基于STM32单片机的光源控制装置设计

袁晨，程凯

（中国海洋大学光学光电子重点实验室，山东青岛，266100）

0 引言

就目前的情况来说，现在市场上对于光源控制器的控制输出方式主要有两种，第一种就是恒压源控制输出，另一种就是恒流源控制输出，这两种方式在对光源控制器的控制输出上是起着极其重要的作用的。但是通过对恒压源控制输出进行分析我们发现，在这种控制输出当中，其拥有的光照并不是特别的稳定，而且调光进度等也存在较大的缺陷，另外，在该种控制输出里面，它拥有的使用范围是比较有限的，一般情况下只能在一些功率较小的光源上进行使用。但是与恒压源控制输出不同的是，恒流源控制输出在很大程度上克服了这些缺点，但即便如此，在负载使用功率范围上，恒流源控制输出也存在范围小等缺点。本篇论文在进行有关研究的时候，主要是站在恒流源以及恒压源控制输出原理的深入研究基础上完成有关的分析探讨的，并且在这个基础上将两种控制输出进行有效的结合，控制核心主要是以STM32单片机为主，之后通过A/D端口进行采样，同时将采样得出的反馈传递给单片机，这样对于光源的输出功率、电流大小等控制就能顺利的得到实现。总的来说，这样的设计对于光源稳定性的提升是十分有利的，而且还对负载的使用功率范围进行了有效的拓宽。

1 系统总体设计

在这个控制装置中，其主要的控制原理包括以下内容，即：为了得到一个较为稳定的控制电压，有关人员必须给予基准电压芯片一个单片机，这样一来，在基准电压中，它就可以确保单片机当中的A/D端口输出为一个比较稳定的控制电压，之后，还要在基准电压的输入值中应用恒流源。一般来说，单片机中的IO口控制是可以对恒压源芯片的开启管脚进行有关的调控的，从而实现对外输出通断的控制目的。另外，在单片机里，其拥有的IO口控制数字电位器主要的作用就是对电阻的大小进行适当的调节，以此来完成恒压源输出电压的控制。要想将恒流源输出的电流值进行转化，使其成为电压值，那么就需要对电阻采样，随后通过A/D端口的反馈，来让单片机做出有关的判断。在进行通信的过程中，单片机主要就是利用串口和上位机来完成相关的通信操作的，当上位机的上电启动以后，其就可以利用初始化的光源控制程序来给单片机发送指令，当然，这些指令都是不同的，从另一个方面来

2 主要硬件设计

2.1 控制模块选择

在本篇论文中的光源控制装置的设计，控制中心就是单片机，其次，单片机还可以对有关的指令进行发送，并且将反馈回来的数据进行合理的处理。另外，在选择微控制器的时候，本文中选择的主要是低功耗的STM32系列的微控制器，正常情况下，这种微控制器的功耗是在36mA左右，在现有的32位市场中，该微控制器的功耗是最低的。除此之外，这种微控制器本身是自带两个12位的A/D转换器的，在这样的情况下，它就可以节省更多的成本，同时将工作量降到最低。

2.2 恒流源电路设计

一般来说，光源的质量和光源的控制方式是有着密不可分的关联的，要想对光源的质量进行确保，首先需要做到的一点就是采取正确的方式对光源进行控制，只有采用合理的光源控制方式，那么图像的质量才能在很大程度上得到提升。其次，良好的控制方式不仅可以对系统的分辨率进行改善，同时还可以对软件的运算进行一定的简化，这样一来，光源的稳定性以及系统的工作效率就能得到更好的提升。但是在使用机器视觉技术进行有关的检测工作时，对于LED光源的瞬间稳定性，其要求是非常高的，所以在进行电路设计的过程中，不光对恒压源进行了相关的设计，还对恒流源的驱动进行了适当的补偿，这样的话，电压波动造成的电流变化就能降到最低，从而确保LED光源瞬间的稳定性。

2.3 串口通信电路设计

正常来说，RS232串口标准就是PC机当中最常采用的一种，但是这种串口标准和单片机的电平并不能兼容，要想完成这两者之间的通信，那就需要对电平进行合理的转换。本文在对串口通信电路设计进行有关分析的时候，主要是以芯片作为主要的基础内容。

图1 串口通信电路图

在图1当中，端口连接的接受主要是由TIOUT等完成的，而R1IN和PC机主要的工作内容就是将数据发送到端口，使其进行连接。

3 光源控制装置软件设计

3.1 电流调节程序设计

对于电流调节程序而言，其主要的目的就是为了对恒流源的输出电流进行适当的调节，而恒流源输出电流的大小是与输入的基准电压有着密不可分的联系的，通常情况下，只有对单片机中的D/A进行转换，那么才可以得到这种基准电压。由此我们可以看出，对电流进行调节是控制单片机D/A端模拟电压值的重要方法，只有对电流进行科学合理的调节，电流值才能在很大程度上得到控制。在单片机上电以后，首先需要做到的一点就是对串口等寄存器进行初始化操作，当这一步操作完成之后，还要对循环比较值进行设定，使其设置成为采集值，一直到输出电流和设定电流保持一致即可。

3.2 单片机控制主程序

在单片机控制主程序中，其主要的目的就是为了对恒流源的控制得到实现，这样可以很好的对恒流源的电流实际值进行确保，等到恒流源的电流实际值和设定值的情况基本相同了以后，我们就可以对光源频闪等情况进行有效的控制。在这个系统当中，最开始检测的内容就是恒流源的实际电流输出值，简单来说就是对A/D进行转化，在这之后，利用A/D采集到的数据来与设定值进行有关的分析比较，这样一来，自动调节就可以顺利的实现。但要是在进行实际检测的时候，检测到的电流值是和设定值一样的，那么单片机就会对恒流源的闭环控制进行有关的执行。

4 结束语

在本论文中，详细的对一种光源控制装置进行了介绍，并且在这个基础上对恒流源以及恒压源的控制输出原理进行了有效的结合，之后，本文中还采用了STM32单片机作为控制的核心内容，这在很大程度上提高了光源的稳定性，除此之外，电源的利用率也因此得到了提升。由此我们可以看出，这样不仅对不必要的发热量进行了降低，也在一定程度上对输出功率进行了拓宽，在这样的情况下，使用范围得到了有效的扩大，其具有的使用价值就变得很高。

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