【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及食用菌種植環境控制，特別是涉及一種基于fpga的菇房智能環境控制器及環境控制系統。
技術介紹
1、食用菌含有豐富的蛋白質、多糖、維生素等，具有較高的營養價值和醫療保健作用，栽培方式和技術也從最初的利用自然條件、培養料一次發酵栽培，逐漸發展到現在的利用標準化菇房、培養料二次發酵栽培。其他國家均采用工廠化生產，并且專業化和機械化程度很高，擁有最先進的菇房設施和設備。上世紀90年代開始，國內也開始引進工廠化種植技術，大多數菇房所使用的設備均是從國外全套引進或部分引進結合當地實際情況進行創新。國外引進的設備往往價格高昂，后期維護保養成本高，升級迭代困難。因此，近年來隨著國內農業科學技術的發展，越來越多的相關研究人員投入到此類自動化設備的研究領域中。
2、食用菌工廠化種植對菇房的環境要求非常嚴苛，菇房環境直接關系到食用菌的產量、品質、生產周期等甚至食品安全問題，并且隨著食用菌的生長周期變化，菇房環境條件也須隨之變化。影響食用菌菇房環境因素是多方面的，包括溫度、濕度、通風、二氧化碳濃度、光照、菇房內滋生的細菌等，通過現代化的智能菇房技術，可以有效提升食用菌的產量和質量，同時保障食品安全。現代化菇房技術主要是利用傳感器、物聯網、云計算和大數據等相關技術，實現對食用菌種植生產現場氣象、土壤、水源、空氣、溫度、濕度等環境因素的實時監測，并通過智能控制算法對菇房內的溫度、濕度、二氧化碳和光照實時自動化控制。
3、傳統菇房環境控制器通常采用單片機、mcu、plc等器件為核心處理器，配合多種接口實現對菇房環境進行實
技術實現思路
1、鑒于以上所述現有技術的缺點，本專利技術的目的在于提供一種基于fpga的菇房智能環境控制器及環境控制系統，用于解決傳統菇房環境控制器功能單一、可擴展性差、運算速度難以支撐復雜算法的有效允許、成本高昂等技術問題。
2、為實現上述目的及其他相關目的，本專利技術提供一種基于fpga的菇房智能環境控制器，包括：集成于核心處理板上的fpga模塊、儲存模塊、用戶調試接口、目標監測參數輸入接口以及網絡通信接口；所述控制器還包括多個擴展模塊，包括：環境數據采集模塊、執行機構狀態采集模塊以及執行機構控制輸出模塊；其中，所述fpga模塊分別連接所述儲存模塊、用戶調試接口、目標參數輸入接口、網絡通信接口、環境數據采集模塊、執行機構狀態采集模塊以及執行機構控制輸出模塊；所述環境數據采集模塊連接菇房環境監測所需的多個傳感器；所述執行機構狀態采集模塊以及執行機構控制輸出模塊連接菇房環境控制所需的多個執行機構；?所述fpga模塊，用于通過所述環境數據采集模塊獲取各傳感器所采集的環境監測數據以及通過所述執行機構狀態采集模塊獲取各執行機構當前的狀態數據，并基于由目標監測參數輸入接口輸入的目標監測參數生成各執行機構的狀態控制指令，且通過所述執行機構控制輸出模塊將各執行機構的狀態控制指令發送至對應的執行機構，以對菇房環境進行智能控制。
3、于本專利技術的一實施例中，所述環境數據采集模塊包括：溫度數據采集模塊以及其他環境數據采集模塊；所述溫度數據采集模塊以及其他環境數據采集模塊分別連接所述fpga模塊；溫度數據采集模塊連接菇房環境監測所需的各溫度傳感器；所述其他環境數據采集模塊連接菇房環境監測所需的非溫度類的各環境傳感器；所述fpga模塊通過溫度數據采集模塊獲取各溫度傳感器采集的溫度數據，通過其他環境數據采集模塊獲取非溫度類的各環境傳感器采集的其他環境數據。
