CN103561516A - 用于视觉成像led光源的控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于视觉成像LED光源的控制器，包括：微处理器模块、数模转换模块、模数转换模块、放大反馈电路、功率驱动模块、采样电阻以及LED光源，微处理器模块，用于与所述数模转换模块及所述模数转换模块进行数据交换，且控制所述数模转换模块输出对应的控制电压；放大反馈电路，用于控制所述功率驱动模块实现对电流的调节；采样电阻，用于将电流转换成电压值进行间接测量；其中，所述LED光源与所述功率驱动模块连接。本发明的用于视觉成像LED光源的控制器具有分辨率高且驱动电流大的优点，其使用简单，稳定可靠，最终输出的驱动电流可达1.5A，在整个电流输出范围内线性可调，精度可达0.5mA。

Description

用于视觉成像LED光源的控制器

技术领域

本发明涉及一种LED光源控制器，尤其涉及一种用于镭射加工系统中视觉成像用的LED光源控制器。

背景技术

随着激光在工业加工、半导体行业中的广泛应用，激光精密加工是未来的发展趋势，而视觉成像技术作为精密加工的手段在激光加工设备中对工艺要求起着关键作用。在一个多功能的视觉成像系统中有可能会用到不同规格的LED点光源、环形光或面光源，要提高成像质量以及提取到加工物件的特征点和对比度，光源必须做到亮度微调并且长时间稳定，因此光源控制器的优劣直接影响着加工产品的工艺品质。而传统的LED光源控制器是采用脉冲宽可调发生器来控制功率驱动模块，在电路中串接LED灯和限流电阻，根据不同频率和占空比来决定功率部件的开关时间，并可等效成直流成分和谐波成分的叠加，从而可以得到所需的电流大小，但对于激光设备载台上的边界光源来说需要很高的分辨率才能让机器视觉得到易于细微调节的亮度，而传统方法得到的驱动电流精度不高，一般在4mA以上，同时驱动电流不会很高，很难满足如红外平板光源所需的700mA以上电流。

发明内容

为了解决现有LED光源控制器精度低及驱动电流小的问题，本发明提出一种用于视觉成像LED光源的控制器，其具有分辨率高、驱动电流大、经验参数记忆以及驱动电源规格切换的特点。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种用于视觉成像LED光源的控制器，包括：微处理器模块、数模转换模块、模数转换模块、放大反馈电路、功率驱动模块、采样电阻以及LED光源，微处理器模块，用于与所述数模转换模块及所述模数转换模块进行数据交换，且控制所述数模转换模块输出对应的控制电压；

放大反馈电路，用于控制所述功率驱动模块实现对电流的调节；

采样电阻，用于将电流转换成电压值进行间接测量；

其中，所述LED光源与所述功率驱动模块连接。

作为本发明的进一步改进，所述放大反馈电路包括有比较放大器及同相比例放大器，所述比较放大器的正反馈端与所述数模转换模块连接，所述同相比例放大器的正反馈端与所述模数转换模块连接，其中，所述同相比例放大器的输出端分别连接于所述比较放大器的负反馈端及所述同相比例放大器的负反馈端。

作为本发明的进一步改进，所述数模转换模块的有效分辨率为12位，且其转换速率最快为125K/秒。

作为本发明的进一步改进，所述控制器还包括电源切换模块，所述电源切换模块的电源输出端与所述LED光源连接。

作为本发明的进一步改进，所述控制器还包括串口通信模块，所述串口通信模块与所述微处理器模块连接。

作为本发明的进一步改进，所述控制器还包括记忆芯片模块，所述记忆芯片模块的数据采集控制端与所述微处理器模块连接。

作为本发明的进一步改进，所述记忆芯片模块采用Flash存储模块。

作为本发明的进一步改进，所述采样电阻采用高功率的金属膜电阻。

作为本发明的进一步改进，所述功率驱动模块采用N沟道MOS管，通过所述功率驱动模块的驱动电流最大为2A。

与现有技术相比，本发明的用于视觉成像LED光源的控制器具有分辨率高且驱动电流大的优点，其使用简单，稳定可靠，最终输出的驱动电流可达1.5A，在整个电流输出范围内线性可调，精度可达0.5mA。

