一種用於農業控制系統的多路io板卡的製作方法
2023-12-12 07:15:42 1
一種用於農業控制系統的多路io板卡的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用於農業控制系統的多路IO板卡，所述農業控制系統包括輸出控制數據的控制晶片和被控電氣部件，所述IO板卡包括：連接控制晶片，用於接收控制數據的輸入端；所述控制數據包括第一時鐘信號、第二時鐘信號和串行控制信號；連接輸入端，用於將串行控制信號轉換為並行控制信號的串並信號轉換電路；連接串並信號轉換電路，用於根據所述並行控制信號驅動繼電器電路的驅動電路；連接驅動電路和被控電氣部件，基於所述並行控制信號實現開關動作，進而控制被控電氣部件工作狀態的繼電器電路；本實用新型所述IO板卡具有極強的擴展能力，可廣泛應用於農業控制系統中。
【專利說明】一種用於農業控制系統的多路1板卡
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種?ο板卡，具體為一種用於農業控制系統的多路1板卡。
【背景技術】
[0002]為了實現對現場設備的集中控制，現有技術中的農業自動化設備，通常將控制晶片預留較多的I/O 口，以便滿足現場電氣部件如電磁閥、水泵、風扇、傳感器、電機和儀器儀表等的控制需求，進而完成對農作物的滴灌、施肥、土壤酸鹼度的調節和檢測等功能，農田面積越大，需要控制的對象就越多。1板卡是控制晶片用於控制和驅動現場電氣部件必不可少的部分，控制晶片輸出控制信號經由1板卡給農業設備，現有農業控制系統中的1板卡主要有兩種實現方式，其中一種為1板卡的輸入端與控制晶片引腳採用一一對應和連接的並行通訊結構，這種方式不僅佔用大量的控制晶片管腳資源，同時也不利於電路布線；另外一種為1板卡採用解碼器和數據鎖存器相配合進行輸出，儘管在一定程度上節約了控制晶片的管腳資源，但電路設計複雜，增加了設計時的出錯概率和維護時的故障點。
【發明內容】
[0003]本實用新型針對以上問題的提出，而研製一種用於農業控制系統的多路1板卡。
[0004]本實用新型的技術方案是:
[0005]一種用於農業控制系統的多路1板卡，所述農業控制系統包括輸出控制數據的控制晶片和被控電氣部件，所述1板卡包括:
[0006]連接所述控制晶片，用於接收控制數據的輸入端；所述控制數據包括第一時鐘信號、第二時鐘信號和串行控制信號；
[0007]連接所述輸入端，用於將串行控制信號轉換為並行控制信號的串並信號轉換電路；
[0008]連接所述串並信號轉換電路，用於根據所述並行控制信號驅動繼電器電路的驅動電路；
[0009]連接所述驅動電路和所述被控電氣部件，基於所述並行控制信號實現開關動作，進而控制被控電氣部件工作狀態的繼電器電路；(「連接**，用於##的部件A」，是申請文件撰寫的常規方式)
[0010]進一步地，所述繼電器電路通過輸出端與所述被控電氣部件相連接；
[0011]進一步地，所述串並信號轉換電路包括η個級聯連接的移位寄存器；各移位寄存器的第一時鐘輸入端接收所述第一時鐘信號，第二時鐘輸入端接收所述第二時鐘信號；第一級移位寄存器的串行輸入端接收所述串行控制信號，其餘η-1級移位寄存器的串行輸入端均連接上一級移位寄存器的串行輸出端，第η級移位寄存器的串行輸出端懸空；各移位寄存器的並行輸出端均連接所述驅動電路；
[0012]進一步地，所述驅動電路包括多個驅動晶片；所述驅動晶片的輸入端與所述移位寄存器的並行輸出端對應連接；所述驅動晶片的輸出端連接所述繼電器電路；
[0013]進一步地，所述繼電器電路包括多個繼電器；所述繼電器的線圈一端連接供電電源，另一端連接所述驅動晶片的一輸出端；所述繼電器的觸點串接在被控電氣部件的控制迴路中；
