數字化LED光源控制器設計

　　在現代自動化生產過程中，機器視覺系統廣泛應用于工況監視、成品檢驗和質量控制等領域。機器視覺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，通過光源、鏡頭及CCD等成像器件匹配圖像采集及處理系統來進行產品的檢查、識別等，此技術可大大減輕人工目檢產品質量的負擔，有效地提高檢測效率，并有利于生產管理。照明系統是機器視覺系統的重要組成部分，是保證采集圖像質量和應用效果的關鍵，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，獲得高質量的圖像。當前國內多數廠商生產的光源控制器是手動調節或通過RS232與Pc機通信進行調節，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ARM Codex—M3內核的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機進行通信，實現Pc端應用軟件對光源控制器參數的實時設定。利用STM32片內定時器實現PWM數字調光，以及脈沖頻率，占空比的大范圍調節，并通過定時器之間的協同工作保證精確定時。此外，該控制器實現了三種照明模式，分別是普通模式、頻閃模式和外部觸發模式。這種設計能夠靈活適應機器視覺檢測系統在不同場合應用中的需要。

　　1 總體方案設計

　　簡單地說，光源控制器的主要功能是接收PC主機發來的預先定義好的各種命令和設置參數，經過主控制器處理，然后通過驅動電路控制LED光源按照設定實現數字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端用戶界面應用程序，USB驅動程序，控制器硬件固件。硬件部分可以分為主控模塊和LED驅動模塊。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，它是整個控制器的核心部分。LED驅動模塊主要為LED光源提供合適的驅動方式。LED光源常用的驅動方式有電感式驅動和電荷泵式驅動，其中電感式驅動電路適合驅動若干個相串聯的LED。LED亮度控制方法可分為模擬調光和數字PWM調光兩種。模擬調光通過改變LED電流來調整亮度。其缺點在于LED會隨著正向電流改變而產生色偏現象，無法滿足精度的要求。PWM調光通過開啟和關閉LED來改變正向電流導通時間以達到亮度調整效果。由于LED都是以恒定的電流導通，因此不會出現模擬調光技術的色偏移問題。故本設計采用電感式驅動、PWM恒流調光。