附图说明

图1为本发明的用于视觉成像LED光源的控制器的电路模块示意图；

图2为图1中具体地电路结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

请参图1所示，为本发明的用于视觉成像LED光源的控制器的电路模块示意图，具体地，该控制器包括：微处理器模块1、数模转换模块（D/A）2、模数转换模块 (A/D) 3、放大反馈电路5、功率驱动模块6、采样电阻7以及LED光源8。其中，微处理器模块1分别与数模转换模块2及模数转换模块3连接，特别地，数模转换模块2及模数转换模块3与放大反馈电路5、功率驱动模块6和采样电阻7依次连接，采样电阻7还与放大反馈电路5连接，形成反馈电路。

在本发明的一实施方式中，LED光源8与功率驱动模块6连接，该控制器还包括电源切换模块9，电源切换模块9的电源输出端与LED光源8连接，该电源切换模块9包括有+24V、+12V、+5V的切换电源端。特别地，本发明的控制器还包括串口通信模块4及记忆芯片模块10，该串口通信模块4和记忆芯片模块10分别与微处理器模块1连接。详细地，记忆芯片模块10的数据采集控制端与微处理器模块1连接，其中，记忆芯片模块10采用Flash存储模块。Flash存储叫做闪存，其具有掉电不丢失数据信息的功能。在本发明中，该Flash存储模块的功能主要是为满足不同工艺参数设置不同的电流参数，以便下次开机启动后不需再重新设定或者再次搜索LED光源8亮度值而设计的参数保存功能，只需用户在使用中给微处理器模块1发送参数记忆命令，则控制器下次开机时，会自动点亮LED光源8上一次所需的亮度。

具体地，在本发明的控制电路中，该控制器还包括串口通信模块4，串口通信模块4与微处理器模块1连接。微处理器控制模块的主要功能是用于接收来自串口通信模块4的控制指令，并判断指令类型和功能。当需要设定电流时，微处理器模块1通过SPI接口与高精度数模转换模块2进行数据交换，控制数模转换模块2输出对应的控制电压。特别地，数模转换模块2的有效分辨率为12位，且其转换速率可达125K/秒。

数模转换模块2的输出电压直接送至放大反馈电路5的比较输入端，与来自采样电阻7端放大后的电压进行比较，放大反馈电路5输出直接控制功率驱动模块6的栅极，其中，功率驱动模块6采用N沟道MOS管，通过该功率驱动模块6的驱动电流最大可达2A。

如图2所示，电路中采样电阻7具体地为图中R15和R16，在本发明的一实施方式中，R15、R16为并联的两个2欧姆6瓦的反馈电阻。电路中采用电阻的作用是将电流转换成电压值进行间接测量。详细地，在设定电流的过程中，微处理器模块1会采集该电压值，具体地方法是通过模数转换模块3，其中，微处理器模块1与模数转换模块3的控制和数据交换通道也是SPI接口。电压值通过模数转换模块3进行转换后，送入微处理器模块1中，微处理器计算出当前电流与设定的电流是否一致，若有偏差，再重新调整模数转换模块3的输出电压设定值，并再次计算电流值，如此反复直至电流值在允许偏差范围内。整个过程就是一个PID调节过程。特别地，在本实施方式中，采样电阻7采用高功率的金属膜电阻。

图1电路图中，串口通信模块4的功能是作为电路中微处理器模块1与计算机通信的桥梁，用于传送计算机发送给光源控制器的控制指令，以及传送微处理器模块1返回给计算机的电流参数值。具体的直流有系统初始化命令、电流设定命令、电流查询命令、参数记忆命令等。另外，微处理器模块1在执行完相应操作后还会返回指令执行是否成功。

请再次参照图2，为放大反馈电路5控制功率驱动模块6实现电流调节的具体电路结构。图中，GND是电源地；Q1为功率驱动模块6，具体为N沟道MOS功率驱动模块6；U12A是比较放大器；U12B是同相比例放大器，该U12B同阻值分别为20K、10K的R11、R13组成一个放大倍数为3的放大电路；R14是阻值为51K的平衡电阻；R12是200欧姆的限流电阻；C40是电源滤波电容；D1、D2、Dn为若干个并联的LED光源8。

