CN103997833B

CN103997833B - 一种积分球控制装置

Info

Publication number: CN103997833B
Application number: CN201410238157.8A
Authority: CN
Inventors: 赵亚平
Original assignee: SHENZHEN KERUI TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHENZHEN KERUI TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2014-05-30
Filing date: 2014-05-30
Publication date: 2016-06-29
Anticipated expiration: 2034-05-30
Also published as: CN103997833A

Abstract

本发明公开了一种积分球控制装置，其包括依次连接的通信控制模块、DA输出模块、运放模块和LED灯板，通过通信控制模块选择通信接口，根据外部输入的地址码设置积分球的地址组合，DA输出模块将地址码对应的数字信号转换成对应等级的电压，再由运放模块将所述对应等级的电压转换成相应大小的电流输出给LED灯板，根据相应大小的电流即可调整LED灯的光源亮度和色温，其能获得两组LED色温值所在区间范围的高精度色温控制的稳定光源，适用于对光源色温要求较为严格的测试环境，能实现高精度的光源、色温、照度值的控制，使用一个光源就能输出不同等级的光源和色温，不仅满足多种测试要求，还方便了摄像头测试时的光源切换需求。

Description

一种积分球控制装置

技术领域

本发明涉及光电检测技术领域，特别涉及一种积分球控制装置。

背景技术

随着手机的发展，手机的照相功能也不断发展，客户对像素大小、相关功能设置等要求也越来越高。其中，手机的摄像头作为拍照的必备装置，对其进行相关检测是很重要的。现有的摄像头的检测设备上，不同测试要求需要两种或者多种特定色温的高精度光源。现有的LED一致性、特别是色温规格范围较宽，可调节性差，输出精度很难满足特定的色温需求，多种色温的测量需要的多种光源，系统较为复杂。

因而现有技术还有待改进和提高。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种积分球控制装置，能根据输入的地址码生成相应等级的电流来调整LED灯的光源亮度和色温，大大方便了摄像头测试时的光源切换操作。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种积分球控制装置，设置在手机摄像头的检测设备上，用于调控光源亮度和色温，其包括：

通信控制模块，用于选择通信接口，根据外部输入的地址码设置积分球的地址组合；

DA输出模块，用于将地址码对应的数字信号转换成对应等级的电压；

运放模块，用于将所述对应等级的电压转换成相应大小的电流输出；

LED灯板，用于装设若干个LED灯，根据相应大小的电流调整LED灯的光源亮度和色温；

所述通信控制模块、DA输出模块、运放模块、LED灯板依次连接，所述通信控制模块连接运放模块；

所述DA输出模块包括第一电阻、第二电阻、MCU和数模转换器，所述数模转换器的型号为AD5629RBRUZ，所述数模转换器的SCL脚连接MCU、还通过第一电阻连接第一电源端，数模转换器的SDA脚连接MCU、还通过第二电阻连接第一电源端，数模转换器的脚和脚连接MCU，所述数模转换器的VrefIN/VrefOUT脚连接REF控制端，数模转换器的VoutA脚、VoutB脚、VoutC脚、VoutD脚、VoutE脚、VoutF脚、VoutG脚、VoutH脚连接运放模块，数模转换器的VDD脚连接第一电源端；

MCU将地址码转换成对应的数字信号传输给数模转换器，数模转换器将数字信号转换成对应等级的电压信号，输出8通道的高精度相应等级的电压给运放模块。

所述的积分球控制装置，其中，所述通信控制模块包括：

第一通信单元和第二通信单元，用于接收外部输入的地址码；

控制单元；用于选择与第一通信单元连接、或者与第二通信单元连接，根据外部输入的地址码设置积分球的地址组合；

所述控制单元连接第一通信单元和第二通信单元。

所述的积分球控制装置，其中，所述第一通信单元为RS485通信单元，第二通信单元为RS232通信单元。

所述的积分球控制装置，其中，所述DA输出模块还包括第一电容和第二电容，所述第一电容串联在数模转换器的VrefIN/VrefOUT脚与地之间，所述第二电容与第一电容并联。

