一種用于農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)的多路io板卡的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種用于農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)的多路IO板卡，所述農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)包括輸出控制數(shù)據(jù)的控制芯片和被控電氣部件，所述IO板卡包括：連接控制芯片，用于接收控制數(shù)據(jù)的輸入端；所述控制數(shù)據(jù)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，用于將串行控制信號轉(zhuǎn)換為并行控制信號的串并信號轉(zhuǎn)換電路；連接串并信號轉(zhuǎn)換電路，用于根據(jù)所述并行控制信號驅(qū)動繼電器電路的驅(qū)動電路；連接驅(qū)動電路和被控電氣部件，基于所述并行控制信號實(shí)現(xiàn)開關(guān)動作，進(jìn)而控制被控電氣部件工作狀態(tài)的繼電器電路；本實(shí)用新型所述IO板卡具有極強(qiáng)的擴(kuò)展能力，可廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)中。
【專利說明】一種用于農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)的多路1板卡

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種?ο板卡，具體為一種用于農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)的多路1板卡。

【背景技術(shù)】
[0002]為了實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的集中控制，現(xiàn)有技術(shù)中的農(nóng)業(yè)自動化設(shè)備，通常將控制芯片預(yù)留較多的I/O 口，以便滿足現(xiàn)場電氣部件如電磁閥、水泵、風(fēng)扇、傳感器、電機(jī)和儀器儀表等的控制需求，進(jìn)而完成對農(nóng)作物的滴灌、施肥、土壤酸堿度的調(diào)節(jié)和檢測等功能，農(nóng)田面積越大，需要控制的對象就越多。1板卡是控制芯片用于控制和驅(qū)動現(xiàn)場電氣部件必不可少的部分，控制芯片輸出控制信號經(jīng)由1板卡給農(nóng)業(yè)設(shè)備，現(xiàn)有農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)中的1板卡主要有兩種實(shí)現(xiàn)方式，其中一種為1板卡的輸入端與控制芯片引腳采用一一對應(yīng)和連接的并行通訊結(jié)構(gòu)，這種方式不僅占用大量的控制芯片管腳資源，同時也不利于電路布線；另外一種為1板卡采用譯碼器和數(shù)據(jù)鎖存器相配合進(jìn)行輸出，盡管在一定程度上節(jié)約了控制芯片的管腳資源，但電路設(shè)計復(fù)雜，增加了設(shè)計時的出錯概率和維護(hù)時的故障點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型針對以上問題的提出，而研制一種用于農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)的多路1板卡。
[0004]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:
[0005]一種用于農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)的多路1板卡，所述農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)包括輸出控制數(shù)據(jù)的控制芯片和被控電氣部件，所述1板卡包括:
[0006]連接所述控制芯片，用于接收控制數(shù)據(jù)的輸入端；所述控制數(shù)據(jù)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，用于將串行控制信號轉(zhuǎn)換為并行控制信號的串并信號轉(zhuǎn)換電路；
[0008]連接所述串并信號轉(zhuǎn)換電路，用于根據(jù)所述并行控制信號驅(qū)動繼電器電路的驅(qū)動電路；
[0009]連接所述驅(qū)動電路和所述被控電氣部件，基于所述并行控制信號實(shí)現(xiàn)開關(guān)動作，進(jìn)而控制被控電氣部件工作狀態(tài)的繼電器電路；(“連接**，用于##的部件A”，是申請文件撰寫的常規(guī)方式)
[0010]進(jìn)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(jìn)一步地，所述串并信號轉(zhuǎn)換電路包括η個級聯(lián)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，其余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；各移位寄存器的并行輸出端均連接所述驅(qū)動電路；
[0012]進(jìn)一步地，所述驅(qū)動電路包括多個驅(qū)動芯片；所述驅(qū)動芯片的輸入端與所述移位寄存器的并行輸出端對應(yīng)連接；所述驅(qū)動芯片的輸出端連接所述繼電器電路；
[0013]進(jìn)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(qū)動芯片的一輸出端；所述繼電器的觸點(diǎn)串接在被控電氣部件的控制回路中；
[0014]進(jìn)一步地，所述移位寄存器為74HC595芯片；
[0015]進(jìn)一步地，所述驅(qū)動芯片為ULN2003芯片；
[0016]進(jìn)一步地，所述繼電器線圈兩端并聯(lián)接有由電阻和發(fā)光二極管構(gòu)成的顯示支路；
[0017]另外，還包括置于所述繼電器的觸點(diǎn)所在回路中的保險管；
[0018]進(jìn)一步地，所述輸入端、串并信號轉(zhuǎn)換電路、驅(qū)動電路、繼電器電路和輸出端集成在一印制電路板上。
[0019]由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型提供的一種用于農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)的多路1板卡，通過移位寄存器的級聯(lián)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了 1端口的擴(kuò)展，節(jié)省控制芯片管腳資源，電路布線簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)多個被控電氣部件的控制和驅(qū)動，解決了現(xiàn)有農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)占用大量的控制芯片管腳資源而導(dǎo)致1端口不足的問題，本實(shí)用新型所述1板卡具有極強(qiáng)的擴(kuò)展能力，可廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本實(shí)用新型所述多路1板卡的結(jié)構(gòu)框圖；
