一种基于POE具备多控制方式的工业光源的制作方法

一种基于poe具备多控制方式的工业光源
技术领域
1.本发明属于工业光源控制技术领域，特别涉及一种在机器视觉系统中为其工业相机提供照明的光源。


背景技术：

2.机器视觉系统目前在工业领域应用广泛，可以配合自动化设备实现定位引导、尺寸测量、缺陷检测、文字识别等不同功能，提高产线生产效率和产品质量。机器视觉系统通常包括相机、光源、通讯设备、配套软件等主要部分，通过相机采集图像、软件处理分析实现预定功能。由于工业环境复杂，视觉系统成像质量除相机设备参数外还与成像光照条件密切相关，并影响最终处理结果。因此，光源是机器视觉系统中必要组成部分，但在机器视觉领域中多数工业相机都不集成光源，并且许多应用于机器视觉的光源与控制器是分开的，集成度不高。这样光源和控制器需要额外电源以及布线，导致兼容性低、成本高且不易维护。poe全称为power over ethernet，是指在现有的以太网cat.5布线基础架构不作任何改动的情况下，在为一些基于ip的终端传输数据型号的同时还能为此类设备提供直流供电的技术，poe技术能在确保现有结构化布线安全的同时保证现有网络的正常运作，最大限度降低成本。


