项目分析报告

• 项目名称：机器视觉系统高速频闪光源设计
• 项目描述：随着工业自动化和机器人技术的快速发展，机器视觉系统的应用越来越广泛。频闪光源是机器视觉系统中不可缺少的部分，采用频闪照明可以提高机器视觉系统的可靠性和测量精度，延长光源的使用寿命，降低能耗。在工业生产中，需要做到检测产品质量，通过拍摄照片加以实现。本项目意在达到制作出可调节频率和亮度的频闪光源，其频率与生产线频率一致，达到同步摄像效果。

该项目主要分为两大部分：

一、 LED光源的设计

根据项目要求，光源要求做到亮度可调节。LED光源，多组LED灯，可以设计成多路环形电路，并根据所需亮度等级要求对称式分割电路，根据控制器输入不同占空比控制LED灯的亮度。对于LED灯的点亮，通过相应程序使其达到关于中心对称式点亮LED灯，使其光照度均匀。另外，可在LED灯组外部罩上一种材料，使光能更加均匀的照射在物体上。其次，在LED光组背部可以考虑加上反射镜，使光能充分的利用，达到节能效果。

二、 电源控制部分

1、 PC机进行信号通信

LED灯闪频控制上位机软件作为控制LED闪烁频率的软件。工作人员能够通过上位机软件向下位机下达操作指令，控制和调整下位机的参数和工作状态。

1.1、 PC机交互式界面的设计

通过编程软件，设计按钮及输入信号窗口以及单片机输出信号窗口。当然美工方面也需要考虑。

1.2、 PC机利用RS232串口进行数据传输给单片机

利用C语言或者其他面向对象语言（如Java，python）编写串行通信程序，结合相应串口波特率及分配的串口，了解相关的总线协议。

2、 单片机输出直流脉冲信号

利用控制中断、占空比、开关等思想编写单片机程序，实现不同频率不同平均电压的脉冲输出。其中频率部分做到照相机驱动频率和LED光组驱动频率相同，可通过单片机同步实现信号输出。

2.1、220V交流变为可驱动单片机的电压信号

接入220V交流电源，通过DC-DC DC-AC AC-AC AC-DC变换等电路使电压变为可驱动单片机，经过单片机处理后经过放大电路输出24V脉冲信号，并在接入之前用示波器检验电压信号是否满足驱动LED的要求。对于前级驱动部分可利用集成运算放大器接成电压跟随器或CMOS反相器，保证前级驱动可以在输出定幅度脉冲的同时，有相对较大的电流输出能力。

2.2、利用单片机控制亮度以及电压脉冲频率

流程草图见下图：

（处理亮度用增加减少亮度百分比值，处理频率用增加减少flagMax）

2.2.1 亮度调节与控制

对于控制LED灯亮度，采用PWM法，把每一脉冲宽度均相等的脉冲作为PWM波形，通过改变脉冲列的周期进行调频（使人眼无法分辨出闪烁），改变脉冲的宽度或占空比进行调压。具体操作方法是利用单片机的定时器产生短周期PWM波，通过平均电压的控制决定亮度。也可以利用数字电路控制LED光组点亮多少来调节亮度。

通过PC机输出数据或者单片机上的按键经过一定的程序调节控制占空比，达到控制平均电压的效果。

对于上位机部分，将数字信号通过串行通信传输给单片机，在一定的程序处理下输出不同占空比的PWM波，输出对应频率及占空比的脉冲使得LED灯组发出不同亮度的光；同时也可以通过控制LED灯的点亮数，使其关于中心对称实现不同组合的点亮形式。

2.2.2 频率调节与控制

利用单片机编程，产生一定频率的PWM波，当达到高电平时放大后驱动LED光组，低电平熄灭LED光组。调节部分通过PC端输入相关参数，再经过程序达到控制单片机输出相应频率的电压信号。通俗说就是通过控制一个“开关”，来协调LED光组的亮与不亮。

通过两个按钮或者PC端输入参数控制单片机中断加减脉冲频率，在I/O口向数码管输出频率显示。

程序流程如下图：
* 主线程（初始化整个单片机系统，等待）

• 闪光线程（用一个定时器进行闪光，最高优先级）

• 外部输入中断

其中需要利用单片机内部时钟电路来精准的调控频率。

2.3、单片机LED显示屏

购买现有LED显示屏，利用编程将数字信号转化为LED灯显示屏相应灯的亮暗。

2.4、亮度及频率调节按钮

利用按钮加减频率控制输入。通过按键增减频闪频率时，会进入相应中断程序，加减频率变量的数值，并在新的循环中使数值显示在LED数码管上。
此部分需要学习相关单片机技术。

3、保护部分

3.1、过电流保护

在驱动LED光组之前先通过一个测试电路

1.采样需要保护的电流，采样中缩小参数值；
2.通过运放放大信号使其达到可进行比较的标准；
3.比较电路进行电压比较，以控制后续具体的保护电路；
4.执行部分用PTC热敏电阻通过其阻值突变限制。
可以利用555芯片等设计。
在测试电路正常后可将电信号传递给LED光组并将其驱动。
3.2、短路保护
串联一个低压继电器，根据LED光组可承受电压上限确定继电器参数，进行选购。当电流超过上限时，继电器控制电路关闭，达到保护作用。
通过保护电路相应的电压变化获得一个反馈电压使输出的工作电路停止工作。
4、反馈图像
将照相机所拍摄的照片传输给PC端。
5、测试部分
利用示波器对单片机输入输出端电信号进行检测，保证设备工作正常。
6、技术缺陷
对数控部分和单片机编程及响应部分了解不够深入，今后有待加强学习。