CN103841712A - 一种led光源控制系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种LED光源控制系统，用于工业产品检测的LED光源控制；系统包括：微处理器与模数转换模块、数模转换模块、用于与上位机通信的串口通讯模块连接；亮度调节模块与模数转换模块、数模转换模块连接；方法包括以下步骤：微处理器将来自上位机的亮度指令信号转换为数字亮度信号，经转换成亮度模拟信号发送至亮度调节模块；亮度调节模块将亮度模拟信号、实时电流信号、实时电压信号进行运算处理，得到亮度调节信号经电压输出模块驱动LED光源，实现LED光源的亮度控制。本发明采用了以硬件亮度运算模块为主同时软件硬件相结合的方式，结构简单、易于实现、成本低、实用强、亮度方便可调和控制精度高；既适合大批量设计生产，也能满足小批量设计使用。

Description

一种LED光源控制系统和方法
技术领域
本发明涉及一种LED光源控制系统和方法，具体地说是用于工业产品检测的LED光源控制系统和方法。
背景技术
LED光源由于其寿命长，亮度高，能耗低，光照均匀等特点，被大量应用在生产生活中。在工业产品检测中，特别是产品表面缺陷的检测中，严格要求LED光源不能有闪烁现象，以免对缺陷的识别造成干扰，同时还经常需要LED光源工作在不同的亮度以突出产品不同的表面缺陷。现有LED光源控制方法大致分为恒流型和稳压型两种，使用恒流型LED光源控制方法，LED光源亮度稳定无闪烁现象，但光源亮度不可调，不能适应不同产品或同意产品不同缺陷的要求。而稳压型LED光源控制方法，可以通过电位器直接调节LED光源两端电压来调节亮度，但当LED光源长时间工作自身温度上升时，LED光源内阻会发生变化，这样即使光源两端电压保持不变，LED光源的电流发生变化亮度也会随着变化。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种结构简单，易于实现，方便调节亮度，同时亮度稳定的LED光源控制系统与方法。
本发明的技术方案是：
一种LED光源控制系统，微处理器与模数转换模块、数模转换模块、用于与上位机通信的串口通讯模块连接；亮度调节模块与模数转换模块、数模转换模块连接；亮度调节模块接收数模转换模块的亮度模拟信号和来自LED光源的电压、电流信号，将亮度模拟信号、电压、电流信号进行信号处理得到亮度调节信号输出至模数转换模块和LED光源。
所述所述亮度调节模块包括电流采样模块、电压采样模块、亮度运算模块和电压输出模块；亮度运算模块的模拟输入端与数模转换模块的模拟端连接，电流采样输入端与电流采样模块的输出端连接，电压采样输入端与电压采样模块的输出端相连；亮度运算模块的输出端与电压输出模块的输入端连接；电流采样模块的输入端、电压采样模块的输入端与LED光源接口连接；电压输出模块的输出端与模数转换模块的模拟端、LED光源接口连接。
所述亮度运算模块包括减法器、比例放大器、积分放大器和微分放大器；第1减法器、第1比例放大器、第1积分放大器、第2减法器、第2比例放大器、第2积分放大器、微分放大器顺序连接；第1减法器的两个输入端分别与电流采样模块输出端、数模转换模块的模拟端连接，第2减法器的另一个输入端与电压采样模块输出端连接；微分放大器的输出端与电压输出模块的输入端连接。
所述减法器、比例放大器、积分放大器和微分放大器采用运算放大器。
一种LED光源控制方法，包括以下步骤：微处理器通过串口通讯模块将来自上位机的亮度指令信号转换为数字亮度信号，经数模转换模块转换成亮度模拟信号发送至亮度调节模块；亮度调节模块将数模转换模块输出的亮度模拟信号、电流采样模块采样的实时电流信号、电压采样模块采样的实时电压信号进行运算处理，得到亮度调节信号经电压输出模块驱动LED光源，实现LED光源的亮度控制。
所述运算处理包括以下步骤：电流采样模块输出的电流模拟信号与数模转换模块输出的亮度模拟信号通过第1减法器求差得到亮度误差信号，亮度误差信号顺序经过第1比例放大器、第1积分放大器得到亮度电压信号；亮度电压信号与电压采样模块输出的实时电压模拟信号通过第2减法器求差得到电压误差信号，电压误差信号顺序经过第2比例放大器、第2积分放大器、微分放大器得到亮度调节信号。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明由于采用上述结构，能够满足对于LED光源不同亮度光照的要求，非常适合工业产品检测。对于不同产品和同一产品不同缺陷的检测，无需更换LED光源或控制系统，为企业节省了成本，提高了效率，使LED光源应用更加灵活广泛。
2.本发明采用了以硬件亮度运算模块为主同时软件硬件相结合的方式，实现了一种具有结构简单、易于实现、成本低、实用强、亮度方便可调和控制精度高的LED光源控制系统与方法。既适合大批量设计生产，也能满足小批量设计使用。
3.本发明采用比例积分微分的亮度运算方法，实现了对LED光源高精度的控制，控制控制系统响应速度快，同时该方法可以提前响应LED光源亮度的变化，使LED光源亮度更加稳定。
附图说明
图1为本发明的系统结构框图；
图2为亮度调节模块结构框图；
图3为亮度运算模块结构框图；
图4为本系统的工作流程图。
具体实施方式
如图1所示，一种LED光源控制系统和方法，微处理器1、模数转换模块4、数模转换模块2、用于与上位机通信的串口通讯模块5连接；亮度调节模块3与模数转换模块4、数模转换模块2连接。
参见图2，图2为亮度调节模块3结构框图，亮度调节模块3包括电流采样模块7、电压采样模块8、亮度运算模块6和电压输出模块9；电流采样模块7、电压采样模块8的输出端与亮度运算模块6的输入端相连，且亮度运算模块6的输出端与电压输出模块9连接。其中电流采样模块7、电压采样模块8将采样得到的电流、电压模拟信号输入至亮度运算模块6，同时输入到亮度运算模块6的还有数模转换模块2输出的亮度模拟信号。
参见图3，图3为亮度运算模块6结构框图，亮度运算模块6包括第1-2减法器、第1-2比例放大器、第1-2积分放大器和微分放大器；电流采样模块7输出的电流模拟信号与数模转换模块2输出的亮度模拟信号通过第1减法器求差得到亮度误差信号，亮度误差信号顺序经过第1比例放大器、第1积分放大器得到亮度电压信号；亮度电压信号与电压采样模块8输出的实时电压模拟信号通过第2减法器求差得到电压误差信号，电压误差信号顺序经过第2比例放大器、第2积分放大器、微分放大器得到亮度调节信号。其中，减法器、比例放大器、积分放大器和微分放大器可采用运算放大器实现。
参见图4，图4为本系统的工作流程图，例如计算机通过串口通讯模块5发送亮度指令信号给微处理器，微处理器把亮度指令信号转换为数字亮度信号发送给数模转换模块2，数模转换模块2将数字亮度信号转化成亮度模拟信号发送至亮度调节模块3；在亮度调节模块3中，电流采样模块7、电压采样模块8将采样得到的实时电流、电压模拟信号输入至亮度运算模块6，同时输入到亮度运算模块6的还有数模转换模块2输出的亮度模拟信号；在亮度运算模块6中，电流采样模块7输出的实时电流模拟信号与数模转换模块2输出的亮度模拟信号通过第1减法器求差后得到亮度误差信号，亮度误差信号顺序经过第1比例放大器、第1积分放大器得到亮度电压信号；亮度电压信号与电压采样模块8输出的实时电压模拟信号通过第2减法器求差后得到电压误差信号，电压误差信号顺序经过第2比例放大器、第2积分放大器、微分放大器得到亮度调节信号，亮度调节信号通过电压输出模块9调节LED光源的亮度，同时电压输出模块9转发亮度调节信号给模数转换模块4，模数转换模块4把亮度调节信号转换为数字信号发送给微处理器，微处理器通过串口通讯模块5把LED光源调节后的亮度显示在计算机上。

