基于STM32單片機(jī)的光源控制裝置設(shè)計(jì)

袁晨，程凱

（中國海洋大學(xué)光學(xué)光電子重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島，266100）

0 引言

就目前的情況來說，現(xiàn)在市場上對于光源控制器的控制輸出方式主要有兩種，第一種就是恒壓源控制輸出，另一種就是恒流源控制輸出，這兩種方式在對光源控制器的控制輸出上是起著極其重要的作用的。但是通過對恒壓源控制輸出進(jìn)行分析我們發(fā)現(xiàn)，在這種控制輸出當(dāng)中，其擁有的光照并不是特別的穩(wěn)定，而且調(diào)光進(jìn)度等也存在較大的缺陷，另外，在該種控制輸出里面，它擁有的使用范圍是比較有限的，一般情況下只能在一些功率較小的光源上進(jìn)行使用。但是與恒壓源控制輸出不同的是，恒流源控制輸出在很大程度上克服了這些缺點(diǎn)，但即便如此，在負(fù)載使用功率范圍上，恒流源控制輸出也存在范圍小等缺點(diǎn)。本篇論文在進(jìn)行有關(guān)研究的時(shí)候，主要是站在恒流源以及恒壓源控制輸出原理的深入研究基礎(chǔ)上完成有關(guān)的分析探討的，并且在這個(gè)基礎(chǔ)上將兩種控制輸出進(jìn)行有效的結(jié)合，控制核心主要是以STM32單片機(jī)為主，之后通過A/D端口進(jìn)行采樣，同時(shí)將采樣得出的反饋傳遞給單片機(jī)，這樣對于光源的輸出功率、電流大小等控制就能順利的得到實(shí)現(xiàn)?？偟膩碚f，這樣的設(shè)計(jì)對于光源穩(wěn)定性的提升是十分有利的，而且還對負(fù)載的使用功率范圍進(jìn)行了有效的拓寬。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

在這個(gè)控制裝置中，其主要的控制原理包括以下內(nèi)容，即：為了得到一個(gè)較為穩(wěn)定的控制電壓，有關(guān)人員必須給予基準(zhǔn)電壓芯片一個(gè)單片機(jī)，這樣一來，在基準(zhǔn)電壓中，它就可以確保單片機(jī)當(dāng)中的A/D端口輸出為一個(gè)比較穩(wěn)定的控制電壓，之后，還要在基準(zhǔn)電壓的輸入值中應(yīng)用恒流源。一般來說，單片機(jī)中的IO口控制是可以對恒壓源芯片的開啟管腳進(jìn)行有關(guān)的調(diào)控的，從而實(shí)現(xiàn)對外輸出通斷的控制目的。另外，在單片機(jī)里，其擁有的IO口控制數(shù)字電位器主要的作用就是對電阻的大小進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，以此來完成恒壓源輸出電壓的控制。要想將恒流源輸出的電流值進(jìn)行轉(zhuǎn)化，使其成為電壓值，那么就需要對電阻采樣，隨后通過A/D端口的反饋，來讓單片機(jī)做出有關(guān)的判斷。在進(jìn)行通信的過程中，單片機(jī)主要就是利用串口和上位機(jī)來完成相關(guān)的通信操作的，當(dāng)上位機(jī)的上電啟動(dòng)以后，其就可以利用初始化的光源控制程序來給單片機(jī)發(fā)送指令，當(dāng)然，這些指令都是不同的，從另一個(gè)方面來

2 主要硬件設(shè)計(jì)

2.1 控制模塊選擇

在本篇論文中的光源控制裝置的設(shè)計(jì)，控制中心就是單片機(jī)，其次，單片機(jī)還可以對有關(guān)的指令進(jìn)行發(fā)送，并且將反饋回來的數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的處理。另外，在選擇微控制器的時(shí)候，本文中選擇的主要是低功耗的STM32系列的微控制器，正常情況下，這種微控制器的功耗是在36mA左右，在現(xiàn)有的32位市場中，該微控制器的功耗是最低的。除此之外，這種微控制器本身是自帶兩個(gè)12位的A/D轉(zhuǎn)換器的，在這樣的情況下，它就可以節(jié)省更多的成本，同時(shí)將工作量降到最低。

2.2 恒流源電路設(shè)計(jì)

