1基于STM32的系统硬件设计
多相LED穹形光源的控制系统可划分为三个部分：STM32主控制器、光源参数（角度、亮度、颜色）调节模块、驱动模块。系统选用了STM32F103VET6作为主控制器。STM32F103VET6是ST公司基于ARMCortex－M3内核设计的一款高性能微控制器，集成多种高性能常用外设接口，具有丰富的I／O接口，其强大的控制、计算、存储能力可以满足复杂的数据采集处理和控制需求，同时大大提高了系统电路的集成度、可靠性和性价比，也为光源控制系统与视觉检测系统的连接的进一步提高预留了空间。
1．1系统硬件组成
控制系统硬件主要包括：STM32主控制器、光源参数调节电路（主要由单层输出选择单元、单相输出选择单元及相关电路组成）、驱动电路等部分。系统硬件实现原理图如图2所示。人机界面设置的光源参数通过通讯接口送至STM32主控制器，STM32解析相关参数后，将命令参数送至相关功能模块，实现光源的控制。如通过单层输出选择单元来控制穹形光源中单独每层灯珠的开关状态，实现对光源颜色的控制；通过单相输出选择单元对穹形光源中的各相LED进行控制，实现不同角度方向的照明。图中TLC5628是TI公司推出的一款具有高阻抗基准输入的8路串行8位电压输出型数／模转换芯片，其兼容CMOS电平，只需要通过4根串行总线即可以完成8位数据的串行输入，易于和工业标准的微处理器或微控制器接口，适用于各种自动测试装置以及工程监视和控制等工业控制场合。光源的亮度参数数字量最终由TLC5628转换为1～10V的模拟调节电压输出，实现光源的亮度调节。
1．2光源参数调节电路
光源参数调节电路主要用以实现光源的角度、亮度、颜色三个参数的调节。其中，角度调节模块，用于实现不同方向的照明，即光源照射角度的调节；亮度调节模块，主要完成光源的亮度调节；颜色切换模块，实现光源的单色照明或多颜色的复合照明。1．2．1角度调节角度调节模块的作用是选择多相LED穹形光源中的具体那一相点亮，根据被测物体的要求，选择光源某层或某几层中的单独某一相点亮或多相同时点亮，从而实现不同方向，不同角度的照明，这在一些复杂形状的物体检测中尤为重要。STM32接收到光源的角度设置参数后，通过5根地址线来控制单相选择单元，5根地址线共组成了32种编码方式，实现光源中32相LED灯的选择控制。1．2．2亮度调节亮度调节模块将光源亮度参数的数字量转换为相应的模拟量，调节时数字变大则模拟量也相应变大，对应LED灯的发光亮度也随之变亮。亮度调节模块主要由DAC数／模转换芯片和运放电路组成，文中设计的控制系统共使用了4片TLC5628芯片和8片LM324集成运放，每片TLC5628芯片可以输出8路模拟信号，连接2片LM324后可以控制8相LED灯。STM32连接TLC5628的DATA、CLK、LDAC、LOAD四根串行控制线，光源亮度数字量二进制数据从DATA端串行送入TLC5628进行DA转换，转换后的模拟电压经运放LM324后转换为1－10V的模拟电压，该电压即为控制LED亮度变化的模拟调节电压。亮度调节模块硬件原理示意图如图3所示。1．2．3颜色切换LED穹形光源共有四种不同颜色的LED灯用以满足不同的检测要求，由于选用的红、绿、蓝、白四种颜色的LED灯珠其工作电压并不一致，红色LED的工作电压一般在1．8～2．4V，而白色、蓝色和绿色的LED工作电压在2．7～3．5V左右，因而每种颜色的LED连接电路均按特定的方式来设计。当选择光源中某种颜色的LED灯点亮时，在单层输出选择单元中设计的由固态电子继电器组成的多路电子开关状态发生变化，实现不同颜色LED灯的工作电压的切换，从而达到光源颜色切换的目的。
1．3驱动电路
驱动电路主要为LED光源提供稳定的电压电流以保证LED能持续均匀发光，同时为便于光源亮度的调节还预留有调节接口。LED的工作电流一般在10mA～25mA，电压降一般为1．8～3．3V（因所用半导体材料而异），因而不能直接采用市电供电，必须设计专用的直流驱动电路。驱动模块主要由滤波及保护电路、整流电路、无源PFC和DC／DC转换电路及部分组成，其中整流电路由一个二极管整流桥实现，DC／DC转换器由大功率恒流驱动芯片SMD802实现。驱动模块电路关键元器件的参数可以根据LED穹形光源选用LED灯的相关参数计算得知。
2软件设计
控制系统软件采用了模块化的设计方法，并基于KeilMDK的开发平台，使用了STM32F10X标准外设固件库函数来开发。其中，光源参数控制的实现是系统软件设计的关键，在主程序初始化完成后，即进入参数判断等待循环，待参数解析判断后，将亮度、角度、颜色等参数送至相关功能单元模块，最后经驱动模块送至LED光源。图4为控制主程序流程图。
3结束语
本文设计了一种基于STM32的多相LED穹形光源控制系统，实现了对光源照射角度、亮度、颜色的连续可调控制，有助于公司战略管理论文视觉检测系统获得高质量的检测图像，提高检测精度。
作者：徐晓明 胥和平 刘恩树 王丙柱 单位：核工业理化工程研究院