技术实现要素：

3.本发明的目的是：针对以上不足，提供一种能与工业相机紧密结合使用，可以通过上位计算机控制光源开闭，并且提供poe直流电源输出的工业光源。
4.本发明的技术方案是：一种基于poe具备多控制方式的工业光源，它包括：wan接口，poe供电模块，直流电源转换模块，以太网通讯模块，光源控制模块以及led控制模块；外部设备包括：支持poe协议的网络交换机以及上位计算机。
5.wan接口与网络交换机进行双向以太网通讯，接入poe电源和由上位计算机给出的控制光源的以太网数据信号。
6.poe供电模块将通过wan接口输入的poe电源和以太网数据信号分开，将输入poe电源转换为12v直流电源，为其它模块供电；将以太网数据信号送入以太网通讯模块。
7.直流电源转换模块将poe供电模块提供的12v直流电源转换为24v、3.3v、1.0v直流电，为其它模块供电。
8.以太网通讯模块与光源控制模块进行双向以太网通讯；同时，以太网通讯模块与wan接口进行双向以太网通讯。
9.光源控制模块根据以太网通讯模块传送的以太网数据信号，设置光源开启或关闭方式，控制led控制模块的工作状态。
10.led控制模块包括：led驱动电路和led灯珠；led驱动电路按照光源控制模块给出的光源开启或关闭方式，控制led灯珠的亮灭以及亮度强弱。
11.在上述方案的基础上，进一步的，工业光源还包括：lan接口和i/o接口。
12.lan接口与以太网通讯模块以及外部的工业相机均建立双向以太网通讯，实现上位计算机对工业相机的通讯和控制。
13.i/o接口为工业相机转接由poe供电模块提供的12v电源；i/o接口接入工业相机输出的i/o控制电平，转给led控制模块，以控制led灯珠的亮灭以及亮度强弱。
14.在上述方案的基础上，进一步的，为增加对工作环境气体的检测功能，工业光源还包括：与光源控制模块进行双向通讯的tvoc模块。
15.tvoc模块包括：气体传感器、温湿度传感器电路；气体传感器、温湿度传感器电路向光源控制模块发送测量到的空气质量值、空气质量精度值、温度值、湿度值、气压值、海拔值、气敏电阻阻值数据信号，再由光源控制模块通过以太网通讯模块、wan接口发送到上位计算机。
16.具体的，tvoc模块与光源控制模块的通讯方式为usart串口通讯。
17.usart串口通讯的参数和tvoc模块相关功能的设定，由上位计算机发出，经wan接口、以太网通讯模块、光源控制模块、usart串口发送给tvoc模块；设定包括：输出数据设置指令、自动/查询设置指令、波特率设置指令、保存/恢复设置指令。
18.在上述方案的基础上，进一步的，为了与其它外部设备相配合，工业光源还包括：为外部设备转接直流电源转换模块输出的24v直流电源的pow接口。
19.为实现工业相机与其它外部设备的功能集成，i/o接口将工业相机发出的i/o控制电平发送给直流电源转换模块，用以控制向pow接口供电的通断。
20.为了实现所述上位计算机的统一控制，上位计算机通过wan接口、以太网通讯模块、光源控制模块，向直流电源转换模块发送电平信号，用以控制向pow接口供电的通断。
21.有益效果：本发明能够便捷灵活地与工业相机协同工作，光源体积小，集成度高并且减少布线，提高光源集成度，与其他系统兼容性强，降低设备成本和维护成本。
22.本发明将poe技术和光源结合，通过网络接口同时提供电源和网络信号，以太网通讯模块集成有千兆交换机芯片可以联通上位机与、光源、工业相机的网络信号。poe供电模块和直流电源转换模块可以分别为其他设备提供12v和24v直流电源，其中24v直流电源可通过上位机软件控制开关。光源可以通过i/o触发、网络触发两种方式控制亮灭，i/o触发为固定最高亮度，网络触发可由上位机软件调节光的强弱。光源内集成tvoc模块，可以检测光源内部空气质量值与温度值，从而具备防爆功能。光源的各项配置信息可以保存在光源内，断电重启不丢失。
附图说明
23.图1为本发明实施例1的结构组成框图；
24.图2为本发明实施例2的结构组成框图；
25.图3为本发明实施例3的结构组成框图；
26.图4为本发明实施例4的结构组成框图；
27.图5为本发明实施例5中led驱动电路的组成图。
28.其中：1-wan接口、2-poe供电模块、3-直流电源转换模块、4-光源控制模块、5-led控制模块、6-以太网通讯模块、7-lan接口、8-i/o接口、9-pow接口、10-网络交换机、11-上位计算机、12-工业相机、13-tvoc模块。
具体实施方式
29.实施例1，参见附图1，一种基于poe具备多控制方式的工业光源，它包括：wan接口1，poe供电模块2，直流电源转换模块3，以太网通讯模块6，光源控制模块4以及led控制模块5；外部设备包括：支持poe协议的网络交换机10以及上位计算机11。
30.wan接口1与网络交换机10进行双向以太网通讯，接入poe电源和由上位计算机11给出的控制光源的以太网数据信号。
31.poe供电模块2将通过wan接口1输入的poe电源和以太网数据信号分开，将输入poe电源转换为12v直流电源，为其它模块供电；将以太网数据信号送入以太网通讯模块6。
32.直流电源转换模块3将poe供电模块2提供的12v直流电源转换为24v、3.3v、1.0v直流电，为其它模块供电。
33.以太网通讯模块6与光源控制模块4进行双向以太网通讯；同时，以太网通讯模块6与wan接口1进行双向以太网通讯。
34.光源控制模块4根据以太网通讯模块6传送的以太网数据信号，设置光源开启或关闭方式，采用pwm或电平控制led控制模块5的工作状态。
35.led控制模块5包括：led驱动电路和led灯珠；led驱动电路按照光源控制模块4给出的光源开启或关闭方式，控制led灯珠的亮灭以及亮度强弱。
