本發(fā)明涉及工業(yè)品表面質(zhì)量檢測(cè)的機(jī)器視覺光源控制，具體地說是涉及一種數(shù)字化無線LED光源控制器。

背景技術(shù)：

機(jī)器視覺系統(tǒng)是利用機(jī)器代替人眼獲取客觀事物的圖像，通過計(jì)算機(jī)和圖像處理技術(shù)對(duì)獲取的圖像進(jìn)行處理、分析和識(shí)別的系統(tǒng)，包括照明、鏡頭、相機(jī)、圖像采集卡和視覺處理器五大部分，每部分均可能影響圖像處理的結(jié)果，甚至導(dǎo)致機(jī)器視覺系統(tǒng)的不穩(wěn)定。其中光源控制器是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一。

現(xiàn)有的光源控制器存在發(fā)熱量明顯，控制指令輸入模塊與控制器之間布線麻煩的問題。在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，由于安裝環(huán)境的限制，有時(shí)需要將調(diào)節(jié)光源亮度的控制信號(hào)輸入模塊與光源控制器的其他模塊分離安裝。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的光源控制器在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)發(fā)熱明顯，控制指令輸入模塊與控制器之間布線麻煩的問題，提出了一種數(shù)字化無線LED光源控制器。

一種數(shù)字化無線LED光源控制器，包括軟件部分和硬件部分；

所述硬件部分包括包括上位機(jī)、無線串口通信模塊、嵌入式控制單元、光源驅(qū)動(dòng)電路、LED光源、顯示模塊和供電電源模塊；

所述上位機(jī)通過無線串口通信模塊與嵌入式控制單元雙向連接，用于發(fā)送指令和接收數(shù)據(jù)；所述嵌入式控制單元通過光源驅(qū)動(dòng)電路與LED光源連接，利用PWM控制技術(shù)調(diào)節(jié)LED光源的亮度；所述顯示模塊由數(shù)碼管顯示電路構(gòu)成，與嵌入式控制單元連接，用于顯示出通道序號(hào)和LED光源的亮度值；所述供電電源模塊分別與無線串口通信模塊、嵌入式控制單元、光源驅(qū)動(dòng)電路、顯示模塊連接，提供穩(wěn)定電源。

進(jìn)一步地，所述硬件部分還包括紅外控制模塊，紅外控制模塊分為紅外遙控按鍵和紅外接收電路，所述紅外接收電路與嵌入式控制單元連接，紅外遙控按鍵用于發(fā)送指令，紅外接收電路用于接收指令并發(fā)送給嵌入式控制單元。操作者除了可以通過上位機(jī)無線遠(yuǎn)程控制發(fā)送指令給嵌入式控制單元，還可以使用紅外控制模塊遙控發(fā)送指令，支持多種發(fā)送指令的模式，節(jié)省布線的麻煩。

進(jìn)一步地，所述軟件部分包括上位機(jī)軟件，嵌入式控制單元程序和LED灰度值調(diào)節(jié)算法；

所述上位機(jī)軟件用于選擇LED光源通道，發(fā)送調(diào)節(jié)LED光源亮度的控制指令；

所述嵌入式控制單元程序用于分析、處理接收到的控制指令，然后根據(jù)處理的結(jié)果調(diào)節(jié)PWM波的占空比，從而調(diào)節(jié)LED光源的亮度；

所述LED灰度值調(diào)節(jié)算法，是利用LED光源灰度值與PWM占空比之間的關(guān)系，通過間距劃分多級(jí)的占空比調(diào)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)LED光源灰度值的調(diào)節(jié)。

進(jìn)一步地，所述上位機(jī)軟件包括界面初始化、串口初始化、選擇LED光源通道和發(fā)送控制指令四個(gè)部分。

進(jìn)一步地，所述嵌入式控制單元程序包括設(shè)備初始化，檢測(cè)控制指令、解析控制指令和調(diào)節(jié)PWM波占空比四個(gè)部分，設(shè)備初始化包括I/O口初始化、鎖相環(huán)初始化、紅外引腳初始化、串口初始化和脈寬調(diào)制初始化。