所述的积分球控制装置，其中，所述DA输出模块还包括第三电容和第四电容，所述第三电容串联在数模转换器的VDD脚与地之间，所述第四电容与第三电容并联。

所述的积分球控制装置，其中，所述运放模块包括第三电阻、第四电阻、MOS开关管和运算放大器，所述运算放大器的第一输入脚连接数模转换器，运算放大器的第二输入脚连接MOS开关管的源极，运算放大器的输出脚连接LED灯板，MOS开关管的源极通过第四电阻接地，MOS开关管的栅极通过第三电阻接地、还连接控制单元，MOS开关管的漏极连接LED灯板。

所述的积分球控制装置，其中，所述LED灯板为环形光源板，LED灯板上设置有多个LED灯，每4个LED灯串联为一LED灯组、呈环形分布在LED灯板上。

所述的积分球控制装置，其中，所述LED灯组中的4个LED灯均匀分布在LED灯板上。

相较于现有技术，本发明提供的积分球控制装置，通过通信控制模块选择通信接口，根据外部输入的地址码设置积分球的地址组合，DA输出模块将地址码对应的数字信号转换成对应等级的电压，再由运放模块将所述对应等级的电压转换成相应大小的电流输出给LED灯板，根据相应大小的电流即可调整LED灯的光源亮度和色温，其能获得两组LED色温值所在区间范围的高精度色温控制的稳定光源，适用于对光源色温要求较为严格的测试环境，能实现高精度的光源、色温、照度值的控制，使用一个光源就能输出不同等级的光源和色温，不仅满足多种测试要求，还方便了摄像头测试时的光源切换需求。

附图说明

图1为本发明积分球控制装置的结构框图。

图2为本发明积分球控制装置中DA输出模块的电路图。

图3为本发明积分球控制装置的运放模块中一个运放驱动电路的电路图。

图4为本发明积分球控制装置中第一较佳实施例的电路图。

具体实施方式

本发明提供一种所述的积分球控制装置，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，其为本发明积分球控制装置的结构框图。如图1所示，本发明的积分球控制装置设置在手机摄像头的检测设备上，其包括通信控制模块10、DA输出模块20、运放模块30和LED灯板40，所述通信控制模块10、DA输出模块20、运放模块30、LED灯板40依次连接，所述通信控制模块10连接运放模块30。所述通信控制模块10用于选择通信接口，根据外部输入的地址码设置积分球的地址组合；DA输出模块20将地址码对应的数字信号转换成对应等级的电压信号，再通过运放模块30将所述电压信号转换成相应大小的电流输出给LED灯板40；LED灯板40上装设有若干个LED灯，根据相应大小的电流来调整LED灯的光源亮度和色温。

本实施例中，所述积分球控制装置调控LED灯板40上的LED灯的光源亮度和色温时，以预设的两组LED色温值为调节范围，即色温调节的范围可以从LED低色温的值（如2700K）到LED高色温的值（如5700K）。通过通信控制模块10和DA输出模块20的控制可使调节精度达到0.2%的步进精度，能获得两组LED色温值所在区间范围的高精度色温控制的稳定光源，适用于对光源色温要求较为严格的测试环境，能实现高精度的光源、色温、照度值的控制，使用一个光源就能输出不同等级的光源和色温，不仅满足多种测试要求，还方便了摄像头测试时的光源切换需求。

其中，所述通信控制模块10包括第一通信单元110、第二通信单元120和控制单元130，所述控制单元130连接第一通信单元110和第二通信单元120。所述第一通信单元110和第二通信单元120均用于接收外部输入的地址码。本实施例中，所述第一通信单元110为RS485通信单元，可与PC机连接，由PC机接收用户输入的操作指令生成地址码、并传输给第一通信单元110。第二通信单元120为RS232通信单元或USB接口单元，可连接外设来传输地址码。控制单元130中设置有一个多路拨码开关来选择需要的通信接口，即通过该多路拨码开关可以选择与第一通信单元连接、或者与第二通信单元连接。连接后根据外部输入的地址码设置积分球的地址组合（具体实施时可为一串码值，包括控制的对象、需要的光源色温的等级）。也即是说，所述积分球控制装置包括两个通信接口、即RS485通信单元（采用RS485总线通信）和RS232通信单元，具体操作时选择其中一个通信接口连接，接收外部输入的地址码来实现多个积分球的联机控制，根据不同的地址码设置积分球的地址组合来实现特定积分球的控制，由后续模块转换成相应大小的电流来控制光源亮度的亮度等级和色温值。

