數(shù)字化LED光源控制器設(shè)計

　　在現(xiàn)代自動化生產(chǎn)過程中，機(jī)器視覺系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工況監(jiān)視、成品檢驗和質(zhì)量控制等領(lǐng)域。機(jī)器視覺系統(tǒng)主要由照明系統(tǒng)、鏡頭、攝像機(jī)、圖像采集卡和圖像處理系統(tǒng)組成，通過光源、鏡頭及CCD等成像器件匹配圖像采集及處理系統(tǒng)來進(jìn)行產(chǎn)品的檢查、識別等，此技術(shù)可大大減輕人工目檢產(chǎn)品質(zhì)量的負(fù)擔(dān)，有效地提高檢測效率，并有利于生產(chǎn)管理。照明系統(tǒng)是機(jī)器視覺系統(tǒng)的重要組成部分，是保證采集圖像質(zhì)量和應(yīng)用效果的關(guān)鍵，而光源控制器是照明系統(tǒng)的核心，其主要作用就是針對具體應(yīng)用場合提供不同的照明亮度和照明方式，從而提高照明光源的品質(zhì)，獲得高質(zhì)量的圖像。當(dāng)前國內(nèi)多數(shù)廠商生產(chǎn)的光源控制器是手動調(diào)節(jié)或通過RS232與Pc機(jī)通信進(jìn)行調(diào)節(jié)，使用較為不方便，效率低，且成本較高。本文設(shè)計了一種新型光源控制器，該控制器以ST公司基于ARM Codex—M3內(nèi)核的STM32微控制器STM32F107VCT6 為核心，通過即插即用，傳輸速度高 的USB接口與Pc機(jī)進(jìn)行通信，實現(xiàn)Pc端應(yīng)用軟件對光源控制器參數(shù)的實時設(shè)定。利用STM32片內(nèi)定時器實現(xiàn)PWM數(shù)字調(diào)光，以及脈沖頻率，占空比的大范圍調(diào)節(jié)，并通過定時器之間的協(xié)同工作保證精確定時。此外，該控制器實現(xiàn)了三種照明模式，分別是普通模式、頻閃模式和外部觸發(fā)模式。這種設(shè)計能夠靈活適應(yīng)機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)在不同場合應(yīng)用中的需要。

　　1 總體方案設(shè)計

　　簡單地說，光源控制器的主要功能是接收PC主機(jī)發(fā)來的預(yù)先定義好的各種命令和設(shè)置參數(shù)，經(jīng)過主控制器處理，然后通過驅(qū)動電路控制LED光源按照設(shè)定實現(xiàn)數(shù)字PWM調(diào)光。

　　光源控制器按照體系架構(gòu)可以劃分為軟件部分和硬件部分，其中軟件部分又可以分為Pc端用戶界面應(yīng)用程序，USB驅(qū)動程序，控制器硬件固件。硬件部分可以分為主控模塊和LED驅(qū)動模塊。主控模塊主要負(fù)責(zé)完成與Pc機(jī)的通信，命令響應(yīng)，以及事物管理，它是整個控制器的核心部分。LED驅(qū)動模塊主要為LED光源提供合適的驅(qū)動方式。LED光源常用的驅(qū)動方式有電感式驅(qū)動和電荷泵式驅(qū)動，其中電感式驅(qū)動電路適合驅(qū)動若干個相串聯(lián)的LED。LED亮度控制方法可分為模擬調(diào)光和數(shù)字PWM調(diào)光兩種。模擬調(diào)光通過改變LED電流來調(diào)整亮度。其缺點在于LED會隨著正向電流改變而產(chǎn)生色偏現(xiàn)象，無法滿足精度的要求。PWM調(diào)光通過開啟和關(guān)閉LED來改變正向電流導(dǎo)通時間以達(dá)到亮度調(diào)整效果。由于LED都是以恒定的電流導(dǎo)通，因此不會出現(xiàn)模擬調(diào)光技術(shù)的色偏移問題。故本設(shè)計采用電感式驅(qū)動、PWM恒流調(diào)光。