一种可编程LED光源控制器的制作方法

本发明涉及LED光源控制技术领域，尤其涉及一种应用于工业现场机器视觉检测系统上的可编程LED光源控制器。

背景技术：

LED光源控制器是机器视觉检测系统中的最关键部件之一，其在很大程度上能够直接影响图像的质量和机器视觉检测应用效果。目前市场上数字光源控制器大部分采用PWM控制，其光源受控制器影响，通常处于在一定的频率下工作，其工作频率不可在线编程。由于数字光源控制器的应用环境经常发生变化，当相机的工作频率与光源工作频率相冲突时，所拍的图像可能会出现横条纹现象，直接影响图片质量。如果采用更换与光源工作频率相匹配的相机，或者更换与相机工作频率对应的光源的方法，设备操作、调整会比较麻烦。进一步地，一般的LED光源控制器上位机只有简单的光源亮度调节功能，而没有光源工作频率调节、LED光源控制器和光源状态的实时显示及参数在线编程功能，当LED光源控制器或光源出现故障时，而LED光源控制器一般处于机器视觉检测系统的内部封闭环境，无法及时清楚故障原因，需要打开机器视觉检测系统内部设备，通过查看数码管显示信息和查看相关故障代号才能清楚故障原因和信息，给生产和维护人员带来了诸多不便和麻烦。

技术实现要素：

本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种可编程LED光源控制器，可以使数字光源控制器所控制的光源能够通过上位机的操作，在线编程，得到适用于大部分相机的工作频率；可以实时显示LED光源控制器和光源的状态信息达到实时监控其状态；可以对LED光源控制器和光源的温控参数在线编程，使之可以适应变化的环境，工作在最优状态。

本发明解决上述现有技术的不足所采用的技术方案是：

一种可编程LED光源控制器，其特征在于，包括MCU（微控制单元）模块、LED驱动模块、电源模块、显示控制模块、串口通信模块、温度传感器模块、外部触发信号模块、故障检测模块和上位机显示控制模块，所述LED驱动控制模块、电源模块、显示控制模块、串口通信模块、温度传感器模块、外部触发信号模块均与所述MCU模块连接，所述上位机显示控制模块经所述串口通信模块与所述MCU模块连接。

优选的，本发明中所述LED驱动模块包括LED光源、功率MOSFET、驱动IC，所述驱动IC通过第一限流电阻与所述功率MOSFET连接，控制所述功率MOSFET的开关通断。

优选的，本发明中所述MCU模块通过第二限流电阻与所述LED驱动模块中的驱动IC连接，所述MCU模块通过所述第二限流电阻产生的脉宽调制信号控制所述LED驱动模块的工作频率。

优选的，本发明中所述LED驱动模块还包括储能电感、续流二极管和输入输出滤波电容。

优选的，本发明中所述功率MOSFET与所述储能电感连接，所述驱动IC的电压检测反馈端连接采样电阻，所述储能电感和所述采样电阻均与所述LED光源连接，所述LED光源两端与所述输入输出滤波电容连接，使所述LED光源电流纹波平滑。

优选的，本发明中所述显示控制模块包括故障指示灯、数码管、通道切换按键和旋转编码器，其中，所述数码管用于显示LED光源的辉度级及常亮常灭状态信息，所述故障指示灯用于显示LED光源和LED光源控制器故障信息，所述旋转编码器用于调节光源的辉度级和常亮常灭状态，所述通道切换按钮切换至有效通道。

优选的，本发明中所述故障检测模块与所述MCU模块的ADC端连接，所述故障检测模块包括光源过流检测和控制器过压检测。所述故障检测模块通过所述MCU的ADC采集LED光源控制器和LED光源的输入输出反馈电压，判断LED光源控制器过流、过压故障以及LED光源过流、断路故障，一旦存在故障，显示控制模块中的故障指示灯闪烁，数码管显示对应的故障代码。

优选的，本发明中所述上位机显示控制模块与所述MCU模块双向通信，对所述LED光源和LED光源控制器进行控制并实时显示所述LED光源和LED光源控制器的状态信息，达到对LED光源和LED光源控制器的实时监控，可以对LED光源和LED光源控制器发送指令，对LED光源的工作频率、LED光源和LED光源控制器的温控、过流参数进行在线编程，使它们皆可工作在最优状态。

