CN101925226A - 程控灯源的调节控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种程控灯源的调节控制方法。本发明提供一种能够选择灯光照射的角度，能够集中针对物体的某一处特征进行清晰观测的程控灯源的调节方法。其技术方案为：程控灯源包括发光体、灯座和控制电路板，所述发光体为LED灯，所述灯座为胶体碗状结构，该碗状结构的外表设有与内部相通的对流小孔，该胶体碗状结构的内部凹槽沿给定角度嵌设有至少一层可依独立程序控制不同区域的环形电路板；所述LED灯与所述电路板固定并通过电连接，与PC机进行通讯的USB接口与所述电路板电连接。该发明能够选择控制灯光照射的角度，能够集中针对物体的某一处特征进行观测，可对塑料、五金等物体观测清晰，从而提高测量精度。

Description

程控灯源的调节控制方法

技术领域

本发明涉及一种程控灯源，尤其是涉及一种程控灯源的调节控制方法。其主要应用于基于机器视觉的精密检测领域，它对于材料不同的反射率、轮廓曲率半径和检测目标特征等情况可以做相应的选择，极大地增强了机器的精度和物体的准确识别。

背景技术

LED即发光二极管，有着体积小、耗电量低、使用寿命长、高亮度、低热量、环保、坚固耐用等特点，因而得到广泛的应用。传统的LED灯调光方式大多数采用模拟调节方式，通过控制流过LED的电流大小，从而达到调节LED灯亮度的目的。由于这种控制方式使LED灯一直处于工作状态，从而减小了LED的寿命，同时功耗，散热等问题也会随之而来的。然而本发明采用的是一种全新的LED控制方式——PWM即脉宽调制调光方式，这是一种控制LED开和关的时间比例，将开和关的时间比例划分为若干等级，LED就会显示出相应数量的灰阶的调光技术，是应用在LED最佳的灰度调节方式。由于LED灯处在开与关的工作模式下，从而会提高了LED的寿命，减少LED功耗。

USB是UniversalSerialBus的缩略语，即通用串行总线，是现在非常流行的一种快速、双向、廉价、可以进行热插拨的接口。在遵循USB1.1规范的基础上，USB接口最高传输速度可达12Mb/s；而在最新的USB2.0规范下，更可以达到480Mb/s。同时它可以连接127个USB设备，而且连接的方式也十分灵活，既可以使用串行连接，也可以使用集线器，即Hub把多个设备连接在一起，再同PC机的USB接口相连。此外，它还可以从系统中直接汲取电流，无需单独的供电系统。USB的这些特点使它获得了广泛的应用。

传统的LED灯是采用对所有的LED进行亮度控制，不能够选择控制灯光照射的角度，不能够集中针对物体的某一处特征进行观测，以致于对塑料、五金等物体观测不清晰，从而造成了测量精度的误差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够选择控制灯光照射的角度，能够集中针对物体的某一处特征进行清晰观测的程控灯源。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

程控灯源，包括：发光体、灯座和环形电路板，所述发光体为LED灯，其特征在于所述灯座包括胶体碗状结构的LED灯底座、LED灯罩和LED灯固定座，该LED灯固定座的外表设有与内部相通的对流小孔，该胶体碗状结构的内部凹槽沿给定角度嵌设有至少一层可依独立程序控制不同区域的环形电路板；所述LED灯与所述电路板固定并通过电连接，与PC机进行通讯的USB接口与所述电路板电连接。

所述灯座为黑色ABS胶体碗状结构。

所述环形电路板包括环形电路板之一和环形电路板之二，其上分别设置有环形电路板连接接口和USB接口；所述LED灯底座和环形电路板之一通过六方螺栓连接在一起，所述环形电路板之二与所述LED灯罩和LED灯固定座内通过六方螺栓连接在一起；所述环形电路板上分别有五环LED灯，其第一环设有16个LED灯，均匀分布在直径为34.5±0.5mm的圆上，内部凹槽角度为73.5±0.1°；第二环设有24个LED灯，均匀分布在直径为55.5±0.5mm的圆上，内部凹槽角度为80±0.1°；第三环设有32个LED灯，均匀分布在直径为73±0.5mm的圆上，内部凹槽角度为85±0.1°；第四环设有40个LED灯，均匀分布在直径为90±0.5mm的圆上，内部凹槽角度为85±0.1°；第五环设有48个LED灯，均匀分布在直径为110±0.5mm的圆上，内部凹槽角度为85±0.1°；该灯源包括五环八相四十区块可依独立程序控制的LED灯。

上述技术方案具有以下有益效果：能够选择控制灯光照射的角度，能够集中针对物体的某一处特征进行观测，可对塑料、五金等物体观测清晰，从而测量精度的提高。另外，使用黑色ABS胶体外嵌环形电路板，可使LED定位准确、焊接牢固，黑色胶体有效减小了光源的二次反射，环形电路板上的大面积敷铜使得LED上产生的热量能得到及时导出，外壳上面的对流小孔增强了光源的散热能力，从而减小了温度对LED性能和CCD成像品质的影响。