Claims (6)

1.一种LED光源控制系统，其特征在于：微处理器（1）与模数转换模块（4）、数模转换模块（2）、用于与上位机通信的串口通讯模块（5）连接；亮度调节模块（3）与模数转换模块（4）、数模转换模块（2）连接；亮度调节模块（3）接收数模转换模块（2）的亮度模拟信号和来自LED光源的电压、电流信号，将亮度模拟信号、电压、电流信号进行信号处理得到亮度调节信号输出至模数转换模块（4）和LED光源。
2.根据权利要求1所述的一种LED光源控制系统，其特征在于：所述所述亮度调节模块（3）包括电流采样模块（7）、电压采样模块（8）、亮度运算模块（6）和电压输出模块（9）；亮度运算模块（6）的模拟输入端与数模转换模块（2）的模拟端连接，电流采样输入端与电流采样模块（7）的输出端连接，电压采样输入端与电压采样模块（8）的输出端相连；亮度运算模块（6）的输出端与电压输出模块（9）的输入端连接；电流采样模块（7）的输入端、电压采样模块（8）的输入端与LED光源接口连接；电压输出模块（9）的输出端与模数转换模块（4）的模拟端、LED光源接口连接。
3.根据权利要求2所述的一种LED光源控制系统，其特征在于：所述亮度运算模块（6）包括减法器、比例放大器、积分放大器和微分放大器；第1减法器、第1比例放大器、第1积分放大器、第2减法器、第2比例放大器、第2积分放大器、微分放大器顺序连接；第1减法器的两个输入端分别与电流采样模块（7）输出端、数模转换模块（2）的模拟端连接，第2减法器的另一个输入端与电压采样模块（8）输出端连接；微分放大器的输出端与电压输出模块（9）的输入端连接。
4.根据权利要求3所述的一种LED光源控制系统，其特征在于：所述减法器、比例放大器、积分放大器和微分放大器采用运算放大器。
5.一种LED光源控制方法，其特征在于包括以下步骤：微处理器（1）通过串口通讯模块（5）将来自上位机的亮度指令信号转换为数字亮度信号，经数模转换模块（2）转换成亮度模拟信号发送至亮度调节模块（3）；亮度调节模块（3）将数模转换模块（2）输出的亮度模拟信号、电流采样模块（7）采样的实时电流信号、电压采样模块（8）采样的实时电压信号进行运算处理，得到亮度调节信号经电压输出模块（9）驱动LED光源，实现LED光源的亮度控制。
6.根据权利要求5所述的一种LED光源控制方法，其特征在于：所述运算处理包括以下步骤：电流采样模块（7）输出的电流模拟信号与数模转换模块（2）输出的亮度模拟信号通过第1减法器求差得到亮度误差信号，亮度误差信号顺序经过第1比例放大器、第1积分放大器得到亮度电压信号；亮度电压信号与电压采样模块（8）输出的实时电压模拟信号通过第2减法器求差得到电压误差信号，电压误差信号顺序经过第2比例放大器、第2积分放大器、微分放大器得到亮度调节信号。
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