优选的，本发明中所述LED光源控制器还包括散热风扇控制模块，所述散热风扇控制模块与所述MCU模块连接，所述MCU模块通过判断温度传感器模块的温度来控制散热风扇的开启和关闭。

优选的，本发明中所述散热风扇控制模块包括LED光源散热风扇和LED光源控制器散热风扇。

本发明的有益效果是，由于本发明可编程LED光源控制器包括MCU模块、LED驱动模块、电源模块、显示控制模块、串口通信模块、温度传感器模块、外部触发信号模块、故障检测模块和上位机显示控制模块，所述LED驱动控制模块、电源模块、显示控制模块、串口通信模块、温度传感器模块、外部触发信号模块均与所述MCU模块连接，所述上位机显示控制模块经所述串口通信模块与所述MCU模块连接，因而本发明可以自适应不同光源电压达到恒流驱动；在上位机显示控制模块可以实时查看光源和控制器的状态信息，在设备发送故障时，无需拆卸设备就可以方便快速地知道故障原因；LED光源的工作频率可以在线编程，以便适应于不同工作频率的相机，提高了设备的兼容性；LED光源和LED光源控制器的温控、过流参数可以在线编程，以便适应与不同的应用环境，使LED光源控制器和LED光源时刻工作在最优状态，延长设备使用寿命。

附图说明

图1为本发明可编程LED光源控制器的一种实施例结构框图。

图2为本发明上位机显示控制模块的一种实施例界面图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

图1示出了本发明可编程LED光源控制器的一种实施例结构框图，也是一种优选实施例示意图。如图1所示的一种可编程LED光源控制器，包括MCU（微控制单元）模块100、LED驱动模块10、电源模块20、显示控制模块30、串口通信模块40、温度传感器模块50、外部触发信号模块60、故障检测模块70和上位机显示控制模块80，所述LED驱动控制模块10、电源模块20、显示控制模块30、串口通信模块40、温度传感器模块50、外部触发信号模块60均与所述MCU模块100连接，所述上位机显示控制模块经所述串口通信模块与所述MCU模块连接。优选的，本实施例中所述LED光源控制器还包括散热风扇控制模块90，所述散热风扇控制模块90与所述MCU模块100连接，所述MCU模块通过判断温度传感器模块的温度来控制散热风扇的开启和关闭。优选的，本实施例中所述散热风扇控制模块90包括LED光源散热风扇91和LED光源控制器散热风扇92。

MCU模块100是决定LED光源控制器功能和性能的主要因素，是LED光源控制器控制系统中的指挥中枢。作为优选实施方式，本实施例中所述MCU模块采用宏晶科技STC12C5608AD单片机，其平均指令运算速度比标准8051快8~12倍，在增加外部掉电检测电路，可在掉电时，及时将数据保存进EEPROM，正常工作时无需EEP，其工作频率：0~35MHz，相当于普通8051：0~420MHz，具有8通道，10位高速ADC，速度可达25万次/秒，具有4通道捕获/比较单元（PWM/PCA），也可用来再实现2个定时器或2个外部中断（支持上升沿/下降沿中断），具有4个16位定时器，兼容普通8051的定时器T0/T1，2路PCA实现2个定时器，全双工异步串行（UART），兼容普通8051的串口。

作为优选实施方式，如图1所示，本实施例中所述LED驱动模块10包括LED光源11、功率MOSFET12、驱动IC13，所述驱动IC13通过第一限流电阻与所述功率MOSFET连接，控制所述功率MOSFET的开关通断。本实施例中，所述LED驱动模块的驱动IC采用泉芯的QX5241，这是一款降压型的高精度高亮度LED恒流驱动控制器。其通过外接电阻可以设置输出电流，最大输出电流可达6A，输入电压范围：5.5V~36V，效率高达：96%，具有高端电流检测，最大辉度控制频率：5KHz，具有滞环控制，无需补偿，最高工作频率：500KHz，电流精度：最高可达±1%，宽输入电压：5.5V~36V，具有温度补偿控制。所述LED驱动IC通过第二限流电阻与所述MCU模块连接，所述MCU模块通过所述第二限流电阻产生脉宽调制（PWM）信号控制所述LED驱动模块驱动IC的工作频率；驱动IC的电压检测反馈端连接采样电阻，在更换LED光源时，电压检测反馈端的VO输出端会检测电压值，并反馈给驱动IC，再通过驱动IC控制电压调节部分的电压输出，最终达到最佳的驱动LED电压，实现最佳的电能转换效率。