本发明还提供上述程控灯源的调节控制方法。

其技术方案为：

程控灯源的调节控制方法，包括以下步骤：1)初始化单片机和所有的外围电路；2)主循环部分，检查循环缓冲区内需要处理的新数据；3)中断服务程序，单片机作它的前台工作，等待中断；主机首先要发令牌包给USB设备，USB设备接收到令牌包后就给单片机发中断；单片机进入中断服务程序，首先读USB设备的中断寄存器，判断USB令牌包的类型，然后执行相应的操作，当接收到PC机的数据时置接收标志位；4)PC机亮度数据更新，亮度数据更新模块通过不断查询USB接收标志位可以知道是否要更新TLC5940内的亮度值，当接收到亮度数据时，当完成所有数据位的输入后，PC机发出锁存信号，使PC机内部比较器的值得到更新，PC机根据更新的高度值调整LED灯的发光强度。

该技术方案具有以下有益效果：使用不同的灯光组合方式，可以达到优劣势互补，对于不同类型的工件根据光的不同状况下的反射特性选择不同的控制方式来打光，从而起到突出关心的物体特征，忽略无关特征，达到良好的取像效果，能够准确识别物体特征，提高测量精度。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：

图1为环形灯控制示意图；

图2为八区块分别控制示意图；

图3为四十区段控制示意图；

图4为全光控制示意图；

图5为硬件连接示意图；

图6为软件流程图；

图7为本发明的立体图；

图8为本发明灯顶方向的立体图；

图9为本发明灯底方向的立体图；

图10为本发明的立体结构分解图。

具体实施方式

本发明采用的是一种全新的LED控制方式——PWM即脉宽调制调光方式，这是一种控制LED开和关的时间比例，将开和关的时间比例划分为若干等级， LED就会显示出相应数量的灰阶的调光技术，是应用在LED最佳的灰度调节方式。

如图7至图10所示，程控灯源，包括发光体1、灯座和环形电路板，所述发光体为LED灯，所述灯座包括胶体碗状结构的LED灯底座2、LED灯罩6和LED灯固定座7，该LED灯固定座7的外表设有与内部相通的对流小孔9，所述LED灯与所述电路板固定并通过电连接，与PC机进行通讯的USB接口与所述电路板电连接。所述LED灯底座2为黑色ABS胶体碗状结构。所述环形电路板包括环形电路板之一3和环形电路板之二5，其上分别设置有环形电路板连接接口和USB接口；所述LED灯底座2和环形电路板之一3通过六方螺栓4连接在一起，所述环形电路板之二5与所述LED灯罩6和LED灯固定座7通过内六方螺栓8连接在一起；所述环形电路板上分别有五环LED灯，其第一环设有16个LED灯，均匀分布在直径为34.5mm的圆上，内部凹槽角度为73.5°；第二环设有24个LED灯，均匀分布在直径为55.5mm的圆上，内部凹槽角度为80°；第三环设有32个LED灯，均匀分布在直径为73mm的圆上，内部凹槽角度为85°；第四环设有40个LED灯，均匀分布在直径为90mm的圆上，内部凹槽角度为85°；第五环设有48个LED灯，均匀分布在直径为110mm的圆上，内部凹槽角度为85°；该灯源包括五环八相四十区块可依独立程序控制的LED灯。

当然，所述LED灯底座2和环形电路板之一3可以通过其他现有的技术固定连接在一起，所述环形电路板之二5与所述LED灯罩6和LED灯固定座7内可以通过其他现有的技术固定连接在一起。根据上述尺寸按比例缩放就可制成不同尺寸的程控灯源；其环形电路板LED的环数以及灯的个数，也可以根据实际需要增加或减少，当然其控制程序也做相应改变，本领域技术人员根据本发明的教导，很容易做到。因此，凡是如此制得的程控灯源，皆落入本发明的保护范围内。

该胶体碗状结构使用黑色ABS胶体，环形电路板嵌入其胶体凹槽内，可使LED定位准确、焊接牢固，黑色胶体有效减小了光源的二次反射，环形电路板上的大面积敷铜使得LED上产生的热量能得到及时导出，在该胶体碗状结构外壳上面设有贯通的对流小孔9增强了光源的散热能力，从而减小了温度对LED性能和CCD成像品质的影响。使用不同的组合方式，可以达到优劣势互补，对于不同类型的工件根据光的不同状况下的反射特性选择不同的控制方式来打 光，从而起到突出关心的物体特征，忽略无关特征，达到良好的取像效果，能够准确识别物体特征，提高测量精度。

下面详细叙述其工作元器件的构成和工作原理：

(1)本发明选用美国德州仪器公司的TLC5940为LED灯核心控制元件，其芯片主要特点为16通道；12bit(4096灰阶)PWM灰度调节；6bit(64级)像点修正；3.0V至5.5V电压输入范围；120mA恒流每通道；30MHz转换率；芯片间精确度为2.7％(典型)；通道间精确度为1％(典型)；集成了EEPROM器件。

