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影像測量儀可調光源介紹
摘要：介紹了一種用于影像測量儀32 路自動可調四色光源的新設計。在常規光源基礎上擴大分區， 加入紅綠藍三基色光。光源系統包括上、下光源和手持控制盒， 上、下光源由不同顏色的LED 組成， 并按不同的排列方式和密度構成32 路分區。通過程序控制調節， 實現對光線強度的數字控制和顏色的組合控制， 滿足影像測量對光線強度和顏色的各種需求， 以求達到*效果。對光源系統的總體結構、控制系統的硬件部分及光源本體的結構也進行了介紹。
1 引言
隨著工業領域對測量要求不斷提高， 傳統測量不能很好滿足實時、高精度的需要?；贑CD 的影像測量技術具有非接觸、實施較為簡易等優點， 成為一種提高生產率和保證產品質量的重要技術， 具有廣闊的應用前景［1］。影像測量儀是建立在CCD 攝影技術基礎上來實現測量的， 為得到便于處理的高品質圖像， 需利用光源對其進行照射， 使拍攝到的圖像中零件輪廓形狀更加清晰， 圖像處理時可提高精度， 有利于獲得較高的測量精度［2］。因此，光源是影像測量儀中*的部分。影像測量儀的光源一般采用發光二極管（LED） 組成， LED 不同的排列方式和密度可以組成不同的光源。隨著測量技術發展和廣泛應用， 影像測量儀的光源正逐漸向多路控制方向發展， 根據工件測量時的實際需求進行程序控制選擇光源的單路或多路發光， 以求達到*測量效果。
目前市場上主要有4 路自動LED 可調光源， 由四環列二極管組成， 采用一個環為一路， 或者把整個光源分四相， 每相為一路。然而4 路可調光源只能實現四相區光源發光， 光源各個整環或四相區的每一環不能單獨發光， 且光的顏色單一。
針對以上缺點， 本文設計開發了一種32 路自動LED可調四色光源， 可實現對光線強度的數字式控制和顏色的組合控制， 滿足影像測量對光線強度和顏色（波長） 的各種需求。
2 光源系統總體設計
設計開發的光源用于影像測量儀的探照光源， 可提供控制盒手動控制調光、USB 通信控制調光等多種功能， 并對照明區域、照明強度和所需光的顏色進行控制調節。
3 光源控制系統硬件
光源采用AT89S52 單片機作為其控制器件， PDIUSBD12作為其USB 支持芯片， TLC5628 作為其控制部分的數模轉換器件。這些構成了該光源控制的核心部分， 集中在控制硬件的主控板上。光源控制采用12V 的直流外部電源供電。電壓輸入后分兩路， 一路經過整流、濾波、穩壓后直接輸出12V 的電壓作為光源、集成運放器和控制面板內某些元器件的正電位端； 另一路通過穩壓芯片， 經過再次整流、濾波得到一路5V 的電壓， 為控制面板和控制部分的其它電子器件提供工作電壓和控制電壓。
4 控制面板設計
控制面板使用按鍵方式控制， 通過RS232 接口轉換電平后與主控板的單片機連接， 發送控制信號給單片機。控制面板主要由穩壓芯片、控制按鍵、LED 指示燈、RS232轉換芯片、51 單片機燒寫芯片、89S52 單片機等組成?？刂瓢存I采用電平方式輸入信號給單片機， 按鍵為長開開關， 一直處于高電平狀態， 當按下一次按鍵時， 開關閉合， 按鍵轉向低電平狀態， 發送信號給單片機。LED 指示燈與各路光源控制按鍵一一對應， 各路光源控制按鍵只有在該路LED 指示燈亮的情況下才能控制。LED 指示燈的控制信號由單片機發出， 當連接單片機端與LED 電源輸入端有電壓差時， 單片機發送信號給指示燈， 控制其發光，此時該指示燈所對應的控制按鍵可控制?？刂瓢存I和指示燈的對應情況由單片機控制程序實現。
5 主控板設計
主控板是整個控制系統硬件的核心， 任何控制信號須經過主控板的zui終處理， 然后才能控制光源。主控板主要分為三大模塊： 數據處理模塊、DA （數模） 轉換模塊和集成運放模塊。主控板對輸入的控制信號進行處理、DA 轉換和運放， 控制光源發光。主控板電源輸入方式同控制面板相似， 12V 電壓分兩路輸入，其中一路直接供應12V 的電壓給集成運放器， 另一路經穩壓芯片濾波、穩壓后供應5V 的電壓給其它電子元件。