请同时参阅图2，所述DA输出模块20包括第一电阻R1、第二电阻R2、MCU和数模转换器U1，所述数模转换器U1的型号为AD5629RBRUZ，所述数模转换器U1的SCL脚（即第16引脚）连接MCU、还通过第一电阻R1连接第一电源端VCC1（本实施例中为5V），数模转换器U1的SDA脚（即第15引脚）连接MCU、还通过第二电阻R2连接第一电源端VCC1，数模转换器U1的脚（即第1引脚）和脚（即第9引脚）连接MCU，所述数模转换器U1的VrefIN/VrefOUT脚（即第8引脚）连接REF控制端REF_INPUT，数模转换器的VoutA脚（即第4引脚）、VoutB脚（即第13引脚）、VoutC脚（即第5引脚）、VoutD脚（即第12引脚）、VoutE脚（即第6引脚）、VoutF脚（即第11引脚）、VoutG脚（即第7引脚）、VoutH脚（即第10引脚）连接运放模块30，数模转换器的VDD脚（即第3引脚）连接第一电源端VCC1。数模转换器的A0脚（即第2引脚）接地。

所述第一电阻R1和第二电阻R2为上拉电阻，MCU不工作时将数模转换器U1的SCL脚和SDA脚上拉为高电平；当MCU工作时，数模转换器U1的SCL脚、SDA脚、VrefIN/VrefOUT脚、脚和脚输入相关数据、基准电压和控制信号。即MCU将地址码转换成对应的数字信号通过I²C（SMBUS）总线传输给数模转换器U1，数模转换器U1将数字信号转换成对应等级的电压信号，输出8通道（即VoutA脚~VoutH脚）的高精度相应等级的电压给运放模块。

为了提高输出电压的精度，需要确保基准电压信号（从VrefIN/VrefOUT脚输入）的稳定性，所述DA输出模块还包括第一电容C1和第二电容C2，所述第一电容C1串联在数模转换器的VrefIN/VrefOUT脚与地之间，所述第二电容C2与第一电容C1并联，起到滤波、去噪、平滑波形的作用。

为了使数模转换器U1能正常工作，需确保工作电压（从VDD脚输入）的稳定，所述DA输出模块还包括第三电容C3和第四电容C4，所述第三电容C3串联在数模转换器的VDD脚与地之间，所述第四电容C4与第三电容C3并联。

本实施例中，所述LED灯板40为环形光源板，LED灯板上设置有多个LED灯，每4个LED灯串联为一LED灯组、呈环形分布在LED灯板上。所述运放模块内设置有8路独立的运放驱动电路，其分别与VoutA脚~VoutH脚连接，能将8通道高精度电压信号分别转换成对应的电流输出给8组LED灯。由于8路运放驱动电路的结构相同，本实施例以与VoutA脚连接的运放驱动电路输出电流给一组LED灯（即4个LED灯串联）为例来阐述。

本实施例中，所述控制单元130中还设置有一MCU，其型号选择C8051F410为较佳，此处对其型号不作限定。该MCU的OUTPUTIO脚输出对应的高低电平来控制每个LED灯组电路回路的通断。请同时参阅图3，所述运放驱动电路301包括第三电阻R3、第四电阻R4、MOS开关管Q和运算放大器U2，所述运算放大器U2的第一输入脚（即引脚3，也叫INA+端）连接数模转换器的VoutA脚，运算放大器U2的第二输入脚（即引脚2，也叫INA-端）连接MOS开关管Q的源极，运算放大器的输出脚（即引脚1、也叫OA端）连接LED灯板上一LED灯组401的正极LED1+，MOS开关管Q的源极通过第四电阻R4接地，MOS开关管Q的栅极通过第三电阻R3接地、还连接控制单元中MCU的OUTPUTIO脚，MOS开关管Q的漏极连接LED灯板上一LED灯组401的负极LED1-。运算放大器U2的引脚8连接第二电源端VCC2（为15V），其引脚4连接第三电源端VCC3（为-15V）。所述LED灯组401由4个LED灯（LD1、LD2、LD3、LD4）串联，其结构如图3所示。

