CN110662329A - Led光源系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LED光源系统，主要包括MCU控制器、与MCU控制器连接的恒流源、LED恒流调光模块、LED光源异常保护电路、LED光源工作状态监测电路；所述LED恒流调光模块包括顺次连接的D/A转换电路、模拟信号处理电路、DC电压电路、LED恒流电路，DC电压电路的输入端连接恒流源、输出端连接LED光源工作状态监测电路，LED恒流电路的输出端连接LED光源及相机频闪模块、输入端连接LED光源异常保护电路。本发明采用DC电压电路与LED恒流电路组成LED恒流调光电路，具有独立的硬件频闪电路及并行的光源异常保护电路，能够实现光源亮度可调范围宽，并且能够和相机同步实时频闪。

Description

LED光源系统

技术领域

本发明涉及机械视觉领域，特别是涉及一种LED光源系统。

背景技术

机器视觉系统的核心是图像采集和处理，所有信息均来源于图像之中，图像本身的质量对整个视觉系统极为关键。而光源则是影响机器视觉系统图像水平的重要因素，因为它直接影响输入数据的质量和至少30％的应用效果。常用的光源有LED光源、卤素灯(光纤光源)、高频荧光灯等。LED光源以其响应速度快、性能稳定、组合方式灵活、颜色种类多、功耗低、寿命长等优点在机械视觉照明领域应用广泛。机械视觉领域用的LED光源在其性能和稳定性方面提出了更高的要求，这就要求驱动LED光源的控制器有着性能和稳定性方面的要求。

目前，在工业检测中，恒流频闪LED光源系统一般采用基于常亮的大功率LED光源来为相机进行给光。实际操作过程中，为了使获得的图像达到较佳的信噪特性，通常需要增加LED光源的给光强度，实现亮度可调。然而，由于相机曝光时间较短，大功率LED光源采用常亮模式将直接造成大量电能的浪费；同时，常亮模式又直接使LED光源长期处于高温发热状态，极易导致LED光源的实际使用寿命急剧下降。

在工业检测领域，为实现高效检测，检测物运动到相机检测视场范围内，相机触发光源亮灯，此时相机曝光拍照，所以实时性要求较高。然而，目前的恒流频闪LED光源基本是相机触发信号通过CPU，CPU软件处理后再控制LED恒流调光电路，实现频闪，软件程序运行速度慢，无法实时实现频闪。另外，由于相机的频闪，极易造成LED光源工作状态异常，同样造成LED光源的过热现象。

因此亟需提供一种新型的LED光源系统来解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种LED光源系统，能够实现光源亮度可调范围宽，并且能够和相机同步实时频闪。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种LED光源系统，主要包括MCU控制器、与MCU控制器连接的恒流源、LED恒流调光模块、LED光源异常保护电路、LED光源工作状态监测电路；

所述LED恒流调光模块包括顺次连接的D/A转换电路、模拟信号处理电路、DC电压电路、LED恒流电路，DC电压电路的输入端连接恒流源、输出端连接LED光源工作状态监测电路，LED恒流电路的输出端连接LED光源及相机频闪模块、输入端连接LED光源异常保护电路。

在本发明一个较佳实施例中，所述DC电压电路包括电阻R11—R14、电容C2—C6、二极管D3—D4、电感L1、调压芯片U1，二极管D3的正极连接电阻R11、负极与电阻R12—R14及调压芯片U1的第4引脚并联，电阻R14的另一端连接电容C2，电阻R11的另一端与模拟信号处理电路连接，电感L1的一端与二极管D4的负极及调压芯片U1的电压输出端口连接、另一端与电容C2、C5、C6及LED恒流调光电路的调光基准反馈口并联，调压芯片U1的电压输入端口与电容C3、C4及+24V恒流源并联。

