基于STM32單片機的光源控制裝置設計

袁晨，程凱

（中國海洋大學光學光電子重點實驗室，山東青島，266100）

0 引言

就目前的情況來說，現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行分析我們發現，在這種控制輸出當中，其擁有的光照并不是特別的穩定，而且調光進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，但即便如此，在負載使用功率范圍上，恒流源控制輸出也存在范圍小等缺點。本篇論文在進行有關研究的時候，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上完成有關的分析探討的，并且在這個基礎上將兩種控制輸出進行有效的結合，控制核心主要是以STM32單片機為主，之后通過A/D端口進行采樣，同時將采樣得出的反饋傳遞給單片機，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現。總的來說，這樣的設計對于光源穩定性的提升是十分有利的，而且還對負載的使用功率范圍進行了有效的拓寬。

1 系統總體設計

在這個控制裝置中，其主要的控制原理包括以下內容，即：為了得到一個較為穩定的控制電壓，有關人員必須給予基準電壓芯片一個單片機，這樣一來，在基準電壓中，它就可以確保單片機當中的A/D端口輸出為一個比較穩定的控制電壓，之后，還要在基準電壓的輸入值中應用恒流源。一般來說，單片機中的IO口控制是可以對恒壓源芯片的開啟管腳進行有關的調控的，從而實現對外輸出通斷的控制目的。另外，在單片機里，其擁有的IO口控制數字電位器主要的作用就是對電阻的大小進行適當的調節，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行轉化，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，來讓單片機做出有關的判斷。在進行通信的過程中，單片機主要就是利用串口和上位機來完成相關的通信操作的，當上位機的上電啟動以后，其就可以利用初始化的光源控制程序來給單片機發送指令，當然，這些指令都是不同的，從另一個方面來

2 主要硬件設計

2.1 控制模塊選擇

在本篇論文中的光源控制裝置的設計，控制中心就是單片機，其次，單片機還可以對有關的指令進行發送，并且將反饋回來的數據進行合理的處理。另外，在選擇微控制器的時候，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12位的A/D轉換器的，在這樣的情況下，它就可以節省更多的成本，同時將工作量降到最低。

2.2 恒流源電路設計

一般來說，光源的質量和光源的控制方式是有著密不可分的關聯的，要想對光源的質量進行確保，首先需要做到的一點就是采取正確的方式對光源進行控制，只有采用合理的光源控制方式，那么圖像的質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的分辨率進行改善，同時還可以對軟件的運算進行一定的簡化，這樣一來，光源的穩定性以及系統的工作效率就能得到更好的提升。但是在使用機器視覺技術進行有關的檢測工作時，對于LED光源的瞬間穩定性，其要求是非常高的，所以在進行電路設計的過程中，不光對恒壓源進行了相關的設計，還對恒流源的驅動進行了適當的補償，這樣的話，電壓波動造成的電流變化就能降到最低，從而確保LED光源瞬間的穩定性。

2.3 串口通信電路設計

正常來說，RS232串口標準就是PC機當中最常采用的一種，但是這種串口標準和單片機的電平并不能兼容，要想完成這兩者之間的通信，那就需要對電平進行合理的轉換。本文在對串口通信電路設計進行有關分析的時候，主要是以芯片作為主要的基礎內容。

圖1 串口通信電路圖

在圖1當中，端口連接的接受主要是由TIOUT等完成的，而R1IN和PC機主要的工作內容就是將數據發送到端口，使其進行連接。

3 光源控制裝置軟件設計

3.1 電流調節程序設計

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

3.2 單片機控制主程序

在單片機控制主程序中，其主要的目的就是為了對恒流源的控制得到實現，這樣可以很好的對恒流源的電流實際值進行確保，等到恒流源的電流實際值和設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行有效的控制。在這個系統當中，最開始檢測的內容就是恒流源的實際電流輸出值，簡單來說就是對A/D進行轉化，在這之后，利用A/D采集到的數據來與設定值進行有關的分析比較，這樣一來，自動調節就可以順利的實現。但要是在進行實際檢測的時候，檢測到的電流值是和設定值一樣的，那么單片機就會對恒流源的閉環控制進行有關的執行。

4 結束語

在本論文中，詳細的對一種光源控制裝置進行了介紹，并且在這個基礎上對恒流源以及恒壓源的控制輸出原理進行了有效的結合，之后，本文中還采用了STM32單片機作為控制的核心內容，這在很大程度上提高了光源的穩定性，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熱量進行了降低，也在一定程度上對輸出功率進行了拓寬，在這樣的情況下，使用范圍得到了有效的擴大，其具有的使用價值就變得很高。

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