MCU将地址码转换成对应的数字信号通过I²C总线传输给数模转换器U1，数模转换器U1将数字信号转换成对应等级的电压信号CH1~CH8，从VoutA脚~VoutH脚分别输出给运放模块的8路运放驱动电路，模数转换为对应大小的电流输入给对应的LED灯组（4个串联的LED灯）；同时，MCU的OUTPUTIO脚输出对应的电平信号(即信号CH1_C~CH8_C，高电平有效)使MOS开关管Q导通，使LED灯组形成到地回路，通过电流点亮LED灯，从而实现了将地址码转换成相应大小的电流的高精度转换和控制，且调节精度可达到0.2%的步进精度。

在具体实施时，所述LED灯组中的4个LED灯各相隔90°均匀分布在LED灯板上。每一通道LED光源依次顺序排列，依次相隔11.25度，均匀排列于环形光源板上。如图4所示，共64颗LED灯均匀分布于圆环灯板上；其中，色温为2700K和5000K的LED灯各32颗。同一色温LED灯相隔11.25度，在发光时能得到跟均匀的色温和亮度分布。按照2700K、5000K、2700K、5000K这种交叉分布方式排列LED灯。

为了提高控制精度，本实施例中采用的数模转换器为12bit以上精度的多路DA芯片，运算放大器为高精度的恒流源转化芯片。整体设计精度满足1024等级的电流输出需求。通过利用预设的两组LED色温值的1024等级的电流输出范围，可调节LED的色温的输出系数，使两种LED的最大等级亮度输出照度相同，并以此照度作为2种LED色温的总的混合最大等级照度值。调节两种LED（例如色温为2700K和5700K的两种LED灯）的比例，得到千分步进的色温调节。利用1024等级的电流缩放可以调节总的输出电流输出实现照度的控制，并以此建立2个基本调节函数：色温调节和照度比例输出。通过实验得到的模型数据获取特定的1500点实际设定的照度色温数据所对应的基本函数参数。通过实验数据建立二维数组表格，分区线性化并实行分区软件矫正。得到色温和照度同时控制的高精度函数。

其中，根据测试的1500个点的数据，分别截取相同数量的色温数据和亮度数据做成2个数组表格。如表格1显示的色温数据。表格2和表格3从测试的1500个点中选取多个采样点的数据来显示色温与照度（即亮度）的对照关系，X轴（单位为lux）上的采样点和Y轴（单位K）上的采样点如表格2和表格3所示。

具体实施时，若需要输出一个色温是3555K、照度是3666lux的光源时。控制单元可以通过上述表格进行如下计算：

1、根据输入的色温和照度从表格中找到相关的色温对应点。如

X1(658)、Y1(537)对应3393K和3624K分别在3500lux上的设置的色温函数参数。X2(660)、Y2(537)对应3393K和3624K分别在4000lux上的设置的色温函数参数。

2、计算在3555K、3666lux时的色温函数参数。

通过上述的X1、Y1，X2、Y2进行如下计算：

(1)计算3666lux照度下分别在3393K的设定值XX和3624K的设定值YY:

XX=X1+((3666-3500)/(4000-3500))*(X2-X1)=658.664，取整数为659。

YY=Y1+((3666-3500)/(4000-3500))*(Y2-Y1)=537。

(2)根据计算出的XX和YY计算3666lux在3555K色温时函数的设定值K-SET。

K-SET=XX-(XX-YY)*((3555-3393)/(3624-3393))=659-122*(162/231)=573.44，取整为573，此值为色温函数的参数。

