容积，向可卸式垃圾车（1）发出交通指挥引导信号，将可卸式垃圾车（1）引导至垃圾收集站满车箱区域，FPGA控制器（6）控制转运车间（9）将满车箱与可卸式垃圾车（1）进行对接，由可卸式垃圾车（1）将装满垃圾的车箱（2）拉走；

如果车箱（2）被判断为满车箱，监控中心计算机（8）将向FPGA控制器（6）反馈控制指令，向可卸式垃圾车（1）发出交通指挥引导信号，将可卸式垃圾车（1）引导至垃圾收集站出口，并通过设置在地磅房间出口处的车牌照摄像头（3）、射频标签阅读器（4），再次采集车牌号码，车箱上的射频标签数据，将上述数据反馈至FPGA控制器（6）进行数据存储后，再将数据发送至监控中心计算机（8）的数据库进行数据更新。

所述转运车间（9）的各控制模包括交通指挥灯（10）、快速门（11）、液压对接控制器件（12）；

所述FPGA控制器（6）向交通指挥灯（10）发送信号控制亮灭；

所述FPGA控制器（6）向快速门（11）发送信号控制开闭；

所述FPGA控制器（6）向液压对接控制器件（12）发送信号控制与车箱（2）进行对接。

所述转运车间（9）包括干垃圾转运车间、湿垃圾转运车间、有害垃圾转运车间、可回收垃圾转运车间。

本实用新型提供基于FPGA控制器的垃圾分类收集站，主要由垃圾站收集设备、交通指挥系统、车箱射频标签阅读器、车牌照识别、带FPGA控制器的控制台、动态汽车衡等装置组成；FPGA控制器将设备运行情况和垃圾收集情况数据上传至监控中心计算机，控制系统中所有传感器、动力系统、交通指挥、车箱扫码、车牌照识别、动态汽车衡等装置通过工业通讯网络连接到FPGA控制器，FPGA控制器根据传感器信息和监控中心计算机反馈的指令信息，对垃圾站内的垃圾车及垃圾车间进行动态管理。

本实用新型使用设置在垃圾收集站内的FPGA控制器，完成信息收集、垃圾车箱信息扫码、垃圾分类收集、动作控制、站内车辆调度等功能，并与监控计算机完成信息交换，采用车箱射频标签阅读器读取车箱上预设的标签信息，结合动态汽车衡称重信息和车牌识别信息，实现车辆调度、车箱管理、垃圾站转运量统计等功能。

本实用新型采用FPGA控制器作为垃圾分类型垃圾站的控制器，相对于目前常用的PLC和DCS控制器，具有灵活性高，存储量大，精度高等优点，配合相应管控软件及控制器存储单元，与上级监控计算机实现以太网连接，将采集数据与控制指令存储于云计算机，可以减少数据交换环节，解决大量数据传输可能出现延迟的问题。

本实用新型提供的垃圾站作业流程如图1所示，整个作业流程由装载车箱的垃圾车、垃圾站内各区域、以及各区域间设置的交通指挥系统组成，数据采集模块主要由车牌照识别摄像头、车箱射频标签阅读器、动态汽车衡组成；在工作时，整个垃圾站运行需要可卸式垃圾车对车箱进行转运，将装满垃圾的满车箱拉走，将倾倒完垃圾的空车箱拉回站内，与垃圾站收集设备对接，动态汽车衡主要对进出站的可卸式垃圾车进行车牌扫描和称重，判断来车是否拉有车箱，从而判断是来拉走满车箱还是来送空车箱的垃圾车，对出去的可卸式垃圾车进行称重，主要是为记录出站垃圾数量及重量；安装射频标签阅读器主要是为读取垃圾车箱上的射频标签，配合称重系统，管理每天垃圾的进出量和车箱以及垃圾车的运转情况；交通指挥系统主要是引导站内垃圾车进行调度管理，主要由FPGA控制器完成调度工作，使垃圾收集站内各个设备正常运转。

本实用新型使用的FPGA控制器通过以太网与环卫智能管理平台连接通讯，该平台数据存储在上级监控计算机中，两者进行数据交换，对垃圾站内各装置设备和可卸式垃圾车进行调度管理，确保设备和车辆正常运行，所述FPGA控制器与动态汽车衡通过串口进行连接通讯，动态汽车衡将每辆车每台出入垃圾站的数量、转运垃圾的数量进行测量和记录，同时将称重结果实时上传到FPGA控制器，FPGA控制器根据称重结果判断车辆状态，是否满箱、是否空箱、是否没有拉箱状态，并通过交通指挥系统引导车辆行使至指定区域；FPGA控制器具体安装在控制间的控制台内，与站内垃圾收集设备各个单元通过CAN总线连接，站内所有传感器信号上传、设备动力系统控制、设备动作控制、交通指挥，均由FPGA控制器通过CAN总线进行信息收集和动作命令的传送。

本实用新型为实现垃圾收集的集中管理与统一调度，在垃圾分类收集站中画设有多个功能区域，其中配电室内安装有电源设备，可以为站内所有用电设备提供电源；转运车间安装有垃圾收集设备，设备数量和配置状态可以根据用户具体情况进行安装和规划，后续为方便垃圾分类处理，可将转运车间分为干垃圾、湿垃圾等多台垃圾收集设备，转运车间的门口安装有快速门，在与垃圾车对接进行车箱装卸操作，或者有倾倒垃圾的人或车辆进入车间时，可以快速打开门，等人或车辆离开后，又能快速关闭门，可以防止站内有害气体或粉尘飘逸污染周边环境。

