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一种高频分时曝光光源控制器的制作方法

文档序号:24940712发布日期:2021-05-04 11:33
一种高频分时曝光光源控制器的制作方法

本发明属于光源控制技术领域,特别涉及一种高频分时曝光光源控制器。



背景技术:

由于工业生产过程中的自动化程度越来越高,计算机机器视觉检测系统得到了广泛关注和应用,机器视觉检测系统对光源控制器的要求也越来越高。

在传统的计算机机器视觉检测系统工作过程中,首先通过光源控制器和光源组成的光源照明系统给应用场景提供不同照明亮度和照明方式以适应应用需求,然后通过线阵相机和镜头组成的图像采集系统采集场景图像,最后通过图像采集卡和计算机处理器处理采集到的图像,并最终应用于对相应对象的检测、识别、测量和控制等等。所以光源照明系统对最终采集图像的质量和最后计算机处理图像的过程有很大的影响。不同的光源照明下,线阵相机采集到的图像特征也不同。计算机后期图像处理中希翼一张图像中有多种不同光源照明的特征。所以就需要在线阵相机一行行扫描应用场景时,光源控制器同时需要随着相机的扫描频率即时切换不同类型的led光源,且需要快速响应外部触发。然而传统的光源控制器无法跟随线阵相机的行频高频切换led光源和快速响应外部触发。



技术实现要素:

针对背景技术存在的问题,本发明提供一种匹配线阵相机行频扫描触发的光源控制器。

为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:一种高频分时曝光光源控制器,包括外部输入电源、外部触发信号、上位机和主控模块,还包括与主控模块连接的外部控制信号触发模块、led灯光源驱动输出模块、多级稳压电源模块、按键模块、电流电压显示模块、温度传感器、网口通信模块、数据通信模块和反馈散热模块;外部控制信号触发模块与外部触发信号连接,外部输入电源分别与多级稳压电源模块和led灯光源驱动输出模块连接,多级稳压电源模块分别与led灯光源驱动输出模块、外部控制信号触发模块、按键模块、电流电压显示模块、温度传感器、反馈散热模块、数据通信模块和网口通信模块连接;网口通信模块和数据通信模块均与上位机连接。

在上述高频分时曝光光源控制器中,外部控制信号触发模块包括四路光耦隔离电路;每路光耦隔离电路均包括第一隔离芯片u1、与第一隔离芯片u1连接的第一电阻r1、第二电阻r2和第一电容c1,其中,第一隔离芯片u1为tlp2168。

在上述高频分时曝光光源控制器中,多级稳压电源模块包括第一级降压电路、第二级降压电路、第三级降压电路和三级降压电路,第一级降压电路分别与第二级降压电路、led灯光源驱动输出模块和反馈散热模块连接;第二级降压电路分别与第三级降压电路、三级降压电路、电流电压显示模块和网口通信模块连接;第三级降压电路分别与外部控制信号触发模块、按键模块和网口通信模块连接;三级降压电路与主控模块连接。

在上述高频分时曝光光源控制器中,第一级降压电路选用a8498slj,第二级降压电路选用开关稳压芯片,第三级降压电路和三级降压电路均选用线性稳压电路。

在上述高频分时曝光光源控制器中,主控模块采用基于cortex-m7内核的stm32h750vbt6微处理器和最小系统,最小系统包含晶振电路、复位电路、基准电压和vcap电容。

在上述高频分时曝光光源控制器中,led灯光源驱动输出模块包括第一、第二功率mos管q1、q2,第二隔离芯片u2,第八、第九电阻r8、r9,第一、第二肖特基二极管d1、d2,第四回路电阻r4以及第十二电阻r12;第二隔离芯片u2为mc3315dr2g。

与现有技术相比,本发明能够高速捕捉100khz的外部触发响应,并且根据人工手动确定触发方式,匹配线阵相机触发信号高频切换光源曝光,实现多光源的高速切换,且能够保持切换时间在1us以下。该光源控制系统具有高响应速度,高稳定性和高调节精度的优点。

本发明应用于工业生产中机器视觉系统,能够根据视觉系统要求控制多盏led灯的亮度和通断,通过外部触发或者上位机内部信号来实时切换多盏不同的led灯高频分时曝光。具有高响应速度,高稳定性和高调节精度的优点。演可以根据视觉系统要求切换不同的控制方式以及led灯光源路数,实现线阵相机同时在多种不同光源环境下的图像采集。

附图说明

图1是本发明一个实施例整体结构框图;

其中,1-主控模块、2-外部触发信号、3-外部控制信号触发模块、4-led灯光源驱动输出模块、5-多级稳压电源模块、6-按键模块、7-电流电压显示模块、8-数据通信模块、9-网口通信模块、10-反馈散热模块;

图2是本发明一个实施例外部控制信号触发模块的内部电路图;

图3是本发明一个实施例多级稳压电源模块的内部框架图;

图4是本发明一个实施例主控模块的内部最小系统电路图;