3、计算3555K（在3393K与3624K之间）、3666lux（在3500lux与4000lux之间）时的照度（即亮度）函数参数。

从表格2、3中找出相关的照度参数X3(402)、Y3(390)；X4(469)、Y4(453)。

(3)计算3555K色温下分别在3500lux的设定值XY1和4000lux的设定值XY2:

XY1=X3-((3555-3393)/(3624-3393))*(X3-Y3)=402-162/231*12=393.584,取整数为394。

XY2=X4-((3555-3393)/(3624-3393))*(X4-Y4)=469-162/231*16=457.779,取整数为458。

(4)根据计算出的XY1和XY2计算3666lux在3555K色温时照度的函数的设定值L-SET。

L-SET=XY1+((XY2-XY1)/(4000-3500))*(3666-3500)=659-122*(162/231)=573.44,取整为573。

表格1

表格2

表格3

以上得出的是分段线性的近似值。从1500个点的表中，可得出一个变化的趋势。从上述的计算值再加上趋势的矫正得出一个更加接近真值的K-SET、L-SET分别作为照度的色温CT函数H和SCALE函数的输入值，通过SCALE函数和CT函数（两种计算公式）计算后即可得到设定的亮度和色温。

在设备初始化时，需要在全开启时测试照度和色温数据存入内部EEPROM（即存储器）。控制单元会自动跟表格的对应数据做比较计算，消除同一电流对应不同积分球的照度值的一致性问题。

综上所述，本发明提供的积分球控制装置，通过多路拨码开关选择通信接口为RS485通信单元或RS232通信单元来接收外部输入的地址码，使积分球控制装置能兼容不同的外设（如PC机或USB），控制单元根据外部输入的地址码设置积分球的地址组合，DA输出模块将地址码对应的数字信号转换成对应等级的电压，再由运放模块将所述对应等级的电压转换成相应大小的电流输出给LED灯板，根据相应大小的电流即可调整LED灯的光源亮度和色温，其能获得两组LED色温值所在区间范围的高精度色温控制的稳定光源，适用于对光源色温要求较为严格的测试环境，能实现高精度的光源、色温、照度值的控制，使用一个光源就能输出不同等级的光源和色温，不仅满足多种测试要求，还方便了摄像头测试时的光源切换需求。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种积分球控制装置，设置在手机摄像头的检测设备上，用于调控光源亮度和色温，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的积分球控制装置，其特征在于，所述通信控制模块包括：

控制单元，用于选择与第一通信单元连接、或者与第二通信单元连接，根据外部输入的地址码设置积分球的地址组合。

3.根据权利要求2所述的积分球控制装置，其特征在于，所述第一通信单元为RS485通信单元，第二通信单元为RS232通信单元。

4.根据权利要求1所述的积分球控制装置，其特征在于，所述DA输出模块还包括第一电容和第二电容，所述第一电容串联在数模转换器的VrefIN/VrefOUT脚与地之间，所述第二电容与第一电容并联。

5.根据权利要求4所述的积分球控制装置，其特征在于，所述DA输出模块还包括第三电容和第四电容，所述第三电容串联在数模转换器的VDD脚与地之间，所述第四电容与第三电容并联。

6.根据权利要求5所述的积分球控制装置，其特征在于，所述运放模块包括第三电阻、第四电阻、MOS开关管和运算放大器，所述运算放大器的第一输入脚连接数模转换器，运算放大器的第二输入脚连接MOS开关管的源极，运算放大器的输出脚连接LED灯板，MOS开关管的源极通过第四电阻接地，MOS开关管的栅极通过第三电阻接地、还连接控制单元，MOS开关管的漏极连接LED灯板。

7.根据权利要求1所述的积分球控制装置，其特征在于，所述LED灯板为环形光源板，LED灯板上设置有多个LED灯，每4个LED灯串联为一LED灯组、呈环形分布在LED灯板上。

8.根据权利要求7所述的积分球控制装置，其特征在于，所述LED灯组中的4个LED灯均匀分布在LED灯板上。