[0014]進一步地，所述移位寄存器為74HC595晶片；
[0015]進一步地，所述驅動晶片為ULN2003晶片；
[0016]進一步地，所述繼電器線圈兩端並聯接有由電阻和發光二極體構成的顯示支路；
[0017]另外，還包括置於所述繼電器的觸點所在迴路中的保險管；
[0018]進一步地，所述輸入端、串並信號轉換電路、驅動電路、繼電器電路和輸出端集成在一印製電路板上。
[0019]由於採用了上述技術方案，本實用新型提供的一種用於農業控制系統的多路1板卡，通過移位寄存器的級聯結構實現了 1埠的擴展，節省控制晶片管腳資源，電路布線簡單，能夠實現多個被控電氣部件的控制和驅動，解決了現有農業控制系統佔用大量的控制晶片管腳資源而導致1埠不足的問題，本實用新型所述1板卡具有極強的擴展能力，可廣泛應用於農業控制系統中。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1是本實用新型所述多路1板卡的結構框圖；
[0021]圖2是本實用新型所述多路1板卡的電路原理圖；
[0022]圖3是本實用新型所述印製電路板的元件布局圖。
【具體實施方式】
[0023]如圖1和圖2所示的一種用於農業控制系統的多路1板卡，所述農業控制系統包括輸出控制數據的控制晶片和被控電氣部件，所述1板卡包括:連接所述控制晶片，用於接收控制數據的輸入端；所述控制數據包括第一時鐘信號、第二時鐘信號和串行控制信號；連接所述輸入端，用於將串行控制信號轉換為並行控制信號的串並信號轉換電路；連接所述串並信號轉換電路，用於根據所述並行控制信號驅動繼電器電路的驅動電路；連接所述驅動電路和所述被控電氣部件，基於所述並行控制信號實現開關動作，進而控制被控電氣部件工作狀態的繼電器電路；進一步地，所述繼電器電路通過輸出端與所述被控電氣部件相連接；進一步地，所述串並信號轉換電路包括η個級聯連接的移位寄存器；各移位寄存器的第一時鐘輸入端接收所述第一時鐘信號，第二時鐘輸入端接收所述第二時鐘信號；第一級移位寄存器的串行輸入端接收所述串行控制信號，其餘η-1級移位寄存器的串行輸入端均連接上一級移位寄存器的串行輸出端，第η級移位寄存器的串行輸出端懸空；各移位寄存器的並行輸出端均連接所述驅動電路；進一步地，所述驅動電路包括多個驅動晶片；所述驅動晶片的輸入端與所述移位寄存器的並行輸出端對應連接；所述驅動晶片的輸出端連接所述繼電器電路；進一步地，所述繼電器電路包括多個繼電器；所述繼電器的線圈一端連接供電電源，另一端連接所述驅動晶片的一輸出端；所述繼電器的觸點串接在被控電氣部件的控制迴路中；進一步地，所述移位寄存器為74HC595晶片；進一步地，所述驅動晶片為ULN2003晶片；進一步地，所述繼電器線圈兩端並聯接有由電阻和發光二極體構成的顯示支路，能夠直觀表明繼電器的當前開關狀態；另外，還包括置於所述繼電器的觸點所在迴路中的保險管，能夠防止被控電氣部件由於電流過大而造成損壞；進一步地，所述輸入端、串並信號轉換電路、驅動電路、繼電器電路和輸出端集成在一印製電路板上；所述供電電源採用12V電源；所述1板卡還包括三端穩壓集成晶片78M05，該晶片輸入端接入12V電源，輸出5V電源給移位寄存器作為工作電源；所述第一時鐘信號為數據輸入時鐘信號，第一時鐘輸入端為移位寄存器的引腳SH_CP ;所述第二時鐘信號為輸出存儲器鎖存時鐘信號，第二時鐘輸入端為移位寄存器的引腳ST_CP ;串行輸入端為移位寄存器的引腳DS ;串行輸出端為移位寄存器的引腳Q7';並行輸出端為移位寄存器的引腳QO?Q7 ;各移位寄存器的引腳OE為低電平有效，與地連接；各移位寄存器的引腳MR為復位管腳，通過上拉電阻連接VCC電源(即78M05晶片輸出的5V電源)；所述輸出端具體包括多個連接各繼電器觸點兩端的接線端子。
