數字化LED光源控制器設計

　　在現代自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，機器視覺(jué)系統廣泛應用于工況監視、成品檢驗和質(zhì)量控制等領(lǐng)域。機器視覺(jué)系統主要由照明系統、鏡頭、攝像機、圖像采集卡和圖像處理系統組成，通過(guò)光源、鏡頭及CCD等成像器件匹配圖像采集及處理系統來(lái)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)量的負擔，有效地提高檢測效率，并有利于生產(chǎn)管理。照明系統是機器視覺(jué)系統的重要組成部分，是保證采集圖像質(zhì)量和應用效果的關(guān)鍵，而光源控制器是照明系統的核心，其主要作用就是針對具體應用場(chǎng)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。當前國內多數廠(chǎng)商生產(chǎn)的光源控制器是手動(dòng)調節或通過(guò)RS232與Pc機通信進(jìn)行調節，使用較為不方便，效率低，且成本較高。本文設計了一種新型光源控制器，該控制器以ST公司基于A(yíng)RM Codex—M3內核的STM32微控制器STM32F107VCT6 為核心，通過(guò)即插即用，傳輸速度高 的USB接口與Pc機進(jìn)行通信，實(shí)現Pc端應用軟件對光源控制器參數的實(shí)時(shí)設定。利用STM32片內定時(shí)器實(shí)現PWM數字調光，以及脈沖頻率，占空比的大范圍調節，并通過(guò)定時(shí)器之間的協(xié)同工作保證精確定時(shí)。此外，該控制器實(shí)現了三種照明模式，分別是普通模式、頻閃模式和外部觸發(fā)模式。這種設計能夠靈活適應機器視覺(jué)檢測系統在不同場(chǎng)合應用中的需要。

　　1 總體方案設計

　　簡(jiǎn)單地說(shuō)，光源控制器的主要功能是接收PC主機發(fā)來(lái)的預先定義好的各種命令和設置參數，經(jīng)過(guò)主控制器處理，然后通過(guò)驅動(dòng)電路控制LED光源按照設定實(shí)現數字PWM調光。

　　光源控制器按照體系架構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(hù)界面應用程序，USB驅動(dòng)程序，控制器硬件固件。硬件部分可以分為主控模塊和LED驅動(dòng)模塊。主控模塊主要負責完成與Pc機的通信，命令響應，以及事物管理，它是整個(gè)控制器的核心部分。LED驅動(dòng)模塊主要為L(cháng)ED光源提供合適的驅動(dòng)方式。LED光源常用的驅動(dòng)方式有電感式驅動(dòng)和電荷泵式驅動(dòng)，其中電感式驅動(dòng)電路適合驅動(dòng)若干個(gè)相串聯(lián)的LED。LED亮度控制方法可分為模擬調光和數字PWM調光兩種。模擬調光通過(guò)改變LED電流來(lái)調整亮度。其缺點(diǎn)在于LED會(huì )隨著(zhù)正向電流改變而產(chǎn)生色偏現象，無(wú)法滿(mǎn)足精度的要求。PWM調光通過(guò)開(kāi)啟和關(guān)閉LED來(lái)改變正向電流導通時(shí)間以達到亮度調整效果。由于LED都是以恒定的電流導通，因此不會(huì )出現模擬調光技術(shù)的色偏移問(wèn)題。故本設計采用電感式驅動(dòng)、PWM恒流調光。