36.进一步的，对本例中的光源控制模块4、led控制模块5、以太网通讯模块6做具体的限定：
37.光源控制模块4包括的光源控制芯片采用意法半导体的嵌入式芯片，型号为stm32f103zet6或stm32f103c8t6；光源控制模块4包括的以太网mac控制器或以太网控制器电路中采用的处理器芯片为dm9000或w5500；光源控制模块4具备保存当前的光源开启或关闭方式的功能，作为断电重启后默认的使用方式。
38.为保证具有足够的传输速率，以太网通讯模块6中采用千兆以太网交换机控制器，型号为rtl8367n-vb-cg。
39.因为led灯珠发热量大，所以要设计单独的电路板，与其他电路分开。为实现led灯珠的良好散热，led灯珠灯珠安装于单独的、散热性能良好的铝基板。
40.实施例2，在实施例1的基础上，进一步的，
41.参见附图2，工业光源还包括：lan接口7和i/o接口8。
42.lan接口7与以太网通讯模块6以及外部的工业相机12均建立双向以太网通讯，实现上位计算机11对工业相机12的通讯和控制。
43.i/o接口8为工业相机12转接由poe供电模块2提供的12v电源；i/o接口8接入工业相机12输出的i/o控制电平，转给led控制模块5，以控制led灯珠的亮灭以及亮度强弱。
44.本例中，led驱动电路采用lm3409芯片，具有调节该电路内部旋钮改变电压值，和网络数字信号触发两种调节光源亮度的方式。
45.实施例3，在实施例2的基础上，进一步的，
46.参见附图3，为增加对工作环境气体的检测功能，工业光源还包括：与光源控制模块4进行双向通讯的tvoc模块13。
47.tvoc模块13包括：气体传感器、温湿度传感器电路；气体传感器、温湿度传感器电路向光源控制模块4发送测量到的空气质量值、空气质量精度值、温度值、湿度值、气压值、
海拔值、气敏电阻阻值数据信号，再由光源控制模块4通过以太网通讯模块6、wan接口1发送到上位计算机11。
48.本例中，为了实现所述tvoc模块13的小型化，所述气体传感器型号为sgp40，所述温度传感器型号为shtc3。
49.进一步的，tvoc模块13与光源控制模块4的通讯方式为usart串口通讯。
50.usart串口通讯的参数和tvoc模块13相关功能的设定，由上位计算机11发出，经wan接口1、以太网通讯模块6、光源控制模块4、usart串口发送给tvoc模块；设定包括：输出数据设置指令、自动/查询设置指令、波特率设置指令、保存/恢复设置指令。
51.光源控制模块4通过以太网通讯模块6、wan接口1接收上位计算机1设置的光源温度检测阈值、tvoc气体检测阈值，根据该阈值与tvoc模块发送给光源控制模块的实测温度值和空气质量值作比较，如果温度值和空气质量值均低于对应的警示值则不报警，如果温度值或空气质量值任一值在对应警示值和报警值之间则红灯闪烁警示，如果温度值或空气质量值任一值大于对应的报警值则红灯常亮报警。该温度和空气质量阈值保存在光源控制模块中，光源断电重启时默认使用该保存的温度和空气质量阈值。
52.实施例4，在实施例3的基础上，进一步的，
53.参见附图4，为了与其它外部设备相配合，工业光源还包括：为外部设备转接直流电源转换模块3输出的24v直流电源的pow接口9。
54.为实现工业相机12与其它外部设备的功能集成，i/o接口8将工业相机12发出的i/o控制电平发送给直流电源转换模块3，用以控制向pow接口9供电的通断。
55.为了实现所述上位计算机11的统一控制，上位计算机11通过wan接口1、以太网通讯模块6、光源控制模块4，向直流电源转换模块3发送电平信号，用以控制向pow接口9供电的通断。
56.实施例5，在实施例4的基础上，对直流电源转换模块3、led控制模块5中的led驱动电路做具体限定：
57.直流电源转换模块3包括第一升压电路，第二降压电路，第三降压电路。其中，第一升压电路的输入为poe供电模块2输出的12v直流电源，输出为24v直流电源。在网络触发模式下，光源控制模块4通过以太网通讯模块6从上位计算机11获取是否输出24v直流电源到pow接口9，为其他设备供电。在i/o触发模式下，工业相机12通过i/o接口8，发送高低电平来控制光源是否输出24v直流电源到pow接口9，为其他设备供电；第二降压电路的输入为poe供电模块2输出的12v直流电源，输出为3.3v直流电源，输出到以太网通讯模块6和光源控制模块4，为其供电；第三降压电路的输入为第二降压电路输出的3.3v直流电源，输出为1.0v直流电源，输出到以太网通讯模块6，为其供电。第一升压电路可选芯片型号如：xl6019等；第二降压电路可选芯片型号如：tps62130等；第三降压电路可选芯片型号如：ap7361等。
58.参见附图5，led控制模块5中的led驱动电路可实现模拟电压调光和pwm调光两种方式控制光源亮度，以及由i/o触发、网络触发两种方式控制控制光源的亮灭，需要led驱动器芯片具备使能引脚、pwm调光功能以及模拟电压调光功能，可选择具备以上功能的lm3409或其他芯片作为led驱动电路的驱动芯片。
59.在网络触发模式下，上位计算机11通过wan接口1、以太网通讯模块6发送光源亮度值或开关指令给光源控制模块4，控制光源控制模块4输出到led控制模块5的pwm信号的占
空比来控制led亮度，也可控制光源控制模块4输出到led驱动器芯片使能引脚的高低电平来控制led亮灭。在i/o触发模式下，工业相机12通过控制输出到i/o接口8的高低电平，来控制输出到led驱动器芯片使能引脚的电平的高低，从而达到控制光源亮灭的目的。
60.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。