[0021]圖2是本實(shí)用新型所述多路1板卡的電路原理圖；
[0022]圖3是本實(shí)用新型所述印制電路板的元件布局圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023]如圖1和圖2所示的一種用于農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)的多路1板卡，所述農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)包括輸出控制數(shù)據(jù)的控制芯片和被控電氣部件，所述1板卡包括:連接所述控制芯片，用于接收控制數(shù)據(jù)的輸入端；所述控制數(shù)據(jù)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，用于將串行控制信號轉(zhuǎn)換為并行控制信號的串并信號轉(zhuǎn)換電路；連接所述串并信號轉(zhuǎn)換電路，用于根據(jù)所述并行控制信號驅(qū)動繼電器電路的驅(qū)動電路；連接所述驅(qū)動電路和所述被控電氣部件，基于所述并行控制信號實(shí)現(xiàn)開關(guān)動作，進(jìn)而控制被控電氣部件工作狀態(tài)的繼電器電路；進(jìn)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(jìn)一步地，所述串并信號轉(zhuǎn)換電路包括η個級聯(lián)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，其余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；各移位寄存器的并行輸出端均連接所述驅(qū)動電路；進(jìn)一步地，所述驅(qū)動電路包括多個驅(qū)動芯片；所述驅(qū)動芯片的輸入端與所述移位寄存器的并行輸出端對應(yīng)連接；所述驅(qū)動芯片的輸出端連接所述繼電器電路；進(jìn)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(qū)動芯片的一輸出端；所述繼電器的觸點(diǎn)串接在被控電氣部件的控制回路中；進(jìn)一步地，所述移位寄存器為74HC595芯片；進(jìn)一步地，所述驅(qū)動芯片為ULN2003芯片；進(jìn)一步地，所述繼電器線圈兩端并聯(lián)接有由電阻和發(fā)光二極管構(gòu)成的顯示支路，能夠直觀表明繼電器的當(dāng)前開關(guān)狀態(tài)；另外，還包括置于所述繼電器的觸點(diǎn)所在回路中的保險管，能夠防止被控電氣部件由于電流過大而造成損壞；進(jìn)一步地，所述輸入端、串并信號轉(zhuǎn)換電路、驅(qū)動電路、繼電器電路和輸出端集成在一印制電路板上；所述供電電源采用12V電源；所述1板卡還包括三端穩(wěn)壓集成芯片78M05，該芯片輸入端接入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(shù)據(jù)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';并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(fù)位管腳，通過上拉電阻連接VCC電源(即78M05芯片輸出的5V電源)；所述輸出端具體包括多個連接各繼電器觸點(diǎn)兩端的接線端子。
[0024]如圖1所示，被控電氣部件在實(shí)際應(yīng)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(shè)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、濕度傳感器、風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器、降雨量傳感器和光強(qiáng)度傳感器；土壤信息檢測部分包括溫度傳感器、濕度傳感器、張力傳感器、水位計和電化學(xué)傳感器；灌溉設(shè)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(shù)據(jù)采集的功能；通過田間氣象站部分可以實(shí)現(xiàn)田間降水量、田間水位、風(fēng)速、風(fēng)向、日光輻射強(qiáng)度、溫度、濕度等信息檢測，獲得具有代表性的小范圍內(nèi)的氣象參數(shù)，為農(nóng)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(huán)境和養(yǎng)分，如使用濕度傳感器，根據(jù)濕度及相應(yīng)的作物所需指標(biāo)來確定灌溉時間，以及結(jié)合溫度傳感器，當(dāng)監(jiān)測當(dāng)前環(huán)境溫度高同時濕度低時，則控制灌溉設(shè)備開啟，以減輕干熱對作物的危害，其中的電化學(xué)傳感器可以檢測土壤中硝酸根濃度，當(dāng)?shù)陀趨?shù)設(shè)定值時向土壤施肥；通過灌溉設(shè)施部分可實(shí)現(xiàn)干管、支管和毛管的配套，利于節(jié)水灌溉技術(shù)應(yīng)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(shù)值，獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。具體地，可將本實(shí)用新型1板卡的繼電器觸點(diǎn)串接在上述閘門、傳感器、水泵、水位計、壓力計等的控制回路中，當(dāng)繼電器觸點(diǎn)閉合后，被控電氣部件啟動或關(guān)閉，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)上使用的多電氣設(shè)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(xiàn)有農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)的功能；實(shí)際應(yīng)用時，本實(shí)用新型只需與控制芯片的3個管腳相連接，便能實(shí)現(xiàn)多路被控電氣部件的控制；圖3示出了本實(shí)用新型所述印制電路板的元件布局圖，如圖3所示，其中，輸入端采用具有6個引腳的接線端子JP1，該接線端子連接12V電源線、地線、數(shù)據(jù)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放置在印制電路板的左上角，三端穩(wěn)壓集成芯片78M05靠近接線端子JPl放置，電路板的核心位置放置有級聯(lián)的移位寄存器74HC595芯片、輸入端與74HC595芯片的并行輸出端連接的ULN2003芯片、顯示支路中的發(fā)光二極管(圖3中的LED)、繼電器和保險管；印制電路板最右側(cè)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(shí)用新型所述1板卡實(shí)際應(yīng)用時的實(shí)施例，具體元件布局和印制電路板的形狀可根據(jù)使用需求進(jìn)行調(diào)整。
