一种基于FPGA的激光平地机控制系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于FPGA的激光平地机控制系统，属于自动控制领域。本实用新型专利技术包括激光发射模块、传感器模块、控制模块、执行模块和平地铲，传感器模块的输出端与控制模块的输入端连接，传感器模块包括光敏传感器、倾角传感器、超声波测距传感器、GPS定位传感器；控制模块的输出端与执行模块的输入端连接，执行模块的输出端与平地铲连接。该系统在平地过程前能够半自动测量平均高程，自动调节平地铲高度；在平地过程中能够实时调整平地铲的高度和倾角，显示出地块的高程，并计算出土地的平整精度，便于用户实时操作；利用GPS定位技术，能够算出土地平整作业的面积，便于用户统计管理，有效达到了提高平地机的平整作业精度和自动化程度的目的。动化程度的目的。动化程度的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA的激光平地机控制系统


[0001]本技术涉及自动控制领域，更具体地说是一种基于FPGA的激光平地机控制系统。

技术介绍

[0002]我国是一个人口众多的大国，农业在国民经济发展中起到了至关重要的作用。农业发展的主要方向是现代化农业，这就要求农业装备实现机械化和自动化。
[0003]我国的耕地面积分布集中，提高耕地的平整精度是农作物产量和可持续发展农业的必要保证，对耕地进行全程机械化平整是我国实现现代化农业的必要途径。此外，农作物的灌溉用水在我国水资源利用中占很大比例，采用节水灌溉的新技术可以提高耕地的灌溉效率，缓解我国水资源短缺的现状。但是，节水灌溉技术对耕地的平整精度有很高的要求。对耕地进行高精度的平整作业能够使表面土壤分布均匀，有利于实施节水灌溉技术，降低农作物的病虫害，提高化肥的利用率，减少过度施肥对环境造成的污染。传统的平地机大多自动化程度不高，从而导致系统操作较为复杂，平整作业精度较低。