一般來說，光源的質(zhì)量和光源的控制方式是有著密不可分的關(guān)聯(lián)的，要想對光源的質(zhì)量進(jìn)行確保，首先需要做到的一點(diǎn)就是采取正確的方式對光源進(jìn)行控制，只有采用合理的光源控制方式，那么圖像的質(zhì)量才能在很大程度上得到提升。其次，良好的控制方式不僅可以對系統(tǒng)的分辨率進(jìn)行改善，同時(shí)還可以對軟件的運(yùn)算進(jìn)行一定的簡化，這樣一來，光源的穩(wěn)定性以及系統(tǒng)的工作效率就能得到更好的提升。但是在使用機(jī)器視覺技術(shù)進(jìn)行有關(guān)的檢測工作時(shí)，對于LED光源的瞬間穩(wěn)定性，其要求是非常高的，所以在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的過程中，不光對恒壓源進(jìn)行了相關(guān)的設(shè)計(jì)，還對恒流源的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行了適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償，這樣的話，電壓波動(dòng)造成的電流變化就能降到最低，從而確保LED光源瞬間的穩(wěn)定性。

2.3 串口通信電路設(shè)計(jì)

正常來說，RS232串口標(biāo)準(zhǔn)就是PC機(jī)當(dāng)中最常采用的一種，但是這種串口標(biāo)準(zhǔn)和單片機(jī)的電平并不能兼容，要想完成這兩者之間的通信，那就需要對電平進(jìn)行合理的轉(zhuǎn)換。本文在對串口通信電路設(shè)計(jì)進(jìn)行有關(guān)分析的時(shí)候，主要是以芯片作為主要的基礎(chǔ)內(nèi)容。

圖1 串口通信電路圖

在圖1當(dāng)中，端口連接的接受主要是由TIOUT等完成的，而R1IN和PC機(jī)主要的工作內(nèi)容就是將數(shù)據(jù)發(fā)送到端口，使其進(jìn)行連接。

3 光源控制裝置軟件設(shè)計(jì)

3.1 電流調(diào)節(jié)程序設(shè)計(jì)

對于電流調(diào)節(jié)程序而言，其主要的目的就是為了對恒流源的輸出電流進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，而恒流源輸出電流的大小是與輸入的基準(zhǔn)電壓有著密不可分的聯(lián)系的，通常情況下，只有對單片機(jī)中的D/A進(jìn)行轉(zhuǎn)換，那么才可以得到這種基準(zhǔn)電壓。由此我們可以看出，對電流進(jìn)行調(diào)節(jié)是控制單片機(jī)D/A端模擬電壓值的重要方法，只有對電流進(jìn)行科學(xué)合理的調(diào)節(jié)，電流值才能在很大程度上得到控制。在單片機(jī)上電以后，首先需要做到的一點(diǎn)就是對串口等寄存器進(jìn)行初始化操作，當(dāng)這一步操作完成之后，還要對循環(huán)比較值進(jìn)行設(shè)定，使其設(shè)置成為采集值，一直到輸出電流和設(shè)定電流保持一致即可。

3.2 單片機(jī)控制主程序

在單片機(jī)控制主程序中，其主要的目的就是為了對恒流源的控制得到實(shí)現(xiàn)，這樣可以很好的對恒流源的電流實(shí)際值進(jìn)行確保，等到恒流源的電流實(shí)際值和設(shè)定值的情況基本相同了以后，我們就可以對光源頻閃等情況進(jìn)行有效的控制。在這個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中，最開始檢測的內(nèi)容就是恒流源的實(shí)際電流輸出值，簡單來說就是對A/D進(jìn)行轉(zhuǎn)化，在這之后，利用A/D采集到的數(shù)據(jù)來與設(shè)定值進(jìn)行有關(guān)的分析比較，這樣一來，自動(dòng)調(diào)節(jié)就可以順利的實(shí)現(xiàn)。但要是在進(jìn)行實(shí)際檢測的時(shí)候，檢測到的電流值是和設(shè)定值一樣的，那么單片機(jī)就會(huì)對恒流源的閉環(huán)控制進(jìn)行有關(guān)的執(zhí)行。

4 結(jié)束語

在本論文中，詳細(xì)的對一種光源控制裝置進(jìn)行了介紹，并且在這個(gè)基礎(chǔ)上對恒流源以及恒壓源的控制輸出原理進(jìn)行了有效的結(jié)合，之后，本文中還采用了STM32單片機(jī)作為控制的核心內(nèi)容，這在很大程度上提高了光源的穩(wěn)定性，除此之外，電源的利用率也因此得到了提升。由此我們可以看出，這樣不僅對不必要的發(fā)熱量進(jìn)行了降低，也在一定程度上對輸出功率進(jìn)行了拓寬，在這樣的情況下，使用范圍得到了有效的擴(kuò)大，其具有的使用價(jià)值就變得很高。

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