所述功率MOSFET选型，首先要考虑 MOSFET 的耐压，一般要求 MOSFET 的耐压高于最大输出的电压 1.5倍以上。其次，根据驱动 LED 光源电流的大小，选择 MOSFET 的 Ids 最大电流。一般情况下，应选用 MOSFET 的 Ids 最大电流是 LED 灯驱动电流的 3 倍以上。另外 MOSFET的内阻要尽可能小；Rds 越小，在 MOSFET 管上面的功率越小，电路的工作效率就越高。优选的，在本实施例中，所述功率MOSFET选择Din-Tek的DTU40N06，耐压60V，Ids可达40A，内阻20mΩ，可满足参数要求。

作为优选实施方式，本实施例中所述LED驱动模块还包括储能电感、续流二极管和输入输出滤波电容。所述功率MOSFET与所述储能电感连接，所述驱动IC的电压检测反馈端连接采样电阻，所述储能电感和所述采样电阻均与所述LED光源连接，所述LED光源两端与所述输入输出滤波电容连接，使所述LED光源电流纹波平滑。所述功率MOSFET DTU40N06作为开关器件，在脉宽调制（PWM）信号的控制下，使输入电压交替地接通、断开所述储能电感和所述续流二极管达到恒流驱动LED光源，所述输入输出滤波电容可以减少电流纹波，使电流平滑，则LED光源不会在高速相机采集图像时，产生横条纹。本实施例中LED光源的工作频率由所述功率MOSFET的通断决定，而所述功率MOSFET的通断由所述MCU模块提供的PWM信号控制，所述MCU模块的PWM信号频率则由定时器0控制，所以通过控制所述定时器0的填充值可以控制光源的工作频率输出，以满足不同的相机频率需求。优选的，如图1所示，在本实施例中，所述LED驱动模块为两通道LED光源。

作为优选实施方式，本实施例所述电源模块20中，LED光源控制器的控制板输入电压为24V，散热风扇供电电压为12V，控制系统电压为5V，24V电压直接接入LED光源，控制器可以自适应控制器电源电压为额定工作电压，通过将24V 12.5A的开关电源经过DC-DC芯片TD1509PR得到12V电压，提供给3个散热风扇供电，经过TD1509P5得到5V电压，提供给所述MCU模块、所述温度传感器模块、所述串口通信模块和所述外部触发信号模块供电，电源输入输出端均经过电容滤波，减少电源纹波。

作为优选实施方式，本实施例中所述显示控制模块30通过IO口与所述MCU模块100连接，如图1所示，本实施例中所述显示控制模块30包括故障指示灯31、数码管32、通道切换按键33和旋转编码器34，其中，所述数码管32用于显示两通道LED光源的辉度级及常亮常灭状态信息，采用8位串行输入、并行输出的位移缓存器74HC595进行控制；通过检测旋转编码器EC11A左右端引脚的电平的变化，确定出旋转编码器是左转还是右转来控制LED光源辉度级变化，本实施例中所述数码管32为四位数码管，第一位显示通道号，后三位显示对应通道的辉度级。所述故障指示灯31用于显示LED光源和LED光源控制器故障信息，所述旋转编码器34用于调节LED光源的辉度级和常亮常灭状态，所述通道切换按键切换至有效通道。

作为优选实施方式，本实施例中所述串口通信模块40通过串口转换芯片SP3232EEN与上位机显示控制模块进行通信，波特率可以按需配置，串口中断优先级需设置为高，通信才能稳定准确，不产生丢包问题。所述串口通信模块将上位机显示控制模块发送的调光指令和其他参数设置指令接收至接收缓冲区，所述MCU模块将指令解析并执行；其也可以将所述MCU模块输出LED光源和LED光源控制器的状态信息发送至所述上位机显示控制模块，所述上位机显示控制模块接收并解析进行显示。

