CN114615406A - 一种高速频闪光源控制卡 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高速频闪光源控制卡，涉及机器视觉及AI人工智能领域，包括：MCU控制系统：用于接收从输入的信号，并进行分析输出信号后，处理输入的指令并转化为输出信号输出；输入系统：用于接收工控电脑中传输的控制指令；输出系统：用于接收从MCU控制系统中接收的光源控制信号；电源系统：用于对整体控制卡进行供电；散热系统：用于对整体控制卡进行散热。本发明的优点在于：采用PWM信号调光，可以在满足光源控制需求的同时，提升光源的使用寿命；提升机器视觉及AI人工智能系统的调试便利性；采用嵌入式板卡直接固定在电脑的槽口上面，集成度高不额外占设备空间。
Description
技术领域
本发明涉及机器视觉及AI人工智能领域，具体是涉及一种高速频闪光源控制卡。
背景技术
机器视觉是人工智能正在快速发展的一个分支。简单说来，机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断。机器视觉系统是通过机器视觉产品(即图像摄取装置，分CMOS和CCD两种)将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，得到被摄目标的形态信息，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。
机器视觉是一项综合技术，包括图像处理、机械工程技术、控制、电光源照明、光学成像、传感器、模拟与数字视频技术、计算机软硬件技术(图像增强和分析算法、图像卡、I/O卡等)。一个典型的机器视觉应用系统包括图像捕捉、光源系统、图像数字化模块、数字图像处理模块、智能判断决策模块和机械控制执行模块。
目前机器视觉及AI人工智能领域光源系统由光源控制器控制。传统控制器由24V或5V开关电源、旋钮或数字模拟量控制板组成，亮度由旋钮或按钮控制，，不支持高速频闪，多控制光源常亮，且需要外接入220V电源，有独立的外壳占设备外部空间。
发明内容
为解决上述技术问题，提供一种高速频闪光源控制卡，本技术方案解决了上述背景技术中提出的目前机器视觉及AI人工智能领域光源系统由光源控制器控制。传统控制器由24V或5V开关电源、旋钮或数字模拟量控制板组成，亮度由旋钮或按钮控制，，不支持高速频闪，多控制光源常亮，且需要外接入220V电源，有独立的外壳占设备外部空间的问题。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：
一种高速频闪光源控制卡，包括：
MCU控制系统：用于接收从输入的信号，并进行分析输出信号后，处理输入的指令并转化为输出信号输出，所述MCU控制系统包括单片机系统和通讯系统，所述单片机系统用于进行信号的处理和转化，所述单片机系统可输出PWM信号，所述通讯系统用于进行信号的传输；
输入系统：所述输入系统通过输入接头与外部工控电脑连接，用于接收工控电脑中传输的控制指令，并通过输入信号分路将控制指令输送至MCU控制系统，所述输入信号分路设置有8路；
输出系统：所述输出系统通过输出接头与光源连接，用于接收从MCU控制系统中接收的光源控制信号，并通过输出信号分路将光源控制信号输出到光源中进行执行，所述输出信号分路设置有8路；
电源系统：所述电源系统输入端口与工控电脑电性连接，所述电源系统输出端口与MCU控制系统和输入系统电性连接，所述电源系统用于对整体控制卡进行供电；
散热系统：所述散热系统与MCU控制系统电性连接，所述散热系统包括保护电路和散热风扇，所述散热系统用于对整体控制卡进行散热。
优选的，所述单片机系统采用stc8a8k64s4a12型单片机，其P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4、P4.4、P1.5、P1.7分别与8路输入信号分路电性连接，接收输入信号，其P2.7/A15、P2.6/A 14、P2.5/A 13、P2.4/A 12、P2.3/A 11、P2.2/A 10、P2.1/A9、P2.0/A 8分别与8路输出信号分路电性连接，所述片机系统通过P2.7/A 15、P2.6/A 14、P2.5/A 13、P2.4/A12、P2.3/A 11、P2.2/A 10、P2.1/A9、P2.0/A 8输出8路PWM信号到8路输出至信号分路。
优选的，所述通讯系统采用RS232通讯模式，所述通讯系统中采用TSSOP16/SP3232E型电平转换芯片。
优选的，所述输入系统设置有两个8端接头，所述输入信号分路的供电端与电源系统电性连接，所述输入信号分路中设置有光电耦合元件，用于将输入信号与控制系统隔离开来。
优选的，所述输出系统设置有1个16端接头，所述输出信号分路由单片机系统提供恒流电源驱动，所述输出信号分路中的输出开关采用N型MOS管，所述N型MOS管可接收单片机系统输出的PWM信号。
优选的，所述N型MOS管的型号为IRLR8726PBF。
