CN204559958U - 非线性光源控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种非线性光源控制装置，包括调制电路、串口电路、光照强度检测电路、光耦隔离电路、光源驱动电路，所述调制电路分别接收通过串口电路输入的光源控制信号及由光照强度检测电路输入的光照亮度信号；所述光耦隔离电路接收由调制电路发出的调节信号，并输出至光源驱动电路。本实用新型采用了非线性自动调节光照强度，来实现对光照亮度的实时补偿，从而避免了线性调光的局限性，且非线性调光调出的亮度均匀，无任何闪烁和抖动，完全能够满足诸如化纤纸管等工业产品的外观瑕疵检测时对光源强度调节的需求。

Description

非线性光源控制装置

技术领域

本实用新型涉及一种调光装置，更具体地说，涉及一种非线性光源控制装置。

背景技术

调光器是改变照明装置中光源的光通量、调节照度水平的一种电气装置，其基本原理是改变输入光源的电流有效值以达到调光的目的。

调光器可按控制方式和使用场合分类。按控制方式可以分为电阻调光器、调压调光器、磁放大电抗调光器和电子调光器，按使用场合分为民用调光器、影视舞台调光器、机场灯光调光器和昼光综合控制系统。

调光器的目的是调整灯光不同的亮度，通过减少或增加RMS电压促使平均功率的灯光产生不同强度的光输出，虽然可变电压设备也可用于这种目的，但是可变电压设备的调控旨在控制照明。

在实际检测应用中对调光的要求：例如，实时调节LED光照强度是视觉检测化纤纸管外观瑕疵的重要条件，通过摄像机实时采集化纤纸管外观图像时，对摄像机要进行光照补偿，根据外界环境以及图像的清晰度要实时的对光照强度进行调节等。

人眼对亮度光强变化的响应是非线性的，通常把人眼主观上刚刚可辨别亮度差别所需的最小光强差值称为亮度的可见度阈值，也就是说，当光增大时在一定幅度值内感觉不出，必须变化到一定值时，人眼才能感觉到亮度有变化。现有技术通常在一般情况下使用线性调光，但是人眼在低亮度情况下对光线的细微变化很敏感，而在较亮时，由于人眼视觉的饱和，光线较大的变化却不易被察觉。

实用新型内容

针对现有技术中存在的调光器通常是线性调光的问题，本实用新型的目的是提供非线性光源控制装置。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种非线性光源控制装置，包括：

调制电路、串口电路、光照强度检测电路、光耦隔离电路、光源驱动电路；

所述调制电路分别接收通过串口电路输入的光源控制信号及由光照强度检测电路输入的光照亮度信号；所述光耦隔离电路接收由调制电路发出的调节信号，并输出至光源驱动电路。

所述调制电路将接收的光照亮度信号通过串口电路输出。

所述调制电路输出控制信号至光照强度检测电路，控制光照强度检测电路对光照亮度进行实时检测。

还包括电源降压电路和电源，所述电源降压电路接收电源电压，并输出两路降压电压分别至所述调制电路和光耦隔离电路。

所述电源电压为经过整流、滤波后的直流电压。

还包括光源接口电路，所述光源驱动电路的驱动电压为所述电源电压，并将电信号发送至光源接口电路。

所述电源降压电路包括第一电容、第二电容、第三电容、第一电阻、电桥、第一电感、降压电路；

所述第一电容、第二电容和第三电容并联后，一端连接电源和第一电阻，另一端接地；

所述电桥的第一端口连接所述第一电阻，第二和第三端口连接所述第一电感，第四端口接地。

所述第一电感的输出端连接有第四电容和防浪涌电阻。

所述降压电路的输入端和第一电感相连，输出端与调制电路和光耦隔离电路相连。

所述光源驱动电路具有与LED灯组中LED灯数量相应的多个，每个光源驱动电路的输出端连接至相对应LED灯的负极，LED灯的正极呈星型连接结构连接至同一恒流源。

在上述技术方案中，本实用新型可实现实时调节LED光照亮度，通过非线性调节光照亮度可以实时调节光照亮度，避免了线性调光的局限性，并且非线性调光调出的亮度均匀，无任何闪烁和抖动。

附图说明

图1是本实用新型非线性光源控制装置的结构示意图；

图2是图1中电源及电源降压电路的电路图；

图3是图1中光源驱动电路的电路图；

图4是图1中串口电路的电路图；

图5是图1中光耦隔离电路的电路图；

图6是实时反馈光照亮度的示意图；

图7是光强检测电路的示意图；

图8是光源接口电路的输入/输出示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本实用新型的技术方案。

参照图1，本实用新型公开一种非线性光源控制装置，其主要电路结构包括调制电路16、串口电路17、光照强度检测电路18、光耦隔离电路15、光源驱动电路13、光源接口电路11、电源降压电路14和电源12等。根据上述装置结构，本实用新型根据光照强度来检测电路18反馈的光照信号，并自动的进行光照亮度调节来实现调光信号和调光输出的非线性关系，使得检测到调光是一个线性平稳过程。