作为优选实施方式，本实施例中所述温度传感器模块50实时检测LED光源控制器和LED光源内部的温度，所述MCU模块进行判断是否到达开启散热风扇温度，如果是，则控制散热风扇工作，如果温度达到过温报警，则故障显示灯闪烁，数码管显示故障代码。在本实施例中，温度传感器采用ADI公司推出的数字温度传感器，内置1个高度集成的温度传感器，其额定工作温度范围为-55℃～+125℃，能够对温度进行准确测量。其内部还包含1个12位的ADC，用来监测并数字化温度值，其分辨率可达0.0625℃，功耗低，工作电压范围是3 V~5.5 V。ADT75是一款完善的数字温度传感器，集传感器和模数转换器于一体，可大大简化温度测试系统的设计，提高系统的集成化。

作为优选实施方式，本实施例中所述散热风扇控制模块90在LED光源温度到达50℃、LED光源控制器温度达到45℃时，会开启散热风扇进行散热；当LED光源温度降低到40℃、LED光源控制器温度降低到35℃，则会关闭散热风扇，停止散热；当LED光源温度达到70℃、LED光源控制器温度到达65℃时，则会进行光源或控制器过温报警。由于光源控制器应用的外界环境有所差异，需要对不同环境温度设置不同的温控参数，在所述上位机显示控制模块界面预留了温控参数修改功能，以便使控制器和光源工作在最优状态，延长寿命。

作为优选实施方式，本实施例所述外部触发信号模块60中，LED光源工作模式可配置为常亮或常灭，外部触发信号，经过高速光耦HCPL2630输入所述MCU模块，所述MCU模块控制LED光源亮或灭。外部触发信号可以改变LED光源的工作状态，常亮模式下，检测到外部触发信号，则光源关闭；常灭状态下，检测到外部触发信号，则光源打开。可以通过外部触发信号进行光源频闪工作，外部触发信号通过所述MCU模块外部中断0和外部中断1检测。

作为优选实施方式，如图1所示，本实施例中所述故障检测模块70与所述MCU模块的ADC端连接，所述故障检测模块包括光源过流检测71和控制器过压检测72。所述故障检测模块通过所述MCU的ADC采集LED光源控制器和LED光源的输入输出反馈电压，判断LED光源控制器过流、过压故障以及LED光源过流、断路故障，一旦存在故障，显示控制模块中的故障指示灯闪烁，数码管显示对应的故障代码。由于LED光源控制器一般安装于机器视觉检测设备内部，当故障产生时，不能及时清楚故障原因，所以需要在所述上位机显示控制模块的界面实时显示光源和控制器的状态信息，以便实时监控。

作为优选实施方式，本发明中所述上位机显示控制模块80与所述MCU模块双向通信，对所述LED光源和LED光源控制器进行控制并实时显示所述LED光源和LED光源控制器的状态信息，达到对LED光源和LED光源控制器的实时监控，可以对LED光源和LED光源控制器发送指令，对LED光源的工作频率、LED光源和LED光源控制器的温控、过流参数进行在线编程，使它们皆可工作在最优状态。

作为优选实施方式，本实施例中所述上位机显示控制模块80的界面如图2所示，所述上位机显示控制模块80通过所述串口通信模块40与LED光源控制器通信，将串口参数与下位机串口参数设置匹配后，打开串口接收下位机发送的数据，数据包含双通道光源的辉度级和开关状态、光源工作频率、光源和控制器的实时温度、开启散热风扇温度、开启过温报警温度、实时电流、最大过流和光源是否断路等信息，当光源或控制器处于过温或过流状态时，过温或过流显示控件以红色闪烁，提醒操作人员，当光源处于断路状态时，断路控件以红色闪烁，提醒操作人员。将接收的信息实时显示，可以实时监控光源和控制器的工作状态，可以根据不同的应用环境来设置对应的参数，其中光源的工作频率、辉度级；光源或控制器开启散热风扇温度、开启过温报警温度、最大过流等参数可以进行设置，当参数设置完成后，点击确认参数修改，则可以将调参指令下发至下位机，下位机解析后执行指令，通过在线编程，使光源和控制器工作在最优状态。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。