在本发明一个较佳实施例中，所述恒流源包括DC/DC转换电路、DC电源输入接口，DC/DC转换电路的输入端连接MCU控制器、输出端连接DC电源输入接口。

在本发明一个较佳实施例中，所述相机频闪模块包括相机TRIG接口、TRIG转换电路，相机TRIG接口通过TRIG转换电路连接LED恒流电路。

在本发明一个较佳实施例中，所述TRIG转换电路包括电阻R5—R10、二极管D2、三极管Q2，二极管D2的正极连接电阻R7、负极连接电阻R9，电阻R9的另一端连接三极管Q2的基极，电阻R10并联在三极管Q2的基极与发射极之间，三极管Q2的集电极与电阻R5、R6、R8、LED恒流电路的EN端口并联，电阻R5—R7的另一端与+12VDC电压连接。

在本发明一个较佳实施例中，所述LED光源异常保护电路包括电阻R1—R4、三极管Q1、TVS瞬态抑制二极管D1、电容C1，电阻R2的一端连接MCU控制器的Con_1引脚、另一端连接三极管Q1的基极，电阻R4并联在三极管Q1的基极与发射极之间，二极管Q1的集电极连接LED恒流电路的EN端口及电阻R1，电阻R1的另一端与电阻R3、电容C1、TVS瞬态抑制二极管D1、MCU控制器的AD2引脚并联，电阻R3与电容C1并联组成RC滤波电路，TVS瞬态抑制二极管D1的另一端连接+3.3V电源。

在本发明一个较佳实施例中，所述LED恒流电路包括电阻R21、恒流驱动芯片DD311、若干个发光二极管，恒流驱动芯片DD311的第1引脚与电阻R21连接、第2引脚串联若干个发光二极管，电阻R21的另一端连接DC电压电路的电压输出引脚V11。

在本发明一个较佳实施例中，所述LED光源控制器还包括与MCU控制器连接的通讯模块、按键电路、掉电存储电路、数码管显示模块、工作指示灯。

进一步的，所述通讯模块采用MAX232串口通讯电路或RS485串口通讯电路。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种LED光源系统，主要包括MCU控制器、多路LED光源、与MCU控制器连接的恒流源、多通道并行的LED恒流调光模块、LED光源异常保护电路、LED光源工作状态监测电路；

所述LED恒流调光模块包括顺次连接的D/A转换电路、模拟信号处理电路、DC电压电路、LED恒流电路；DC电压电路的输入端连接恒流源、输出端连接LED光源工作状态监测电路；LED恒流电路的输出端连接LED光源及相机频闪模块、输入端连接LED光源异常保护电路；

多路LED恒流电路之间并联，多路LED恒流电路与一个LED光源连接。

本发明的有益效果是：

(1)本发明采用DC电压电路与LED恒流电路组成LED恒流调光电路，DC电压电路采用电压线性可调式来调节恒流源基准实现LED电流线性可调，发光亮度一致性更好，同时采用MCU控制器控制D/A输出电压，再通过模拟信号处理电路扩大D/A输出电压范围，从而实现LED光源调光范围更宽，达到工业设备对光源亮度调节需求；

(2)本发明具有独立的硬件频闪电路，不用MCU控制器控制，响应速度更快，实现ns级延时，这样当被测物料动态经过检测点时，相机来触发信号，LED光源就能实时点亮，相机实时曝光成像，实现高效检测，与相机实时同步性更好；

(3)本发明具有并行的光源异常保护电路，实现了不影响独立频闪电路工作的情况下，当光源异常时实现保护，从而保证光源可靠的工作。

附图说明

图1是本发明LED光源系统一较佳实施例的结构框图；

图2是所述LED光源系统另一较佳实施例的结构框图；

图3是所述DC电压电路的电路图；

图4是所述LED恒流电路的电路图；

图5是所述相机频闪电路的电路图；

图6是所述LED光源异常保护电路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1，本发明实施例包括：

一种LED光源系统，以四通道LED光源为例，主要包括MCU控制器、四路LED光源、与MCU控制器连接的恒流源、四通道并行的LED恒流调光模块、LED光源异常保护电路、LED光源工作状态监测电路；还包括与MCU控制器连接的通讯模块、按键电路、掉电存储电路、数码管显示模块、四通道工作指示灯。四路LED恒流电路之间并联。所述通信模块采用MAX232串口通讯电路或RS485串口通讯电路，本实施例中，采用MAX232串口通讯电路。所述数码管显示模块包括与MCU控制器连接的数码管驱动电路、与数码管驱动电路连接的数码管四通道显示电路。四路恒流源调光模块实现每一路光源按设定的恒流输出，从而实现光源输出光稳定。