优选的，所述电源系统输入端口从工控电脑接收12V电源，所述电源系统包括升压电路和降压电路，所述降压电路输入12V电源输出3.3V电源，用于对MCU控制系统和输入系统进行供电，所述升压电路输出12V电源输出24V电源，用于对光源进行供电。
优选的，所述降压电路采用U9 LM1117DT-3.3型稳压芯片。
优选的，所述升压电路采用XL6019型升压芯片。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1)本发明通过PC串口通讯可直接在软件上控制光源亮度，人员无需移动，改善传统光源控制器调整亮度时操作人员要一面看显示器中影像画面亮度一面要到光源控制器旁边操作的不便性，提高了使用便捷度；
2)本发明采用pwm调光模式，可控制光源进行高速频闪，高速频闪可有效提升光源使用寿命，延迟光源衰减，改善传统常规控制器不支持高速频闪，多用常亮的问题，可极大减低光源发生故障的频率；
3)本发明为嵌入式板卡直接固定在电脑的槽口上面，由电脑电源变压进行供电，直接内置PC无需额外占用设备空间，集成度高，便于安装使用。
附图说明
图1为本发明的电路框图；
图2为本发明的单片机系统电路原路图；
图3为本发明中通讯系统的电路原理图；
图4为本发明中的输出系统的电路原理图；
图5为本发明中的输出信号分路的电路原理图；
图6为本发明中的输入系统的电路原理图；
图7为本发明中的输入信号分路的电路原理图；
图8为本发明中的电源系统的电路原理图；
图9为本发明提出的高速频闪光源控制卡的实物图。
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。
请参照图1所示，一种高速频闪光源控制卡，包括：
MCU控制系统：用于接收从输入的信号，并进行分析输出信号后，处理输入的指令并转化为输出信号输出，MCU控制系统包括单片机系统和通讯系统，单片机系统用于进行信号的处理和转化，单片机系统可输出PWM信号，通讯系统用于进行信号的传输，请参阅图2所示，其中单片机系统采用stc8a8k64s4a12型单片机，此单片机目前是全球最快的8051单片机。是宽电压，高速，高可靠性，低功耗等新一代8051单片机，采用了STC第九代加密技术，无法解密，指令代码完全兼容传统的8051，速度快11.2～13.2倍。在本系统中发挥了其速度快的优点，使得在工作过程中有着高效的开关速度，同时也解决了光源在低频下出现的闪屏现象，其P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4、P4.4、P1.5、P1.7分别与8路输入信号分路电性连接，接收输入信号，其P2.7/A 15、P2.6/A 14、P2.5/A 13、P2.4/A 12、P2.3/A 11、P2.2/A 10、P2.1/A9、P2.0/A 8分别与8路输出信号分路电性连接，片机系统通过P2.7/A 15、P2.6/A14、P2.5/A 13、P2.4/A 12、P2.3/A 11、P2.2/A 10、P2.1/A9、P2.0/A 8输出8路PWM信号到8路输出至信号分路，同时拥有8路pwm占空比输出，通过输出占空比的大小来控制输出所需电压值得大小，请参阅图3所示，通讯系统采用RS232通讯模式，通讯系统中采用TSSOP16/SP3232E型电平转换芯片，同时设计了RS232通讯接口，RS-232应用范围广泛、价格便宜、编程容易，抗干扰性强等特点，在与工控机主板连接时更方便，确保稳定的通讯；
输入系统：输入系统通过输入接头与外部工控电脑连接，用于接收工控电脑中传输的控制指令，并通过输入信号分路将控制指令输送至MCU控制系统，输入信号分路设置有8路，输入系统设置有两个8端接头，输入信号分路的供电端与电源系统电性连接，请参阅图6-7所示，输入信号分路中设置有光电耦合元件，用于将输入信号与控制系统隔离开来，避免在意外环境下对控制系统造成损坏，保证了内部电路的稳定不受外部信号的干扰，通过PC串口通讯可直接在软件上控制光源亮度，人员无需移动，改善传统光源控制器调整亮度时操作人员要一面看显示器中影像画面亮度一面要到光源控制器旁边操作的不便性，提高了使用便捷度；
输出系统：输出系统通过输出接头与光源连接，用于接收从MCU控制系统中接收的光源控制信号，并通过输出信号分路将光源控制信号输出到光源进行执行，输出信号分路设置有8路，请参阅图4-5所示，输出系统设置有1个16端接头，输出信号分路由单片机系统提供恒流电源驱动，输出信号分路中的输出开关采用N型MOS管，N型MOS管可接收单片机系统输出的PWM信号，输出系统设置为8路输出信号分路，在有限空间做出最大的带载能力，8路PWM输出高精度的控制输出电压量，输出开关使用的是N型MOS管，其最大耐压值为30V，可带载25A电流，同时N型MOS可直接使用单片机驱动，减少了驱动电路，N型MOS管的型号为IRLR8726PBF，该型号的MOS管开关速度快，完全适配了控制光源的闪屏速度，采用pwm调光模式，可控制光源进行高速频闪，高速频闪可有效提升光源使用寿命，延迟光源衰减，改善传统常规控制器不支持高速频闪，多用常亮的问题，可极大减低光源发生故障的频率；