5．1 數據處理模塊
數據處理模塊主要由RS232 轉換芯片、89S52 單片機、USB 支持芯片、穩壓芯片和EEPROM 等組成， 進行控制信號的轉換和處理。數據處理模塊的RS232 轉換芯片與控制盒的RS232 轉換芯片對應， 將RS232 接口的12V 電平轉換為單片機的5V 電平。RS232 接口用于接收手動控制信號。外部計算機控制軟件的數據傳輸需要通過USB 接口，然后再由USB 轉換芯片傳送給單片機。此處采用PDIUSBD12的USB 支持芯片， 通常用于微控系統中與微控制器進行通信的設備， 有八個雙向數據位， 用于與微控制器進行數據通信。設計中八個數據位（D0—D7） 與單片機的P0—P7 口相連， 由軟件控制片選和讀寫。USB 接口用于接收控制軟件發出的自動控制信號， 由于USB 只有8 通道，因此32 路光源的控制需要分4 次傳輸。
5．2 DA 轉換模塊
DA 轉換的基本原理是把數字量的每一位代碼按權大小轉換成模擬分量， 然后根據疊加原理將各代碼對應的模擬輸出分量相加。主控板采用TLC5628 作為DA 轉換器件。TLC5628 是一個八位電壓輸出數模轉換器， 采用簡易三總線結構———CLK、LOAD 和DATA。CLK 是連續端口時鐘， 下降沿到來時將輸入的數字信號鎖存到輸入寄存器； LOAD 是連續端口下載控制， 下降沿到來時將連續端口寄存器的數字信號輸出到輸出寄存器， 并馬上轉換成模擬電壓送到器件的輸出端點； DATA 是連續數據信號輸入線， 包含12 位外部輸入的數字數據， 其中8 位為數據， 3位為通道控制信息———用于選擇輸出的通道， 一位為輸出流量控制。本設計中CLK 與單片機的P10—P14 相連，LOAD 與P21 相連， DATA 與P20 相連?？刂茣r序圖如圖3所示。時序中轉換和輸出由LDAC 控制， LDAC 相當于輸出
開關， 當LDAC 為低電平時輸入信號進到TLC5628， 開始進行DA 轉換并輸出。
5．3 集成運放模塊
光源控制信號通過DA 轉換后輸出模擬信號， 由于DA轉換本身性能的限制， 此時輸出的模擬信號極為微弱。為了能給執行部件輸入足夠強的控制模擬信號， 必須對經DA 轉換后的信號通過運算放大器進行放大處理。本設計中應用集成運放器作為信號轉換后的放大器件， 32 路上光源、下光源控制信號共需36 個集成運放器，分別與DA 轉換接口對應連接。需特別注意的是， 與控制部分其它的控制元器件不同， 集成運放器的輸入電源為12V。在整個光源控制系統中， 只有集成運放器和LED 所需電源為12V， 其它元器件的輸入電源都為5V， 這是由器件本身特性決定的。因此，整個系統的電源由220V 交流電整流、濾波成12V 直流電后， 一部分還需經過穩壓芯片的濾波、穩壓， 才能提供滿足各個器件正常工作所需要的電源。
6 光源本體設計
光源是整套系統的執行部件， 采用LED 組成的上光源和下光源組成， 主控板的控制指令經集成運放后傳輸給光源電路板， 控制LED 發光。上光源與下光源的LED 分布和排列相同， 根據測量需要， 對上光源實現32 路光源控制， 下光源只進行整體控制。上光源有四環， 從外到內分別為白、紅、綠、藍四色光， 白光和紅光各有48 個LED， 綠光和藍光各有24 個LED。每環平分為八個扇區， 共有32 個區， 即32 路?？刂破骺梢詥为氄{節32 個區域的亮度， 也可以同時調節整環、幾個環、整個扇區或幾個扇區等多路組合燈的亮度。下光源的LED 均為白光。下光源不分區域， 控制器只調節下光源整個光源的亮度， 不進行分區亮度控制。其LED 布置同上光源一樣。主控板處理控制信號后， 通過控制電流強度來調節所有光源的亮度， 電流越大， 光源就越亮。
7 結語
本文完成的光源設計在常規光源基礎上擴大了分區，加入了紅、綠、藍三基色光， 可以通過手持控制盒進行手動調節， 也可通過軟件進行自動調節。在實際測量中， 該方法能夠更加方便更有針對性的提供高強度多波段的光源， 給測量帶來方便， 并提高精度。