進(jìn)一步地，所述嵌入式控制單元采用LPC2148芯片作為核心控制芯片，所述LED灰度值調(diào)節(jié)算法包括如下步驟：

S1設(shè)置PWM波為單邊沿控制的，在PWM周期的開始時(shí)都是高電平，并且每個(gè)PWM的周期不變，周期大小由以下公式給出：

$T_{PWM}=n\×\frac{1}{f_{cclk}}$

f_cclk指的是LPC2148芯片的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率，n為核心控制芯片LPC2148的PWMMR0寄存器的值；

S2將PWM波的周期數(shù)字化為256份，通過設(shè)置核心控制芯片LPC2148的PWM匹配寄存器來控制每個(gè)PWM周期中高電平的時(shí)間，在嵌入式控制單元程序中，PWM匹配寄存器的值由以下公式給出：

${\mathrm{PWMMR}}_i=\frac{PWMMR0}{256}\×N$

i＝1,2,3,4,5,6；N＝0,1,2,3...255,N代表LED光源的灰度值，PWMMR_i代表PWM匹配寄存器的值；

S3實(shí)現(xiàn)間距為的0～255級(jí)占空比調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)0～255的LED光源灰度值的調(diào)節(jié)，PWM波的占空比為：

$DutyRatio=\frac{{\mathrm{PWMMR}}_i}{PWMMR0}=\frac{N}{256}$

i＝1,2,3,4,5,6；N＝0,1,2,3...255，N代表LED光源的灰度值，DutyRatio代表占空比。

進(jìn)一步地，所述LED光源有四路，光源驅(qū)動(dòng)電路包含四通道的驅(qū)動(dòng)電路，用于提供四路LED光源的供電電壓。

進(jìn)一步地，所述無線串口通信模塊分為上位機(jī)無線串口模塊和下位機(jī)無線串口模塊，上位機(jī)無線串口模塊與上位機(jī)之間雙向連接，下位機(jī)無線串口模塊與嵌入式控制單元的串口之間雙向連接，從而實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和嵌入式控制單元之間數(shù)據(jù)的雙向通信。

進(jìn)一步地，所述嵌入式控制單元采用LPC2148芯片作為核心控制芯片，其輸出的PWM波的頻率最高達(dá)到10⁵數(shù)量級(jí)。嵌入式控制單元采用LPC2148作為核心控制芯片，用于分析、處理上位機(jī)通過無線串口模塊發(fā)送的和操作者通過紅外遙控按鍵發(fā)送的調(diào)節(jié)LED光源亮度的控制指令，根據(jù)分析處理的結(jié)果輸出相應(yīng)占空比的PWM波，從而調(diào)節(jié)LED光源的亮度；同時(shí)，嵌入式控制單元可以控制顯示模塊，讓其顯示出通道序號(hào)和LED光源的亮度值。另外，嵌入式控制單元可以同時(shí)獨(dú)立輸出四路不同占空比的PWM波，并且可以實(shí)時(shí)地調(diào)節(jié)各路PWM波的占空比，從而達(dá)到實(shí)時(shí)獨(dú)立地調(diào)節(jié)四路LED光源亮度的目的。由于采用PWM控制技術(shù)調(diào)節(jié)LED光源的亮度，故本光源控制器的發(fā)熱并不明顯。另外，PWM波的頻率可以高達(dá)10⁵數(shù)量級(jí)，足以精確穩(wěn)定的控制LED光源的亮度，因此在圖像采集的過程中，基本不會(huì)出現(xiàn)頻閃現(xiàn)象。

進(jìn)一步地，所述光源驅(qū)動(dòng)電路包含高頻開關(guān)電路。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理、能夠同時(shí)獨(dú)立精確穩(wěn)定地控制四路通道的LED光源，采用PWM控制技術(shù)調(diào)節(jié)LED光源的亮度，其發(fā)熱量??；又因?yàn)椴捎梅墙佑|的方式(無線串口通信和紅外遙控)輸入控制指令數(shù)據(jù)，克服了布線過程的復(fù)雜性，同時(shí)不受安裝環(huán)境的限制。因此，在工業(yè)檢測(cè)的安裝使用過程中更加靈活。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的硬件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的上位機(jī)軟件流程圖；

圖3是本發(fā)明的上位機(jī)軟件界面圖；

圖4是本發(fā)明的嵌入式控制單元程序流程圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提出了一種數(shù)字化無線光源控制器，下面結(jié)合附圖說明具體實(shí)施方式。