4、于本專利技術的一實施例中，所述溫度數據采集模塊包括：rs485接口以及pt1000溫度采集模塊；所述rs485接口連接于所述fpga模塊以及pt1000溫度采集模塊之間；pt1000溫度采集模塊連接多個pt1000溫度傳感器；其他環境數據采集模塊采用rs485接口，該接口通過485總線連接各環境傳感器；各環境傳感器包括：氣象站、二氧化碳傳感器、濕度傳感器以及壓差傳感器；所述fpga模塊通過rs485接口以及pt1000溫度采集模塊獲取溫度數據；所述fpga模塊通過rs485接口獲取二氧化碳濃度、濕度以及大氣壓力數據。
5、于本專利技術的一實施例中，所述儲存模塊包括：?ddr3緩存模塊以及flash模塊；所述ddr3緩存模塊以及flash模塊分別連接所述fpga模塊；所述ddr3緩存模塊，用于儲存控制器在工作過程中的數據；所述flash模塊，用于非易失性存儲fpga模塊所需的軟件程序以及必要配置信息。
6、于本專利技術的一實施例中，菇房環境控制所需的多個執行機構包括：風機變頻器、冷水閥、熱水閥、新風控制閥、蒸汽消毒閥、空氣加濕閥、澆水閥以及流量控制閥。
7、于本專利技術的一實施例中，所述目標參數輸入接口采用hdmi接口，連接用戶操作顯示屏，用于獲取用戶通過用戶操作顯示屏設定的目標監測參數；其中，所述目標監測參數包括：目標溫度、目標濕度、目標氣體濃度以及目標環境壓力。
8、于本專利技術的一實施例中，所述fpga模塊，用于將獲取的環境監測數據與目標監測參數進行比較，并結合各執行機構當前的狀態數據利用pid控制算法生成各執行機構的狀態控制指令，以對菇房環境進行控制。
9、于本專利技術的一實施例中，所述網絡通信接口采用以太網接口，用于上傳菇房智能環境控制器的數據以及實現遠程控制功能。
10、為實現上述目的及其他相關目的，本專利技術提供一種基于fpga的菇房智能環境控制系統，所述系統包括：菇房環境監測所需的多個傳感器、多個執行機構以及所述的基于fpga的菇房智能環境控制器；其中，各傳感器以及各執行機構分別與所述基于fpga的菇房智能環境控制器通信連接。
11、如上所述，本專利技術是一種基于fpga的菇房智能環境控制器及環境控制系統，具有以下有益效果：本專利技術利用fpga作為核心處理器，通過搭配環境數據采集模塊、執行機構狀態采集模塊以及執行機構控制輸出模塊連接食用菌工廠環境監測控制所需要的各類傳感器、執行機構，獲取環境監測數據以及各執行機構當前的狀態數據，并結合輸入的目標監測參數生成各執行機構的狀態控制指令，再將各狀態控制指令發送至對應的執行機構，以對菇房環境進行智能控制。本專利技術通過設置控制器的各類配置參數，不僅滿足各類食用菌工廠的環境控制要求，還可滿足其他農業產品工廠的環境自動控制要求，無需大規模改變硬件、底層軟件的設置。有效地解決了傳統菇房控制器功能單一，應用場景單一等問題，能夠更好地滿足現代化農業、規模化生產的要求，并有效地降低后期研發成本以及縮短研發周期。
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1.一種基于FPGA的菇房智能環境控制器，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1中所述的基于FPGA的菇房智能環境控制器，其特征在于，所述環境數據采集模塊包括：溫度數據采集模塊以及其他環境數據采集模塊；所述溫度數據采集模塊以及其他環境數據采集模塊分別連接所述FPGA模塊；溫度數據采集模塊連接菇房環境監測所需的各溫度傳感器；所述其他環境數據采集模塊連接菇房環境監測所需的非溫度類的各環境傳感器；