如图1所示，调制电路16分别与串口电路17、光照强度检测电路18连接，所述调制电路16分别接收通过串口电路17输入的光源控制信号及由光照强度检测电路18输入的光照亮度信号；所述光耦隔离电路15接收由调制电路16发出的调节信号，并输出至光源驱动电路13。

并且，所述调制电路16还可将接收的光照亮度信号通过串口电路17输出(双向连接)，反馈至外部PC机。

另外，所述调制电路16还可输出控制信号至光照强度检测电路18(双向连接)，控制光照强度检测电路18对光照亮度进行实时检测，从而实现循环控制。

电源12电压为经过整流、滤波后的直流电压，电源降压电路14接收电源12电压，并输出两路降压电压分别至调制电路16和光耦隔离电路15。光源驱动电路13的驱动电压为电源12电压，并将电信号发送至光源接口电路11。

下面来进一步说明各个电路结构所起到的作用。

参照图1，220VAC市电电压经过滤波、整流后输出两路电压，一路经过光源驱动电路13后输出给光源接口电路11，再进一步给8路LED恒流源提供驱动电压，另一路经过电源降压电路14降压后输出两路电压，分别给MCU电路16和光耦隔离电路15提供电压。

如图2所示，电源电路主要元件包括第一电感L1、电桥、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一电阻R3。另外，F1为保险熔丝，R2为抗浪涌电阻，C4为高频滤波电容，R1为限流电阻，D5二极管为保护LED1指示灯。

第一电感L1为扼流圈，一端连接电源输入，一端连接电桥。其作用是抗扼交变电流，利用线圈电抗与频率成正比关系，可扼制高频交流电流，让低频和直流通过。电桥(整流桥)包括四个互相连接的二极管D1、D2、D3、D4。电桥的第一端口连接第一电阻R3，第二和第三端口连接第一电感L1和降压电路，第四端口接地。

继续参照图2，第一电阻R3为热敏电阻，其阻值随温度变化大，可以作为保护器用在整流器与滤波电容器之间。第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3并联后，一端连接电源和第一电阻R3，另一端接地。C1为无极性电容、C2、C3为有极性电容，主要作用滤波，称为滤波电容。滤波电容是并联在整流电源电路输出端，用以降低交流脉动波纹系数、平滑直流输出的一种储能器件。在使用将交流转换为直流供电的电子电路中，滤波电容不仅使电源直流输出平稳，降低了交变脉动波纹对电子电路的影响，同时还可吸收电子电路工作过程中产生的电流波动和经由交流电源串入的干扰，使得电子电路的工作性能更加稳定。

220VAC市电电压经过降压电路降压(5V和24V)后，一路输出调制电路，一路输出光耦隔离电路。

作为本实用新型的一个优选实施方式，调制电路可以是MCU电路，电源可以选用220V电源，等等，但本实用新型不以此为限。下面调制电路16以选用MCU电路16为例，其利用输出的脉宽调制(PWM-Pulse WidthModulation)来对8路LED光源亮度进行调节。外部串口电路17反馈给微处理器MCU电路16的LED光源数据参数，MCU电路16将数字信号变成更精确的模拟信号进行调光。在不改变MCU电路的PWM方波周期的前提下，通过现有的软件控制寄存器的方法调整PWM的占空比来调整PWM，从而控制电流，以此来调整LED的亮度(占空比越大，平均电压越大，灯也就越亮；占空比越小，平均电压越小，灯也就越暗)。

如图3所示为光源驱动电路13，由于LED的亮度会随工作电流的增大而增大，为保证流过每只LED的电流相同(使每只LED的亮度均匀)就必须将LED串联。

如图4所示，串口电路17(MAX232)的作用是在单片机MCU电路和PC机之间通信的时候进行电平转换，将PC机的二进制码转换成单片机能够识别的电平信号。

如图5所示，光耦隔离电路15是一种将电信号转换成为光信号并进行传导，然后又将光信号转换为电信号进行输出。当输入端加电信号时发光器发出光线，受光器接受光线之后就产生光电流，从输出端流出，这就完成了电信号-光信号-电信号的相互转换，从而起到将输入、输出电隔离的作用。光耦隔离电路15将驱动电路的控制部分和后面的直流强电隔离的目的是：

1.避免直流强电干扰控制回路中的弱电信号；

2.通过隔离，人工在线调试的时候更加安全了；

3.驱动电路的输入输出使用不同的地，利用隔离，可以避免之间的干扰；

4.防止直流高电压反馈到控制回路中烧毁LED的控制回路。

如图6所示，非线性调光主要通过PWM控制LED的驱动电流的大小来调节其亮度。光照强度检测电路18测出当前LED光照亮度值，将当前光照信号反馈给调制电路16，调制电路16改变PWM的占空比来控制当前LED驱动电路中电流的大小，以此来调节当前LED的亮度。