请参阅图8所示，电源系统：电源系统输入端口与工控电脑电性连接，电源系统输出端口与MCU控制系统和输入系统电性连接，电源系统用于对整体控制卡进行供电，电源系统输入端口从工控电脑接收12V电源，电源系统包括升压电路和降压电路，降压电路输入12V电源输出3.3V电源，用于对MCU控制系统和输入系统进行供电，升压电路输出12V电源输出24V电源，用于对光源进行供电，其中降压电路采用U9 LM1117DT-3.3型稳压芯片，升压电路采用XL6019型升压芯片，整个电源系统采用的是电脑的电源12V供电。所以在使用24V光源时，设计了升压电源，输出24V，3A为8路光源提供充分的带载功率。整个控制系统使用的时LDO输出5V芯片，可有效的抑制电源的杂波，由电脑电源变压进行供电，直接内置PC无需额外占用设备空间，集成度高，便于安装使用；
散热系统：散热系统与MCU控制系统电性连接，散热系统包括保护电路和散热风扇，散热系统用于对整体控制卡进行散热，考虑到控制器的散热问题，设计了风扇散热系统，同时在此系统中设计了保护电路，当风扇出问题损坏时风扇的控制电路将切断电源使风扇停止工作从而保护电路烧坏。
综上所述，本发明的优点在于：采用PWM信号调光，可以在满足光源控制需求的同时，提升光源的使用寿命；提升机器视觉及AI人工智能系统的调试便利性；采用嵌入式板卡直接固定在电脑的槽口上面，集成度高不额外占设备空间。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (9)
1.一种高速频闪光源控制卡，其特征在于，包括：
MCU控制系统：用于接收从输入的信号，并进行分析输出信号后，处理输入的指令并转化为输出信号输出，所述MCU控制系统包括单片机系统和通讯系统，所述单片机系统用于进行信号的处理和转化，所述单片机系统可输出PWM信号，所述通讯系统用于进行信号的传输；
输入系统：所述输入系统通过输入接头与外部工控电脑连接，用于接收工控电脑中传输的控制指令，并通过输入信号分路将控制指令输送至MCU控制系统，所述输入信号分路设置有8路；
输出系统：所述输出系统通过输出接头与光源连接，用于接收从MCU控制系统中接收的光源控制信号，并通过输出信号分路将光源控制信号输出到光源进行执行，所述输出信号分路设置有8路；
电源系统：所述电源系统输入端口与工控电脑电性连接，所述电源系统输出端口与MCU控制系统和输入系统电性连接，所述电源系统用于对整体控制卡进行供电；
散热系统：所述散热系统与MCU控制系统电性连接，所述散热系统包括保护电路和散热风扇，所述散热系统用于对整体控制卡进行散热。
2.根据权利要求1所述的一种高速频闪光源控制卡，其特征在于，所述单片机系统采用stc8a8k64s4a12型单片机，其P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4、P4.4、P1.5、P1.7分别与8路输入信号分路电性连接，接收输入信号，其P2.7/A 15、P2.6/A 14、P2.5/A 13、P2.4/A 12、P2.3/A 11、P2.2/A 10、P2.1/A9、P2.0/A 8分别与8路输出信号分路电性连接，所述片机系统通过P2.7/A 15、P2.6/A 14、P2.5/A 13、P2.4/A 12、P2.3/A 11、P2.2/A 10、P2.1/A9、P2.0/A 8输出8路PWM信号到8路输出至信号分路。
3.根据权利要求1所述的一种高速频闪光源控制卡，其特征在于，所述通讯系统采用RS232通讯模式，所述通讯系统中采用TSSOP16/SP3232E型电平转换芯片。
4.根据权利要求1所述的一种高速频闪光源控制卡，其特征在于，所述输入系统设置有两个8端接头，所述输入信号分路的供电端与电源系统电性连接，所述输入信号分路中设置有光电耦合元件，用于将输入信号与控制系统隔离开来。
5.根据权利要求1所述的一种高速频闪光源控制卡，其特征在于，所述输出系统设置有1个16端接头，所述输出信号分路由单片机系统提供恒流电源驱动，所述输出信号分路中的输出开关采用N型MOS管，所述N型MOS管可接收单片机系统输出的PWM信号。
6.据权利要求5所述的一种高速频闪光源控制卡，其特征在于，所述N型MOS管的型号为IRLR8726PBF。
7.根据权利要求1所述的一种高速频闪光源控制卡，其特征在于，所述电源系统输入端口从工控电脑接收12V电源，所述电源系统包括升压电路和降压电路，所述降压电路输入12V电源输出3.3V电源，用于对MCU控制系统和输入系统进行供电，所述升压电路输出12V电源输出24V电源，用于对光源进行供电。
8.根据权利要求7所述的一种高速频闪光源控制卡，其特征在于，所述降压电路采用U9LM1117DT-3.3型稳压芯片。
9.根据权利要求7所述的一种高速频闪光源控制卡，其特征在于，所述升压电路采用XL6019型升压芯片。
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