进一步的，本实用新型提供的FPGA控制器通过以太网与环卫智能管理平台进行信息交换；FPGA控制器通过CAN总线与站内垃圾收集设备传感器、动力单元、动作控制、快速门进行连接，完成设备传感器信号采集、命令发布、动作执行控制、快速门开启或关闭控制；通过串口与动态汽车衡进行连接通讯，读取汽车衡称重信息、车牌识别信息，结合车箱射频标签阅读器读取的车箱射频标签信息，更新相关数据信息，完成对车箱、车辆的调度、转运垃圾数量的统计等；

在使用时，FPGA控制器输入信号经过信号处理电路后，进入A/D转换器进行数据转换，将模拟信号转换成23位尾数和一符号位的数据，FPGA配置A/D转换器并将转换的数据按照顺序存储到双口RAM中，当转换数据存储满后中断ARM处理器，ARM处理器将数据从双口RAM读出进行运算，并通过无线通讯模块接将采集数据传输到服务器。

FPGA控制器内部分为发送模块、接收模块、MAC状态模块、MAC控制模块、MII管理模块和主机接口模块六部分；发送模块和接收模块主要提供MAC帧的发送和接收功能，其主要操作有MAC帧的封装与解包以及错误检测，它直接提供了到外部物理层芯片的并行数据接口，在实现中物理层处理直接利用商用的千兆PHY芯片；MAC控制模块则用于执行全双工模式中的流量控制功能，MAC状态模块可用来监视MAC操作过程的各种状态信息，并作修改；MII管理模块提供了标准的IEEE 802.3介质独立接口，可用于连接以太网的链路层与物理层；主机接口则提供以太网控制器与上层协议（如TCP/IP协议）之间的接口，以用于数据的发送、接收以及对控制器内各种寄存器（控制、状态和命令寄存器）的设置。

进一步的，本发明使用的FPGA控制器，包括装置柜体，所述装置柜体的正面设置有控制面板和显示屏，所述装置柜体的底部设置有接线箱，所述接线箱内部设置有CAN总线通信模块、串口通信模块、以太网通信模块；所述控制面板的内侧设置有控制装置电路板，所述控制装置电路板上集成有微控制器，所述微控制器通过导线分别与控制面板、显示屏、CAN总线通信模块、串口通信模块、以太网通信模块相连；

所述CAN总线通信模块的接线排通过总线电缆分别与交通指挥灯、位置传感器、射频标签阅读器、电气控制台、车牌照摄像头相连；

所述串口通信模块的接线排通过串口通信线缆与动态汽车衡相连；

所述以太网通信模块通过以太网通信线缆与监控中心计算机相连。

所述装置柜体设置在垃圾收集站的控制室内。

所述微控制器的电源输入端与电源模块相连，所述电源模块设置在垃圾收集站的配电室内。

关于本实用新型具体结构需要说明的是，本实用新型采用的各部件模块相互之间的连接关系是确定的、可实现的，除实施例中特殊说明的以外，其特定的连接关系可以带来相应的技术效果，并基于不依赖相应软件程序执行的前提下，解决本实用新型提出的技术问题，本实用新型中出现的部件、模块、具体元器件的型号、连接方式除具体说明的以外，均属于本领域技术人员在申请日前可以获取到的已公开专利、已公开的期刊论文、或公知常识等现有技术，无需赘述，使得本案提供的技术方案是清楚、完整、可实现的，并能根据该技术手段重现或获得相应的实体产品。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (3)

1.一种基于FPGA控制器的垃圾分类收集控制系统，其特征在于：包括设置在垃圾收集站入口处的车牌照摄像头（3）和射频标签阅读器（4），所述垃圾收集站入口与地磅房间连接，所述地磅房间内设置有动态汽车衡（7），所述地磅房间的出口处同样设置有车牌照摄像头（3）和射频标签阅读器（4）；

所述垃圾收集站内还设置有转运车间（9），所述转运车间（9）的入口处设置有交通指挥灯（10）和快速门（11），所述转运车间（9）的内部设置有液压对接控制器件（12），所述转运车间（9）的出口外侧设置有满车箱装车位，所述满车箱装车位上放置有装满垃圾待转运的车箱（2）；

所述垃圾收集站内还设置有控制间，所述控制间内设置有FPGA控制器（6），所述FPGA控制器（6）通过导线分别与车牌照摄像头（3）、射频标签阅读器（4）、动态汽车衡（7）、交通指挥灯（10）、快速门（11）、液压对接控制器件（12）相连；

所述FPGA控制器（6）还通过工业以太网与监控中心计算机（8）相连；

所述地磅房间的出口通过引导线路分别与转运车间（9）的入口处、满车箱装车位、垃圾收集站出口连通；

所述垃圾收集站入口由可卸式垃圾车（1）驶入，所述可卸式垃圾车（1）上装载有车箱（2），所述车箱（2）上还设置有射频标签（5）。

2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA控制器的垃圾分类收集控制系统，其特征在于：所述FPGA控制器（6）内部设置有微控制器，所述微控制器通过CAN总线电缆分别与车牌照摄像头（3）、射频标签阅读器（4）、交通指挥灯（10）、快速门（11）、液压对接控制器件（12）相连；

所述微控制器通过串口通信电缆与动态汽车衡（7）相连。

3.根据权利要求2所述的一种基于FPGA控制器的垃圾分类收集控制系统，其特征在于：所述FPGA控制器（6）内部设置的微控制器型号为Kintex-7。

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