本發(fā)明的包括硬件部分和軟件部分，如圖1所示，所述硬件部分包括包括上位機(jī)、無線串口通信模塊、紅外控制模塊、嵌入式控制單元、光源驅(qū)動(dòng)電路、四路LED光源、顯示模塊和供電電源模塊。

無線串口通信模塊分為上位機(jī)無線串口模塊和下位機(jī)無線串口模塊，上位機(jī)無線串口模塊與上位機(jī)之間雙向連接，下位機(jī)無線串口模塊與嵌入式控制單元的串口之間雙向連接，從而實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和嵌入式控制單元之間數(shù)據(jù)的雙向通信；

紅外控制模塊分為紅外遙控按鍵和紅外接收電路，紅外接收電路與嵌入式控制單元連接，紅外遙控按鍵用于發(fā)送指令，紅外接收電路用于接收指令并發(fā)送給嵌入式控制單元；

所述嵌入式控制單元采用LPC2148芯片作為核心控制芯片，其輸出的PWM波的頻率最高達(dá)到10⁵數(shù)量級(jí)；嵌入式控制單元的PWM波輸出接口與光源驅(qū)動(dòng)電路的輸入端口連接；

所述光源驅(qū)動(dòng)電路由高頻開關(guān)電路和驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，用于提供四路LED光源的供電電壓，其輸出端與四路LED光源的受電端相連；

同時(shí)，嵌入式控制單元還與顯示模塊單向連接，控制其顯示出通道序號(hào)和LED光源的亮度值；

供電電源模塊的受電端與外電源相連，而供電端同時(shí)與顯示模塊的受電端、嵌入式控制單元的受電端、光源驅(qū)動(dòng)電路的受電端和無線串口通信模塊的受電端相連，為這些模塊提供所需電壓，以保證它們的正常運(yùn)行。

本發(fā)明的軟件部分包括上位機(jī)軟件，嵌入式控制單元程序和LED灰度值調(diào)節(jié)算法。所述上位機(jī)軟件用于選擇LED光源通道，發(fā)送調(diào)節(jié)LED光源亮度的控制指令；所述嵌入式控制單元程序用于分析、處理接收到的控制指令，然后根據(jù)處理的結(jié)果調(diào)節(jié)PWM波的占空比，從而調(diào)節(jié)LED光源的亮度；所述LED灰度值調(diào)節(jié)算法，是利用LED光源灰度值與PWM占空比之間的關(guān)系，通過間距劃分多級(jí)的占空比調(diào)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)LED光源灰度值的調(diào)節(jié)。

如圖2所示，上位機(jī)軟件包括界面初始化、串口初始化、選擇LED光源通道和發(fā)送控制令四個(gè)部分。首先對(duì)軟件界面和串口進(jìn)行初始化設(shè)置，在初始化完成后，判斷串口是否已經(jīng)打開。若未打開，重新初始化串口；若串口已經(jīng)打開，則選擇LED光源通道號(hào)，發(fā)送調(diào)節(jié)LED光源亮度的控制指令。

如圖3所示，上位機(jī)軟件的界面包括LED光源灰度值手動(dòng)輸入欄1、LED光源灰度值滑動(dòng)輸入欄2、LED光源通道選擇欄3、發(fā)送數(shù)據(jù)4、串口開關(guān)5、狀態(tài)欄6和波特率選擇欄7。操作者首先通過波特率選擇欄7選擇串口通信的波特率，通過串口開關(guān)5打開上位機(jī)的串口，然后通過LED光源通道選擇欄3選擇LED光源的通道，接著通過LED光源灰度值手動(dòng)輸入欄1或者通過上下滑動(dòng)滑塊輸入LED光源灰度值，最后點(diǎn)擊發(fā)送數(shù)據(jù)4，這樣便可發(fā)送數(shù)據(jù)。另外，操作者可以從狀態(tài)欄6中得到上位機(jī)串口的狀態(tài)和LED光源通道的序號(hào)。