优选的，所述MCU控制器采用微处理器STM32F103RBT6，体积小，功能强大。所述恒流源包括DC/DC转换电路、DC电源输入接口，DC/DC转换电路的输入端连接MCU控制器、输出端连接DC电源输入接口。通过DC供源有效保证LED光源系统的稳定性。

下面结合图2，以任一通道LED光源为例来详细说明本LED光源系统：

所述LED恒流调光模块包括顺次连接的D/A转换电路、模拟信号处理电路、DC电压电路、LED恒流电路。该模块采用MCU控制器控制D/A输出电压，再通过模拟信号处理电路扩大D/A输出电压范围，从而实现LED光源调光范围更宽，达到工业设备对光源亮度调节需求。本实施例中，所述模拟信号处理电路采用四通道商用运算放大器LMV324。

所述DC电压电路的输入端连接恒流源、输出端连接LED光源工作状态监测电路。结合图3，所述DC电压电路包括电阻R11—R14、电容C2—C6、二极管D3—D4、电感L1、调压芯片U1，各电路元器件及其连接关系如图所示。二极管D3的正极连接电阻R11、负极与电阻R12—R14及调压芯片U1的第4引脚并联，电阻R14的另一端连接电容C2，电阻R11的另一端与模拟信号处理电路连接，电感L1的一端与二极管D4的负极及调压芯片U1的电压输出端口连接、另一端与电容C2、C5、C6及LED恒流调光电路的调光基准反馈口并联，调压芯片U1的电压输入端口与电容C3、C4及+24V恒流源并联。优选的，所述调压芯片U1采用LM2596S。

MCU控制器输出A/D信号，A/D的电压信号通过模拟信号处理电路，产生一个放大电压幅度的电压信号，该信号输送到LM2596S的参考基准口(第4引脚)和输出电压V11进行比例反馈，从而实现输出电压V11为大电压范围线性稳定电压(0—24V)。该0—24V可变的电压连接到LED恒流电路的调光基准反馈口(DD311的第1引脚)，从而使LED恒流电路可控大范围地调节LED光源，并达到合适稳亮度定光。DC电压电路采用电压线性可调式来调节恒流源基准实现LED电流线性可调，发光亮度一致性更好。

所述LED恒流电路的输出端连接LED光源及相机频闪模块、输入端连接LED光源异常保护电路。另外，一个LED光源也可与多路LED恒流电路连接，每个LED光源由若干路并联的发光二极管组成，有5路、8路、17路等，发光二极管的个数不限。每个LED光源设置一个接口连接MCU控制器。结合图4，一个LED光源由8路相同电路结构的LED恒流电路组成，以第一路LED恒流电路为例，所述LED恒流电路包括电阻R21、恒流驱动芯片DD311、七个发光二极管D11—D17。恒流驱动芯片DD311的第1引脚与电阻R21连接、第2引脚串联七个发光二极管D17—D11、第3、4引脚均接地、第5引脚为ENABLE端口，电阻R21的另一端连接DC电压电路的电压输出引脚V11。8路LED恒流电路通过电压输出引脚V11并联在一起，电压基准从0—24V连续可调。一路LED恒流电路通过一路恒流驱动芯片控制实现一路恒流，多路相同的LED恒流电路并在一起组成大功率LED光源，实现LED大功率光源照明需求。多路恒流驱动芯片DD311的第5引脚并接在一起连接到相机频闪电路，实现实时频闪。恒流驱动芯片DD311自带恒流作用，响应速度快，通过采用恒流开关驱动芯片使能开关控制，使得频闪响应速度更快。