如图7所示，调制电路16通过光照强度检测电路18实时反馈的光照亮度来调节LED光照的亮度，若当前光照亮度大于输出的亮度则减小光照强度；若当前光照亮度小于输出的亮度则增大光照强度；以此，形成负反馈。

如图8所示，所述光源驱动电路13具有与LED灯组中LED灯数量相应的多个，每个光源驱动电路的输出端连接至相对应LED灯的负极，LED灯的正极呈星型连接结构连接至同一恒流源。对于恒流源来说，其输出端连接到这些LED灯，其输入端分别连接的是不同的光源驱动电路，如此可以对多路LED光源分别进行不同亮度的控制，也可以节约输出端成本。

该非线性光源控制装置的主要工作原理如下：

由光照强度检测电路18对光源(如LED灯组)的当前光照亮度进行检测，并将测得的光照亮度信号发送至调制电路16，并由调制电路16发送给串口电路17，串口电路17接收到光照亮度信号并由外部PC机计算处理后，将需要的光照亮度信号反馈至调制电路16，再由调制电路16发送调节信号至光耦隔离电路15，并通过光源驱动电路13对光源进行相应调节，同时再由调制电路16控制光照强度检测电路18对调整后的光照亮度进行实时检测，并反馈至调制电路16，再由串口电路17给调制电路16指示命令以控制调制电路16对光源亮度进行实时调节，并以此循环。

在工业应用中，由于实时调节LED光照强度是机器视觉检测化纤纸管外观瑕疵的重要条件，摄像机实时采集化纤纸管外观图像时，对摄像机要进行光照补偿，根据外界环境光照以及图像颜色的不同要实时的对光照强度进行调节。通常采用人眼主观判断来调节光照强度具有一定的不确定性，而且人工调光的速度无法满足实时调光的要求。

因此，本实用新型采用上述非线性调光装置的技术方案，根据光照强度检测电路反馈的光照信号，自动进行光照亮度调节，从而实现调光信号和调光输出的非线性关系，使得调光是一个线性平稳过程。通过该非线性的调节光照亮度，可以实现对光照亮度的实时补偿，避免了线性调光的局限性，并且非线性调光调出的亮度均匀，无任何闪烁和抖动，完全能够满足化纤纸管外观瑕疵检测时对光源强度调节的需求。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新型，而并非用作为对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本实用新型的权利要求书范围内。

Claims (10)

1.一种非线性光源控制装置，其特征在于，包括：

调制电路、串口电路、光照强度检测电路、光耦隔离电路、光源驱动电路；

所述调制电路分别接收通过串口电路输入的光源控制信号及由光照强度检测电路输入的光照亮度信号；所述光耦隔离电路接收由调制电路发出的调节信号，并输出至光源驱动电路。

2.如权利要求1所述的非线性光源控制装置，其特征在于：

所述调制电路将接收的光照亮度信号通过串口电路输出。

3.如权利要求1或2所述的非线性光源控制装置，其特征在于：

所述调制电路输出控制信号至光照强度检测电路，控制光照强度检测电路对光照亮度进行实时检测。

4.如权利要求1所述的非线性光源控制装置，其特征在于，还包括电源降压电路和电源，所述电源降压电路接收电源电压，并输出两路降压电压分别至所述调制电路和光耦隔离电路。

5.如权利要求4所述的非线性光源控制装置，其特征在于，所述电源电压为经过整流、滤波后的直流电压。

6.如权利要求5所述的非线性光源控制装置，其特征在于，还包括光源接口电路，所述光源驱动电路的驱动电压为所述电源电压，并将电信号发送至光源接口电路。

7.如权利要求4所述的非线性光源控制装置，其特征在于，所述电源降压电路包括第一电容、第二电容、第三电容、第一电阻、电桥、第一电感、降压电路；

所述第一电容、第二电容和第三电容并联后，一端连接电源和第一电阻，另一端接地；

所述电桥的第一端口连接所述第一电阻，第二和第三端口连接所述第一电感，第四端口接地；

所述降压电路输入端和第一电感相连，输出端与调制电路和光耦隔离电路相连。

8.如权利要求7所述的非线性光源控制装置，其特征在于，所述第一电感的输出端连接有第四电容和防浪涌电阻。

9.如权利要求7所述的非线性光源控制装置，其特征在于，所述电源降压电路将电源电压降压后给光耦隔离电路和调制电路供压。

10.如权利要求1所述的非线性光源控制装置，其特征在于，所述光源驱动电路具有与LED灯组中LED灯数量相应的多个，每个光源驱动电路的输出端连接至相对应LED灯的负极，LED灯的正极呈星型连接结构连接至同一恒流源。