如圖4所示，嵌入式控制單元程序包括初始化(I/O口初始化、鎖相環(huán)初始化、紅外引腳初始化、串口初始化和脈寬調(diào)制初始化)、檢測(cè)控制指令、解析控制指令和調(diào)節(jié)PWM波占空比四個(gè)部分。首先對(duì)嵌入式控制單元的I/O口、鎖相環(huán)、紅外引腳、串口和脈寬調(diào)制進(jìn)行初始化，然后檢測(cè)串口和紅外引腳是否有控制指令的輸入。如果沒有檢測(cè)到控制指令的輸入，則繼續(xù)檢測(cè)是否有控制指令輸入；倘若檢測(cè)到控制指令的輸入，則對(duì)控制指令進(jìn)行解碼和分析，最后根據(jù)分析的結(jié)果調(diào)節(jié)PWM波的占空比。

相應(yīng)的LED灰度值調(diào)節(jié)算法實(shí)施步驟如下：

S1設(shè)置PWM波為單邊沿控制的，在PWM周期的開始時(shí)都是高電平，并且每個(gè)PWM的周期不變，本發(fā)明設(shè)置嵌入式控制單元的核心控制芯片LPC2148的PWMMR0寄存器為256，從而輸出的PWM波的周期為256個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，其大小由以下公式給出：

$T_{PWM}=n\×\frac{1}{f_{cclk}}$

f_cclk指的是LPC2148系統(tǒng)時(shí)鐘頻率，n＝256；

S2將PWM波的周期數(shù)字化為256份，通過設(shè)置核心控制芯片LPC2148的PWM匹配寄存器來控制每個(gè)PWM周期中高電平的時(shí)間，在嵌入式控制單元程序中，設(shè)置PWMMR2，PWMMR4，PWMMR5，PWMMR6的值，以控制四路PWM波的占空比。PWMMR2，PWMMR4，PWMMR5，PWMMR6的值由以下公式給出：

${\mathrm{PWMMR}}_i=\frac{PWMMR0}{256}\×N$

i＝1,2,3,4,5,6；N＝0,1,2,3...255。N代表LED光源的灰度值，PWMMR_i代表PWM匹配寄存器的值；

S3實(shí)現(xiàn)間距為的0～255級(jí)占空比調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)0～255的LED光源灰度值的調(diào)節(jié)。PWM波的占空比為：

$DutyRatio=\frac{{\mathrm{PWMMR}}_i}{PWMMR0}=\frac{N}{256}$

i＝1,2,3,4,5,6；N＝0,1,2,3...255。N代表LED光源的灰度值；DutyRatio代表占空比；

上式表明了LED光源灰度值與PWM占空比之間的關(guān)系，通過間距為的0～255級(jí)的占空比調(diào)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)0～255的LED光源灰度值的調(diào)節(jié)。

操作者可以通過上位機(jī)軟件發(fā)送調(diào)節(jié)LED光源亮度的控制指令，這些控制指令經(jīng)過和上位機(jī)雙向連接的上位機(jī)無線串口模塊發(fā)送，當(dāng)與嵌入式控制單元雙向連接的下位機(jī)無線串口模塊接收到這些控制指令后，會(huì)將其通過URAT口發(fā)送給嵌入式控制單元。嵌入式控制單元接收到調(diào)節(jié)LED光源亮度的控制指令后，經(jīng)過嵌入式控制單元程序的分析、處理，隨后做出相應(yīng)的響應(yīng)，即向光源驅(qū)動(dòng)電路輸出相應(yīng)占空比的PWM波，從而調(diào)節(jié)LED光源的亮度。另外，操作者也可以通過紅外遙控按鍵發(fā)送調(diào)節(jié)LED光源亮度的控制指令，而紅外接收電路則負(fù)責(zé)接收紅外遙控按鍵發(fā)送的控制指令，并且將其發(fā)送給嵌入式控制單元。嵌入式控制單元程序?qū)邮盏降目刂浦噶钸M(jìn)行解碼、分析和處理之后，輸出相應(yīng)占空比的PWM波給光源驅(qū)動(dòng)電路，進(jìn)而控制LED光源的亮度。

本發(fā)明采用非接觸的方式輸入控制指令數(shù)據(jù)，克服了布線過程的復(fù)雜性，同時(shí)不受安裝環(huán)境的限制，在工業(yè)檢測(cè)的安裝使用過程中更加靈活。