实际应用中，LED恒流电路设计在单独的光源板上，不设计在MCU控制器电路板上，便于组成大功率LED光源。

所述LED光源系统具有独立的硬件频闪电路，不用MCU控制器控制，响应速度更快，实现ns级延时，这样当被测物料动态经过检测点时，相机来触发信号，LED光源就能实时点亮，相机实时曝光成像，实现高效检测，与相机实时同步性更好。

所述相机频闪模块包括相机TRIG接口、TRIG转换电路，相机TRIG接口通过TRIG转换电路连接LED恒流电路。结合图5，所述TRIG转换电路包括电阻R5—R10、二极管D2、三极管Q2，二极管D2的正极连接电阻R7、负极连接电阻R9，各电路元器件及其连接关系如图所示。电阻R9的另一端连接三极管Q2的基极，电阻R10并联在三极管Q2的基极与发射极之间，三极管Q2的集电极与电阻R5、R6、R8、LED恒流电路的EN端口并联，电阻R5—R7的另一端与+12VDC电压连接。相机TRIG接口输出高阻状态或低电平，当为高阻状态时，LED恒流电路不工作；低电平时，三极管Q2处于不工作状态。+12VDC电压通过电阻R5、R6驱动LED恒流电路，保证LED恒流电路实时正常工作，从而实现和相机同步实时频闪。

所述LED光源工作状态监测电路实时监测光源工作状态，当光源工作超出相机曝光时间数倍后，MCU控制器监测到异常信号，就会给LED光源异常保护电路发出信号，采用独立的频闪方式，强制实现LED光源以固定频率和占空比频闪，从而实现LED光源不会过热现象，是LED工作在安全工作区。

结合图6，所述LED光源异常保护电路包括电阻R1—R4、三极管Q1、TVS瞬态抑制二极管D1、电容C1，各电路元器件及其连接关系如图所示。电阻R2的一端连接MCU控制器的Con_1引脚、另一端连接三极管Q1的基极，电阻R4并联在三极管Q1的基极与发射极之间，二极管Q1的集电极连接LED恒流电路的EN端口及电阻R1，电阻R1的另一端与电阻R3、电容C1、TVS瞬态抑制二极管D1、MCU控制器的AD2引脚并联，电阻R3与电容C1并联组成RC滤波电路，TVS瞬态抑制二极管D1的另一端连接+3.3V电源。MCU控制器检测口检测AD2的电压变化，当LED恒流电路工作超出正常频闪数倍时间处于异常工作状态时，AD2一直处于高电平，此时MCU控制器的Con_1引脚输出高电平，强制把LED恒流电路端口EN拉低，延时一端时间后再拉低Con_1引脚，让LED恒流电路正常工作。如果相机频闪电路或相机触发正常时，该电路不参与动作，如果电路仍处于异常状态，则LED光源异常保护电路循环保护，产生固定频率频闪，从而保证LED光源不出现过热现象。

所述LED光源系统配有掉电存储电路，具有掉电存储功能，当关机后再次开机时能恢复到上次设定的参数运行。同时具有按键电路和数码管显示电路，可以实现手动界面设定每一路光源参数，以达到最佳配光效果。因而该光源系统设计有两种调光方式，一种是通过通讯模块，即由MCU实时1024等级调节每一路恒流源，实现LED光源连续可调；另一种是通过按键电路，利用按键进行调光，快捷方便。

本发明采用DC电压电路与LED恒流电路组成LED恒流调光电路，具有独立的硬件频闪电路及并行的光源异常保护电路，实现了不影响独立频闪电路工作的情况下，当光源异常时实现保护，从而保证光源可靠的工作。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种LED光源系统，其特征在于，主要包括MCU控制器、与MCU控制器连接的恒流源、LED恒流调光模块、LED光源异常保护电路、LED光源工作状态监测电路；