[0024]如圖1所示，被控電氣部件在實際應用時可以包括四個部分:閘門控制部分、田間氣象站部分、土壤信息檢測部分、灌溉設施部分；其中閘門控制部分包括河道閘門、水庫閘門、地下水閘門和水位計；田間氣象站部分包括溫度傳感器、溼度傳感器、風速傳感器、風向傳感器、降雨量傳感器和光強度傳感器；土壤信息檢測部分包括溫度傳感器、溼度傳感器、張力傳感器、水位計和電化學傳感器；灌溉設施部分包括水泵、電磁閥和壓力計；通過閘門控制部分可以完成水位和降水量數據採集的功能；通過田間氣象站部分可以實現田間降水量、田間水位、風速、風向、日光輻射強度、溫度、溼度等信息檢測，獲得具有代表性的小範圍內的氣象參數，為農作物的生長提供參考；通過土壤信息檢測部分能夠為田間作物提供良好的環境和養分，如使用溼度傳感器，根據溼度及相應的作物所需指標來確定灌溉時間，以及結合溫度傳感器，當監測當前環境溫度高同時溼度低時，則控制灌溉設備開啟，以減輕乾熱對作物的危害，其中的電化學傳感器可以檢測土壤中硝酸根濃度，當低於參數設定值時向土壤施肥；通過灌溉設施部分可實現幹管、支管和毛管的配套，利於節水灌溉技術應用于田間，在保證作物正常生長的前提下，通過電磁閥的控制可以將用水流量控制在最佳數值，獲得最大的經濟效益。具體地，可將本實用新型1板卡的繼電器觸點串接在上述閘門、傳感器、水泵、水位計、壓力計等的控制迴路中，當繼電器觸點閉合後，被控電氣部件啟動或關閉，進而實現農業上使用的多電氣設備的集中控制，從而完成閘門控制、田間氣象站、土壤信息檢測以及土壤灌溉等作用，拓展現有農業控制系統的功能；實際應用時，本實用新型只需與控制晶片的3個管腳相連接，便能實現多路被控電氣部件的控制；圖3示出了本實用新型所述印製電路板的元件布局圖，如圖3所示，其中，輸入端採用具有6個引腳的接線端子JP1，該接線端子連接12V電源線、地線、數據輸入時鐘線、輸出存儲器鎖存時鐘線和串行控制信號線；接線端子JPl放置在印製電路板的左上角，三端穩壓集成晶片78M05靠近接線端子JPl放置，電路板的核心位置放置有級聯的移位寄存器74HC595晶片、輸入端與74HC595晶片的並行輸出端連接的ULN2003晶片、顯示支路中的發光二極體(圖3中的LED)、繼電器和保險管；印製電路板最右側放置有J1、J2和J3等接線端子作為1板卡的輸出端；上述元件布局圖只是本實用新型所述1板卡實際應用時的實施例，具體元件布局和印製電路板的形狀可根據使用需求進行調整。
[0025]本實用新型所述1板卡通過信號連接線與控制晶片相連接，進而得到控制數據，在第一時鐘信號和第二時鐘信號的作用下，級聯後的移位寄存器將其中的串行控制信號轉換為並行控制信號並傳輸給驅動晶片；所述驅動晶片採用ULN2003晶片，該晶片為高耐壓、大電流的達林頓陣列，能夠對控制信號進行電平轉換，採用低電平控制繼電器導通可增大信號的驅動能力；驅動晶片的輸入端連接移位寄存器的並行輸出端，驅動晶片的輸出端與繼電器的線圈一端相連接，線圈另一端連接12V電源，進而實現繼電器線圈是否通電的控制，從而控制繼電器觸點的閉合和斷開；所述繼電器的觸點為常開觸點；所述串並信號轉換電路包括η個級聯連接的移位寄存器；各移位寄存器的第一時鐘輸入端接收所述第一時鐘信號，第二時鐘輸入端接收所述第二時鐘信號；第一級移位寄存器的串行輸入端接收所述串行控制信號，其餘η-1級移位寄存器的串行輸入端均連接上一級移位寄存器的串行輸出端，第η級移位寄存器的串行輸出端懸空；下面對本實用新型涉及到的技術術語進行相關解釋:①級聯:通過串聯的形式將晶片的數據輸出管腳與下一個晶片的數據輸入管腳相連②串行數據:一位一位按順序傳送的數據，每一時刻只發送或接收一位數據③並行數據:有許多通道，利用這些通道同一時刻可以發送或接收多位數據。