技术实现思路

[0004]针对现有的平地机自动化程度较低，导致系统操作较为复杂，平整作业精度较低等问题，本技术设计了一种基于FPGA的激光平地机控制系统，该系统在平地过程前能够半自动测量平均高程，自动调节平地铲高度；在平地过程中能够实时调整平地铲的高度和倾角，显示出地块的高程，并计算出土地的平整精度，便于用户实时操作；利用GPS定位技术，能够算出土地平整作业的面积，便于用户统计管理，有效达到了提高平地机的平整作业精度和自动化程度的目的。
[0005]为达到上述目的，本技术提供的技术方案为：
[0006]一种基于FPGA的激光平地机控制系统，包括激光发射模块、传感器模块、控制模块、执行模块和平地铲，所述传感器模块包括：
[0007]光敏传感器，其输入端接收激光发射模块发射的激光信号，输出端与所述控制模块的输入端连接，将接收的激光信号输送至控制模块中；
[0008]倾角传感器，其输出端与所述控制模块的输入端连接，用于监测平地铲的倾角变化；
[0009]超声波测距传感器，其输出端与所述控制模块的输入端连接，用于检测地面高度；
[0010]GPS定位传感器，其输出端与所述控制模块的输入端连接，用于实时提供位置信息；
[0011]所述控制模块的输出端与所述执行模块的输入端连接，所述执行模块的输出端与所述平地铲连接，用于控制平地铲动作。
[0012]进一步的技术方案，所述超声波测距传感器位于所述光敏传感器的上方，激光平面到地面的距离h4根据超声波测距传感器、光敏传感器、激光发射模块以及地面的高度计
算：h4＝h1‑
h2‑
h3，其中，h1为超声波测距传感器与地面的高度，h2为超声波测距传感器与光敏传感器之间的距离，h3为光敏传感器接收到激光发射模块发出的激光信号的位置。
[0013]进一步的技术方案，还包括判决与报警模块，其输入端与所述控制模块的输出端连接，用于判断控制模块输入的控制命令是否超出平地铲工作姿态的调整范围。
[0014]进一步的技术方案，还包括用于显示地表三维模型的显示模块，其输入端与所述控制模块的输出端连接。
[0015]进一步的技术方案，所述控制模块采用芯片型号为EP4CE115的FPGA开发板。
[0016]进一步的技术方案，在所述传感器模块与所述控制模块之间设有AD转换模块，所述AD转换模块采用芯片型号为ADS7890，其中ADS7890的SCLK、SDO引脚均与EP4CE115的GPIO接口相连接。
[0017]进一步的技术方案，所述激光发射模块采用型号为FU650D5
‑
BC69
‑
GTXD的激光发射器。
[0018]进一步的技术方案，所述倾角传感器的型号为SCA60C。
[0019]进一步的技术方案，所述超声波测距传感器的型号为US
‑
015。
[0020]进一步的技术方案，所述GPS定位传感器的型号为WTGAHRS3。
[0021]采用本技术提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
[0022](1)本技术的一种基于FPGA的激光平地机控制系统，该系统在平地过程前能够半自动测量平均高程，自动调节平地铲高度；在平地过程中能够实时调整平地铲的高度和倾角，显示出地块的高程，并计算出土地的平整精度，便于用户实时操作；利用GPS定位技术，能够算出土地平整作业的面积，便于用户统计管理，有效达到了提高平地机的平整作业精度和自动化程度的目的。
[0023](2)本技术的一种基于FPGA的激光平地机控制系统，采用具有高速并行处理能力的FPGA开发板，拥有丰富的借口逻辑，大大提高了整个系统的可扩展性、灵活性与可移植性。
[0024](3)本技术的一种基于FPGA的激光平地机控制系统，系统结构简单、使用方便、可操作性强。
附图说明
[0025]图1为本技术的逻辑流程框图；
[0026]图2为本技术的结构示意图；
[0027]图3为本技术测量地表三维数据的示意图；
[0028]图4为本技术执行模块的工作流程图；
[0029]图5为本技术AD转换器的工作原理图；
[0030]图6为本技术VGA控制的工作原理图；
[0031]图7为本技术判决与报警模块的工作电路图；
[0032]图8为本技术FPGA开发板的示意图。
具体实施方式
[0033]为进一步了解本技术的内容，结合附图对本技术作详细描述。
[0034]实施例
[0035]本实施例的一种基于FPGA的激光平地机控制系统，如图1至图8所示，包括激光发射模块、传感器模块、AD转换器、控制模块、判决与报警模块、执行模块和显示模块。传感器模块包括光敏传感器、倾角传感器SCA60C、超声波测距传感器US
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015和GPS定位传感器WTGAHRS3，光敏传感器用于接收激光发射模块发出的激光信号。光敏传感器、倾角传感器SCA60C、超声波测距传感器US
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015和GPS定位传感器WTGAHRS3的输出端均与AD转换器的输入端通过导线连接，AD转换器的输出端与控制模块的输入端通过导线连接；控制模块的输出端与判决与报警模块、执行模块和显示模块连接。
[0036]激光发射模块采用激光发射器FU650D5
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BC69
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GTXD，工作电压DC 2.8
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5.2V，工作电流≤35mA，波长650nm红光，外形尺寸6*9mm。其优点为：超高同心度，10米内中心光斑正负偏差在1mm以内；内部填充散热硅胶和AB胶，即可充分散热，又可防震抗摔；耐高温、抗腐蚀导线，适合全天候全环境使用。
[0037]如图2所示，光敏传感器、倾角传感器SCA60C安装在平地铲中部。其中，光敏传感器设本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的激光平地机控制系统，其特征在于：包括激光发射模块、传感器模块、控制模块、执行模块和平地铲，所述传感器模块包括：光敏传感器，其输入端接收激光发射模块发射的激光信号，输出端与所述控制模块的输入端连接，将接收的激光信号输送至控制模块中；倾角传感器，其输出端与所述控制模块的输入端连接，用于监测平地铲的倾角变化；超声波测距传感器，其输出端与所述控制模块的输入端连接，用于检测地面高度；GPS定位传感器，其输出端与所述控制模块的输入端连接，用于实时提供位置信息；所述控制模块的输出端与所述执行模块的输入端连接，所述执行模块的输出端与所述平地铲连接，用于控制平地铲动作。2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的激光平地机控制系统，其特征在于：所述超声波测距传感器位于所述光敏传感器的上方，激光平面到地面的距离h4根据超声波测距传感器、光敏传感器、激光发射模块以及地面的高度计算：h4＝h1‑
h2‑
h3，其中，h1为超声波测距传感器与地面的距离；h2为超声波测距传感器与光敏传感器的高度，h3为光敏传感器接收到激光发射模块发出的激光信号的位置。3.根据权利要求2所述的一种基于FPGA的激光平地机控制系统，其特征在于：还包括判决与报警模块，其输入端与所述控制模块的输出端连接，用于判断控制模块输入的控制命令是否超出平地铲工作姿态的调整范围。4.根据权利要求3所述的一种基于FPGA的激光平地机控制系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴佳宁，葛俊祥，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：新型
国别省市：