图5是本发明一个实施例led灯光源驱动输出模块的驱动电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明,但不作为本发明的限定。

本实施例一种匹配线阵相机行频扫描触发的光源控制器,能使线阵相机在一行行扫描采集图像的同时实现不同光源的切换,并且照明光源高速响应外部触发信号,从而采集到高质量,凸显应用场景特征的图像,利于后期图像处理过程。

本实施例是通过以下技术方案来实现的,一种高频分时曝光光源控制器,包括:主控模块、外部控制信号触发模块、led灯光源驱动输出模块、电压电流反馈显示模块、按键控制模块、多级稳压电源模块、反馈散热模块、数据通信模块、网口驱动模块。

并且,多级稳压电源模块接受外部提供的直流电压,通过三级降压从而得到不同输出电压并提供给整个控制器其他模块供电。第一级降压电路通过开关稳压芯片降压,输出电压用于第二级降压电路输入电压,同时也用于led灯光源驱动输出模块中部分电路和反馈散热模块电路供电电压。第二级降压电路通过开关稳压芯片降压,输出电压用于第三级降压电路输入电压,同时也用于电压电流反馈显示模块、数据通信模块、网口驱动模块供电。第三级降压电路通过线性稳压芯片降压,输出电压用于主控模块、外部控制信号触发模块、按键控制模块供电。外部提供的直流电压为24v-48v,第一级降压电路输出电压12v,第二级降压电路输出电压5v,第三级降压电路输出电压3.3v,多级降压为整个系统提供丰富的输入电压。

并且,外部控制信号触发模块与主控模块相连接,该模块将接受外部高频率高电压脉冲输入信号,将其处理为低压高频信号传输给主控模块,在完成控制信号输入的同时实现对嵌入式控制器的保护作用,且信号处理时间保持在100ns以下。

并且,数据通信模块和网口驱动模块与主控模块相连接,通过rs232串行通信接口电路实现主控模块与上位机的全双工通信。通过rs232串行通信实现信号的远距离稳定传输,上位机可通过数据通信模块控制主控模块,同时主控模块可将自己的信息通过数据通信模块传至上位机。

并且,按键控制模块与主控模块相连接,可通过不同的按键调节控制器中的参数,同时可控制主控模块的工作模式,实现人工手模式调试调节。

并且,主控模块可以通过接收外部控制信号触发模块输入的触发信号来控制led灯光源驱动输出模块,实现多路led灯光源的切换。主控模块采用stm32h750vbt6单片机。主控模块通过检测反馈散热模块中的热敏电阻电压获取当前环境的温度,当温度过高时可控制反馈散热模块中风扇来保持环境温度稳定。同时可接收上位机发送的指令,或者通过按键控制模块实现led灯亮度调节和模式调节。有三种模式分别为外触发切换模式、内触发切换模式和普通无模式。控制器同时检测led灯驱动电路的电流并且将电流大小显示到电压电流反馈显示模块,做到实时监测,防止出现电流过大导致的意外事故。

并且,电压电流反馈显示模块与主控模块相连接,该模块实时显示电路电压电流。

并且,led灯光源驱动输出模块与主控模块相连接,该模块将控制器输出多路pwm控制信号放大作为led灯驱动电路的控制信号,实现多路不同类型led灯光源的驱动,实现匹配线阵相扫描行频机的不同光源切换。同时通过电路优化减少相关器件的延时时间,使得整个系统响应时间保持在1us以下,极大的提高了所采集图像的质量。

多级稳压电源模块为主控模块、led灯光源驱动输出模块及其他模块供电。主控模块用于接受外部控制信号触发模块、数据通信模块、按键控制模块的控制信号,通过外部信号来控制led灯光源驱动输出模块。主控模块通过检测led灯光源驱动输出模块电流电压,将反馈值显示到电压电流反馈显示模块,并作出相应电路保护动作。主控模块通过检测当前环境温度来控制反馈散热模块来保持环境温度稳定。

本实施例应用于工业生产中机器视觉系统,根据视觉系统要求控制多盏led灯的亮度和通断,通过外部触发或者上位机内部信号来实时切换多盏不同的led灯高频分时曝光。具有高响应速度,高稳定性和高调节精度的优点。还可以根据视觉系统要求切换不同的控制方式以及led灯光源路数,实现了线阵相机同时在多种不同光源环境下的图像采集。

具体实施时,如图1所示,一种高频分时曝光光源控制器,包括主控模块1、外部触发信号2、外部控制信号触发模块3、led灯光源驱动输出模块4、多级稳压电源模块5、按键模块6、电流电压显示模块7、数据通信模块8、网口通信模块9、反馈散热模块10。

如图2所示,外部控制信号触发模块3包括集成多路光耦隔离电路,该模块与外部触发信号2相连接,可以将高压高频信号通过光耦隔离电路转变为低压高频信号。然后将信号发送给主控模块1,使得控制器对光源进行相对应的控制。