所述LED恒流调光模块包括顺次连接的D/A转换电路、模拟信号处理电路、DC电压电路、LED恒流电路，DC电压电路的输入端连接恒流源、输出端连接LED光源工作状态监测电路，LED恒流电路的输出端连接LED光源及相机频闪模块、输入端连接LED光源异常保护电路。

2.根据权利要求1所述的LED光源系统，其特征在于，所述DC电压电路包括电阻R11—R14、电容C2—C6、二极管D3—D4、电感L1、调压芯片U1，二极管D3的正极连接电阻R11、负极与电阻R12—R14及调压芯片U1的第4引脚并联，电阻R14的另一端连接电容C2，电阻R11的另一端与模拟信号处理电路连接，电感L1的一端与二极管D4的负极及调压芯片U1的电压输出端口连接、另一端与电容C2、C5、C6及LED恒流调光电路的调光基准反馈口并联，调压芯片U1的电压输入端口与电容C3、C4及+24V恒流源并联。

3.根据权利要求1所述的LED光源系统，其特征在于，所述恒流源包括DC/DC转换电路、DC电源输入接口，DC/DC转换电路的输入端连接MCU控制器、输出端连接DC电源输入接口。

4.根据权利要求1所述的LED光源系统，其特征在于，所述相机频闪模块包括相机TRIG接口、TRIG转换电路，相机TRIG接口通过TRIG转换电路连接LED恒流电路。

5.根据权利要求4所述的LED光源系统，其特征在于，所述TRIG转换电路包括电阻R5—R10、二极管D2、三极管Q2，二极管D2的正极连接电阻R7、负极连接电阻R9，电阻R9的另一端连接三极管Q2的基极，电阻R10并联在三极管Q2的基极与发射极之间，三极管Q2的集电极与电阻R5、R6、R8、LED恒流电路的EN端口并联，电阻R5—R7的另一端与+12VDC电压连接。

6.根据权利要求1所述的LED光源系统，其特征在于，所述LED光源异常保护电路包括电阻R1—R4、三极管Q1、TVS瞬态抑制二极管D1、电容C1，电阻R2的一端连接MCU控制器的Con_1引脚、另一端连接三极管Q1的基极，电阻R4并联在三极管Q1的基极与发射极之间，二极管Q1的集电极连接LED恒流电路的EN端口及电阻R1，电阻R1的另一端与电阻R3、电容C1、TVS瞬态抑制二极管D1、MCU控制器的AD2引脚并联，电阻R3与电容C1并联组成RC滤波电路，TVS瞬态抑制二极管D1的另一端连接+3.3V电源。

7.根据权利要求1所述的LED光源系统，其特征在于，所述LED恒流电路包括电阻R21、恒流驱动芯片DD311、若干个发光二极管，恒流驱动芯片DD311的第1引脚与电阻R21连接、第2引脚串联若干个发光二极管，电阻R21的另一端连接DC电压电路的电压输出引脚V11。

8.根据权利要求1至7任一项所述的LED光源系统，其特征在于，还包括与MCU控制器连接的通讯模块、按键电路、掉电存储电路、数码管显示模块、工作指示灯。

9.根据权利要求8所述的LED光源系统，其特征在于，所述通讯模块采用MAX232串口通讯电路或RS485串口通讯电路。

10.根据权利要求1至7任一项所述的LED光源系统，其特征在于，主要包括MCU控制器、多路LED光源、与MCU控制器连接的恒流源、多通道并行的LED恒流调光模块、LED光源异常保护电路、LED光源工作状态监测电路；

所述LED恒流调光模块包括顺次连接的D/A转换电路、模拟信号处理电路、DC电压电路、LED恒流电路；DC电压电路的输入端连接恒流源、输出端连接LED光源工作状态监测电路；LED恒流电路的输出端连接LED光源及相机频闪模块、输入端连接LED光源异常保护电路；

多路LED恒流电路之间并联，多路LED恒流电路与一个LED光源连接。

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