[0025]本實(shí)用新型所述1板卡通過信號連接線與控制芯片相連接，進(jìn)而得到控制數(shù)據(jù)，在第一時鐘信號和第二時鐘信號的作用下，級聯(lián)后的移位寄存器將其中的串行控制信號轉(zhuǎn)換為并行控制信號并傳輸給驅(qū)動芯片；所述驅(qū)動芯片采用ULN2003芯片，該芯片為高耐壓、大電流的達(dá)林頓陣列，能夠?qū)刂菩盘栠M(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，采用低電平控制繼電器導(dǎo)通可增大信號的驅(qū)動能力；驅(qū)動芯片的輸入端連接移位寄存器的并行輸出端，驅(qū)動芯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(jìn)而實(shí)現(xiàn)繼電器線圈是否通電的控制，從而控制繼電器觸點(diǎn)的閉合和斷開；所述繼電器的觸點(diǎn)為常開觸點(diǎn)；所述串并信號轉(zhuǎn)換電路包括η個級聯(lián)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，其余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(shí)用新型涉及到的技術(shù)術(shù)語進(jìn)行相關(guān)解釋:①級聯(lián):通過串聯(lián)的形式將芯片的數(shù)據(jù)輸出管腳與下一個芯片的數(shù)據(jù)輸入管腳相連②串行數(shù)據(jù):一位一位按順序傳送的數(shù)據(jù)，每一時刻只發(fā)送或接收一位數(shù)據(jù)③并行數(shù)據(jù):有許多通道，利用這些通道同一時刻可以發(fā)送或接收多位數(shù)據(jù)。
[0026]本實(shí)用新型通過串并信號轉(zhuǎn)換電路將控制芯片輸出的串行控制信號轉(zhuǎn)化為多路并行控制信號，通過移位寄存器的級聯(lián)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了 1端口的擴(kuò)展，節(jié)省控制芯片管腳資源，電路布線簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)多個被控電氣部件的控制和驅(qū)動，解決了現(xiàn)有農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)占用大量的控制芯片管腳資源而導(dǎo)致1端口不足的問題，本實(shí)用新型所述1板卡具有極強(qiáng)的擴(kuò)展能力，可廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)中。
[0027]以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的【具體實(shí)施方式】，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)的多路1板卡，所述農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)包括輸出控制數(shù)據(jù)的控制芯片和被控電氣部件，其特征在于所述1板卡包括: 連接所述控制芯片，用于接收控制數(shù)據(jù)的輸入端；所述控制數(shù)據(jù)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，用于將串行控制信號轉(zhuǎn)換為并行控制信號的串并信號轉(zhuǎn)換電路； 連接所述串并信號轉(zhuǎn)換電路，用于根據(jù)所述并行控制信號驅(qū)動繼電器電路的驅(qū)動電路； 連接所述驅(qū)動電路和所述被控電氣部件，基于所述并行控制信號實(shí)現(xiàn)開關(guān)動作，進(jìn)而控制被控電氣部件工作狀態(tài)的繼電器電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)的多路1板卡，其特征在于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(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)的多路1板卡，其特征在于所述串并信號轉(zhuǎn)換電路包括η個級聯(lián)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，其余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；各移位寄存器的并行輸出端均連接所述驅(qū)動電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)的多路1板卡，其特征在于所述驅(qū)動電路包括多個驅(qū)動芯片；所述驅(qū)動芯片的輸入端與所述移位寄存器的并行輸出端對應(yīng)連接；所述驅(qū)動芯片的輸出端連接所述繼電器電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)的多路1板卡，其特征在于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(qū)動芯片的一輸出端；所述繼電器的觸點(diǎn)串接在被控電氣部件的控制回路中。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)的多路1板卡，其特征在于所述移位寄存器為74HC595芯片。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)的多路1板卡，其特征在于所述驅(qū)動芯片為ULN2003芯片。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)的多路1板卡，其特征在于所述繼電器線圈兩端并聯(lián)接有由電阻和發(fā)光二極管構(gòu)成的顯示支路。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)的多路1板卡，其特征在于還包括置于所述繼電器的觸點(diǎn)所在回路中的保險管。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)的多路1板卡，其特征在于所述輸入端、串并信號轉(zhuǎn)換電路、驅(qū)動電路、繼電器電路和輸出端集成在一印制電路板上。
【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(yōu)先權(quán)日:2014年11月12日
【發(fā)明者】李振才, 李向琦, 黃征, 邵文, 張磊, 苗宇, 于銘毅 申請人:沈陽遠(yuǎn)大科技園有限公司