具体地，放大反馈电路5包括有比较放大器及同相比例放大器，该比较放大器的正反馈端与数模转换模块2连接，该同相比例放大器的正反馈端与模数转换模块3连接，其中，同相比例放大器的输出端分别连接于比较放大器的负反馈端及同相比例放大器的负反馈端。从图中可以分析看出，流经LED光源8的电流与流经采样电阻7的电流几乎是相等，因此，只要得出采样电阻7两端的电压值就可以计算出当前的控制电流，设采样电阻7端的电压值为Uf，驱动电流为I，则可根据公式：

Uf=I[(R15+R16)/R15R16]

Uf即为U12B的正反馈端的输入电压，因此可以得到U12B的输出端的电压U，依据公式为：

U=（1+R11/R13）Uf=3Uf

其中，U12B的输出端电压即为比较放大器U12A的负反馈端的输入电压。由于整个放大反馈电路与Q1构成了一个闭环反馈电路，仅需U12A的正反馈端输入一个电压值，最终负反馈端的电压值与之相等，因此电压U即为U12A正反馈端电压。由于正反馈端的电压为数模转换模块2的输出电压，因此要设定LED光源8的电流值转换成设定数模转换模块2的输出电压值，即为3I。

在本发明中，由于D/A的输出范围是0~5V，A/D的输入范围是0~2.5V，且采用的是12为分辨率的D/A模块，理论上LED光源8的驱动电流可达1.67A，电流精度可达0.4mA，但在实际使用中，PCB印制线盒连接导线都有阻值，并且考虑到PCB布线效果和D/A模块本身的转换误差，实际最大电流为1.5A，精度在0.5mA。

需要说明的是，在本实施方式中，电路中采用高功率电阻，以保证通过大电流时不会发热损坏；同时电阻需采用金属膜电阻，以保证电流的精度稳定。电路中C24是22微法的滤波电容，并且必须与Q1的栅极相连接，可以起到平滑电流的作用。电源切换模块9是用以满足不同电压规格的LED光源8所设计。一般的LED光源8有5V、12V、24V三种规格，根据需要将电源切换至对应规格即可。而传统的光源控制器采取24V通用的做法，但若接5V或12V光源在长时间大电流工作环境下，反而很容易导致光源控制器损坏，本发明很好的解决了该问题。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于视觉成像LED光源的控制器，其特征在于，包括：微处理器模块、数模转换模块、模数转换模块、放大反馈电路、功率驱动模块、采样电阻以及LED光源，

微处理器模块，用于与所述数模转换模块及所述模数转换模块进行数据交换，且控制所述数模转换模块输出对应的控制电压；

放大反馈电路，用于控制所述功率驱动模块实现对电流的调节；

采样电阻，用于将电流转换成电压值进行间接测量；

其中，所述LED光源与所述功率驱动模块连接。

2.根据权利要求1所述的用于视觉成像LED光源的控制器，其特征在于，所述放大反馈电路包括有比较放大器及同相比例放大器，所述比较放大器的正反馈端与所述数模转换模块连接，所述同相比例放大器的正反馈端与所述模数转换模块连接，其中，所述同相比例放大器的输出端分别连接于所述比较放大器的负反馈端及所述同相比例放大器的负反馈端。

3.根据权利要求2所述的用于视觉成像LED光源的控制器，其特征在于，所述数模转换模块的有效分辨率为12位，且其转换速率最快为125K/秒。

4.根据权利要求1所述的用于视觉成像LED光源的控制器，其特征在于，所述控制器还包括电源切换模块，所述电源切换模块的电源输出端与所述LED光源连接。

5.根据权利要求1所述的用于视觉成像LED光源的控制器，其特征在于，所述控制器还包括串口通信模块，所述串口通信模块与所述微处理器模块连接。

6.根据权利要求1所述的用于视觉成像LED光源的控制器，其特征在于，所述控制器还包括记忆芯片模块，所述记忆芯片模块的数据采集控制端与所述微处理器模块连接。

7.根据权利要求6所述的用于视觉成像LED光源的控制器，其特征在于，所述记忆芯片模块采用Flash存储模块。

8.根据权利要求1所述的用于视觉成像LED光源的控制器，其特征在于，所述采样电阻采用高功率的金属膜电阻。

9.根据权利要求1所述的用于视觉成像LED光源的控制器，其特征在于，所述功率驱动模块采用N沟道MOS管，通过所述功率驱动模块的驱动电流最大为2A。

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