每路光耦隔离电路由第一电阻r1,第二电阻r2,第一电容c1和第一隔离芯片u1组成,其中第一隔离芯片u1为tlp2168。通过图2的电路连接方式可以实现两输入端口之间无论是正电压还是负电压都能够使得第一隔离芯片u1内部发光二极管导通,从而使得输出端能够正常输出反向电压达到触发作用,所以无论外部触发信号正反接入,都能使电路正常工作。外部控制信号触发模块3内部集成四路光耦隔离电路,所以能够同时实现四路同时触发。其最大的优点是在外部100khz的触发频率下该电路输出响应时间能够保持在100ns以下。

多级稳压电源模块5用作给其他所有模块供电,整个电源模块接收外部24v-48v直流电压后通过三级降压从而得到整个系统其他部分所需电压值。具体内部框架如图3所示。外部输入电压通过第一级降压电路51,该级降压利用buck拓扑结构降压,所以选用开关稳压芯片最后得到12v直流电压,12v电压作为第二级降压电路52的输入电压,为led灯光源驱动输出模块4中部分电路和反馈散热模块10供电。第二级降压电路52也是利用开关稳压芯片得到5v的输出电压。5v直流电压作为第三级降压电路53和三级降压电路54的输入电压、电流电压显示模块7和网口通信模块9的供电电压。第三级降压电路53和三级降压电路54为了减少电压纹波,则选用线性稳压电路,通过集成ldo芯片降压得到3.3v直流电压。第三级降压电路53给外部控制信号触发模块3、按键模块6和网口通信模块9供电。为了减少主控制器的供电电压波动,三级降压电路54则单独给主控模块1供电。第一级降压电路降压芯片选用a8498slj,该芯片可以提供0.8-24v的输出电压,输出电流最大可达到3a,足够提供整个系统供电电流,极大程度的保证了电源系统的稳定。

按键模块6与主控模块1相连接,可通过按键模块6中的相对应按键控制光源控制器的工作模式和光源的输出路数以及光源的亮度。

电流电压显示模块7与主控模块1,用于显示电路电流电压。

数据通信模块8和网口通信模块9与主控模块1相连接,同时与上位机连接。主控模块1通过rs232和以太网的通信方式向上位机传输数据。同时也可以通过上位机向主控模块1传送数据来控制单片机的工作模式与调节pwm光源驱动输出信号的脉宽与频率。通过这两种通信方式保证了数据的准确性与高效性。主控模块1采用基于cortex-m7内核的stm32h750vbt6微处理器作为主控,由意法半导体企业提供。其内部主要电路图如图4所示,微处理器最小系统包含晶振电路、复位电路、基准电压、vcap电容等等。

在所有电路得到电源模块的供电后,微处理器启动,将以480m主频工作,面对高频信号响应将会非常迅速。首先可以通过数据通信模块8或者按键选模块6择处理器的工作模式,在得到线阵相机的行频触发信号后,外部控制信号触发模块3将信号处理完成后发送给微处理器。通过电路器件的优选设计,微处理器可完成外部1hz到100khz的外部触发响应。处理完数据后可将外部触发信号频率通过数据通信模块8传反馈给上位机。并且相对应的输出四路pwm信号给上述led灯光源驱动输出模块4,通过该模块驱动光源实现各光源的快速切换,切换时间保持在一微秒以内,并且可通过上位机确定光源曝光时间,精度保持在微秒级。同时,通过温度传感器不断检测环境温度,通过控制风扇转速保持环境温度稳定,防止内部温度过高而出现问题。在所有光源正常工作后检测,实时检测干线电流并显示,并内设保护电路,当电流长时间过大时,控制器将会停止工作。极大增强控制器的稳定性。

本实施例led灯光源驱动输出模块4的内部电路如图5所示,通过cn1和cn2与外部光源连接。由于第一、第二功率mos管q1,q2的开启时间较关断时间快很多,所以电路图设计为当mos管开启时则驱动led光源。第二隔离芯片u2为pwm驱动信号功率放大器用于驱动q1,q2。由于芯片内部自带非门,所以为使得上电输出初始电平为低电平,采用第八电阻r8,第九电阻r9上拉电压,第二隔离芯片u2为mc3315dr2g。为了加快功率mos管的光短时间,通过第一、第二肖特基二极管d1,d2和第四回路电阻r4,第十二电阻r12加快mos管的寄生电容放电,最后保证mos管的关断时间保持在200ns以内,且单路最大输出功率可达300w。最后整个控制器从外部信号触发到微控制器控制led光源点亮响应时间在700ns-800ns之间,同时能够在线阵相机扫描拍摄的同时能够使得四路led光源与线扫相机行频相对应的切换四路光源,切换时间能够保持在1us以内,从而达到预期的图像采集效果。

以上仅为本发明较佳的实施例,并非因此限制本发明的实施方式及保护范围,对于本领域技术人员而言,应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案,均应当包含在本发明的保护范围内。

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