[0026]本實用新型通過串並信號轉換電路將控制晶片輸出的串行控制信號轉化為多路並行控制信號，通過移位寄存器的級聯結構實現了 1埠的擴展，節省控制晶片管腳資源，電路布線簡單，能夠實現多個被控電氣部件的控制和驅動，解決了現有農業控制系統佔用大量的控制晶片管腳資源而導致1埠不足的問題，本實用新型所述1板卡具有極強的擴展能力，可廣泛應用於農業控制系統中。
[0027]以上所述，僅為本實用新型較佳的【具體實施方式】，但本實用新型的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本實用新型揭露的技術範圍內，根據本實用新型的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本實用新型的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種用於農業控制系統的多路1板卡，所述農業控制系統包括輸出控制數據的控制晶片和被控電氣部件，其特徵在於所述1板卡包括: 連接所述控制晶片，用於接收控制數據的輸入端；所述控制數據包括第一時鐘信號、第二時鐘信號和串行控制信號； 連接所述輸入端，用於將串行控制信號轉換為並行控制信號的串並信號轉換電路； 連接所述串並信號轉換電路，用於根據所述並行控制信號驅動繼電器電路的驅動電路； 連接所述驅動電路和所述被控電氣部件，基於所述並行控制信號實現開關動作，進而控制被控電氣部件工作狀態的繼電器電路。
2.根據權利要求1所述的一種用於農業控制系統的多路1板卡，其特徵在於所述繼電器電路通過輸出端與所述被控電氣部件相連接。
3.根據權利要求1所述的一種用於農業控制系統的多路1板卡，其特徵在於所述串並信號轉換電路包括η個級聯連接的移位寄存器；各移位寄存器的第一時鐘輸入端接收所述第一時鐘信號，第二時鐘輸入端接收所述第二時鐘信號；第一級移位寄存器的串行輸入端接收所述串行控制信號，其餘η-1級移位寄存器的串行輸入端均連接上一級移位寄存器的串行輸出端，第η級移位寄存器的串行輸出端懸空；各移位寄存器的並行輸出端均連接所述驅動電路。
4.根據權利要求3所述的一種用於農業控制系統的多路1板卡，其特徵在於所述驅動電路包括多個驅動晶片；所述驅動晶片的輸入端與所述移位寄存器的並行輸出端對應連接；所述驅動晶片的輸出端連接所述繼電器電路。
5.根據權利要求4所述的一種用於農業控制系統的多路1板卡，其特徵在於所述繼電器電路包括多個繼電器；所述繼電器的線圈一端連接供電電源，另一端連接所述驅動晶片的一輸出端；所述繼電器的觸點串接在被控電氣部件的控制迴路中。
6.根據權利要求3所述的一種用於農業控制系統的多路1板卡，其特徵在於所述移位寄存器為74HC595晶片。
7.根據權利要求4所述的一種用於農業控制系統的多路1板卡，其特徵在於所述驅動晶片為ULN2003晶片。
8.根據權利要求5所述的一種用於農業控制系統的多路1板卡，其特徵在於所述繼電器線圈兩端並聯接有由電阻和發光二極體構成的顯示支路。
9.根據權利要求5所述的一種用於農業控制系統的多路1板卡，其特徵在於還包括置於所述繼電器的觸點所在迴路中的保險管。
10.根據權利要求2所述的一種用於農業控制系統的多路1板卡，其特徵在於所述輸入端、串並信號轉換電路、驅動電路、繼電器電路和輸出端集成在一印製電路板上。
【文檔編號】G05B19/418GK204155139SQ201420675531
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年11月12日 優先權日:2014年11月12日
【發明者】李振才, 李向琦, 黃徵, 邵文, 張磊, 苗宇, 於銘毅 申請人:瀋陽遠大科技園有限公司