(2)本发明采用USB接口与PC机进行通讯，USB通讯器件选用PHILIPS公司的PDIUSBD12 USB接口芯片，其特点为：符合通用串行总线USB 1.1版规范，集成了SIE FIFO存储器收发器以及电压调整器，符合大多数器件的分类规格，可与任何外部微控制器或微处理器实现高速并行接口，可达2M字节/秒，完全自治的直接内存存取DMA操作，集成320字节多结构FIFO存储器，主端点的双缓冲配置增加了数据吞吐量并轻松实现实时数据传输，在批量模式和同步模式下均可实现1M字节/秒的数据传输速率，具有良好EMI特性的总线供电能力，在挂起时可控制LazyClock输出，可通过软件控制与USB的连接，采用GoodLink技术的连接指示器，在通讯时使LED闪烁，可编程的时钟频率输出，符合ACPI OnNOW和USB电源管理的要求，内部上电复位和低电压复位电路，多中断模式实现批量和同步传输。

(3)USB程控灯源固件说明

USB程控灯源固件程序由四部分组化单片机和所有的外围电路，包括PDIUSBD12和TLC5940。

初始化模块是对单片机内部寄存器，定时器，中断和外部器件上电时的状态进行设置。其主要任务是设置PDIUSBD12芯片的工作模式和设置TLC5940芯片在上电时关闭所有的LED灯。

请参照图6，其流程图。

a)主循环部分，其任务是可以中断的，它通过不断查询状态标志位来选择要执行的任务，主循环不关心数据是来自USB还是其它接口，它只检查循环缓冲区内需要处理的新数据，这样主循环程序专注于数据的处理而中断服务程序能够以最大可能的速度进行数据的传输。

b)中断服务程序

其任务是对时间敏感的，必须马上执行。根据USB协议，任何传输都是由主机即Host开始的。单片机作它的前台工作，等待中断。主机首先要发令牌包给USB设备，这指PDIUSBD12，PDIUSBD12接收到令牌包后就给单片机发中断。单片机进入中断服务程序，首先读PDIUSBD12的中断寄存器，判断USB令牌包的类型，然后执行相应的操作，PDIUSBD12与PC机通讯时的任何数据都是由中断服务程序发送或接收的，当接收到PC机的数据时置接收标志位。

c)TLC5940亮度数据更新部分

亮度数据更新模块通过不断查询USB接收标志位可以知道是否要更新TLC5940内的亮度值，当接收到亮度数据时，单片机会把接收到的亮度值通过并一串转换的方式一位一位的向TLC5940输入数据，当完成所有数据位的输入后，单片机发出锁存信号，使TLC5940内部比较器的值得到更新，TLC5940根据更新的高度值调整LED灯的发光强度。

请参照图5，PC机端控制软件使用说明

PC机端控制软件采用五环四十区块程式控制，100级亮度可调，当上位机软件接收到用户输入的指令后，通过USB接口向程控灯源发送42个字节，包括底光灯和同轴光灯的亮度数据，程控灯收到数据后再调节其所对应组的LED灯亮度。使用USB程控灯控制软件可以准确无误的控制LED的高度阶级，能快速切换不同的照射模式，提高了工件测量的速度和精度。

本发明也采用USB接口作为与PC机通讯的接口。

本发明选用美国德州仪器公司的TLC5940为LED灯核心控制元件。

本发明采用五环LED，多达四十区段控制，在不同的环上布置不同角度的高亮LED。对于不同类型的工件根据光的不同状况下的反射特性选择不同的控制方式来打光，从而起到突出关心的物体特征，忽略无关特征，达到良好的取像效果，能够准确识别物体特征，提高测量精度。

具体调节方式，请参照图1至图4，空白和阴影表示光的明亮和灰暗：

a.环形灯控制，如图1所示。该环节主要对精密检测时候的边角特征或物体材质的不同，结合具体情况做环形组合或单独控制，获取很好的边沿对比度。一般以主光加辅助光做配合。

b.八区块分别控制，如图2所示。根据计算机要识别的具体特征，选择不同的区块组合，突出目标特征。

c.四十区段控制，如图3所示。根据物体的反射率不同，轮廓曲率不同，目标特征不同，选择相应的区段组合，这种组合用于较特殊的场合。

d.全光控制，如图4所示。通常情况下选用的标准光，该光结合了多角度光，对物体各种特征都有比较好的观察效果。

Claims (1)

1.一种程控灯源的调节控制方法，包括以下步骤：1)初始化单片机和所有的外围电路；2)主循环部分，检查循环缓冲区内需要处理的新数据；3)中断服务程序，单片机作它的前台工作，等待中断；主机首先要发令牌包给USB设备，USB设备接收到令牌包后就给单片机发中断；单片机进入中断服务程序，首先读USB设备的中断寄存器，判断USB令牌包的类型，然后执行相应的操作，当接收到PC机的数据时置接收标志位；4)PC机亮度数据更新，亮度数据更新模块通过不断查询USB接收标志位可以知道是否要更新TLC5940内的亮度值，当接收到亮度数据时，当完成所有数据位的输入后，PC机发出锁存信号，使PC机内部比较器的值得到更新，PC机根据更新的高度值调整LED灯的发光强度。

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