3.根據權利要求2中所述的基于FPGA的菇房智能環境控制器，其特征在于，所述溫度數據采集模塊包括：RS485接口以及PT1000溫度采集模塊；所述RS485接口連接于所述FPGA模塊以及PT1000溫度采集模塊之間；PT1000溫度采集模塊連接多個PT1000溫度傳感器；其他環境數據采集模塊采用RS485接口，該接口通過485總線連接各環境傳感器；各環境傳感器包括：氣象站、二氧化碳傳感器、濕度傳感器以及壓差傳感器；
4.根據權利要求1中所述的基于FPGA的菇房智能環境控制器，其特征在于，所述執行機構狀態采集模塊通過ADC模塊獲取各執行機構當前的狀態數據；所
5.根據權利要求1中所述的基于FPGA的菇房智能環境控制器，其特征在于，所述儲存模塊包括：?DDR3緩存模塊以及FLASH模塊；所述DDR3緩存模塊以及FLASH模塊分別連接所述FPGA模塊；
6.根據權利要求1中所述的基于FPGA的菇房智能環境控制器，其特征在于，菇房環境控制所需的多個執行機構包括：風機變頻器、冷水閥、熱水閥、新風控制閥、蒸汽消毒閥、空氣加濕閥、澆水閥以及流量控制閥。
7.根據權利要求1中所述的基于FPGA的菇房智能環境控制器，其特征在于，所述目標參數輸入接口采用HDMI接口，連接用戶操作顯示屏，用于獲取用戶通過用戶操作顯示屏設定的目標監測參數；其中，所述目標監測參數包括：目標溫度、目標濕度、目標氣體濃度以及目標環境壓力。
8.根據權利要求1中所述的基于FPGA的菇房智能環境控制器，其特征在于，所述FPGA模塊，用于將獲取的環境監測數據與目標監測參數進行比較，并結合各執行機構當前的狀態數據利用PID控制算法生成各執行機構的狀態控制指令，以對菇房環境進行控制。
9.根據權利要求1中所述的基于FPGA的菇房智能環境控制器，其特征在于，所述網絡通信接口采用以太網接口，用于上傳菇房智能環境控制器的數據以及實現遠程控制功能。
10.一種基于FPGA的菇房智能環境控制系統，其特征在于，所述系統包括：
...【技術特征摘要】
1.一種基于fpga的菇房智能環境控制器，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1中所述的基于fpga的菇房智能環境控制器，其特征在于，所述環境數據采集模塊包括：溫度數據采集模塊以及其他環境數據采集模塊；所述溫度數據采集模塊以及其他環境數據采集模塊分別連接所述fpga模塊；溫度數據采集模塊連接菇房環境監測所需的各溫度傳感器；所述其他環境數據采集模塊連接菇房環境監測所需的非溫度類的各環境傳感器；
3.根據權利要求2中所述的基于fpga的菇房智能環境控制器，其特征在于，所述溫度數據采集模塊包括：rs485接口以及pt1000溫度采集模塊；所述rs485接口連接于所述fpga模塊以及pt1000溫度采集模塊之間；pt1000溫度采集模塊連接多個pt1000溫度傳感器；其他環境數據采集模塊采用rs485接口，該接口通過485總線連接各環境傳感器；各環境傳感器包括：氣象站、二氧化碳傳感器、濕度傳感器以及壓差傳感器；
4.根據權利要求1中所述的基于fpga的菇房智能環境控制器，其特征在于，所述執行機構狀態采集模塊通過adc模塊獲取各執行機構當前的狀態數據；所述執行機構控制輸出模塊通過dac模塊向各執行結構發送狀態控制指令。
5.根據權利要求1中所述的基于fpga的菇房智能環境控...
【專利技術屬性】
技術研發人員：朱文峰，肖婷婷，張志鵬，張詠潔，顧玲，
申請(專利權)人：上海恒澤輔匯智能科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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