基于PWM的LED机器视觉光源技术的研究

摘要

LED具有环保、寿命长、低功耗等特性，近年来在机器视觉领域快速地应用和发展，LED驱动电路的研究和设计也成为关注的焦点。本课题设计主要应用于神光III原型装置靶场光电及控制系统中，监测仪和传感器的CCD用作在线观测靶场、摄取图像并进行图像处理，现场光线强弱对图像的分析和处理具有十分重要的作用，为此实验设计了绿光（波长在525nm左右）LED照明光源系统，通过调节照明系统光强可以灵活改变图像的亮度和对比度。
　　本课题根据靶场内监测仪和传感器的光学系统照明需求，制定了光源的设计指标，如工作距范围、照明区域和LED的倾斜角度等参数，提出了碗型圆周阵列排布的光源设计方案，利用MatLab软件进行图像处理和理论计算，借助TracePro光学软件分析光源照度分布特点，设计电路并搭建光路，并对光源设计进行合理性验证。同时通过研究脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation,PWM）技术的实现原理，由此设计基于脉冲宽度调制的LED电源驱动器，编写Verilog语言并运用Modelsim和ISE软件进行程序的仿真和综合，实现光源的手动调节方式；规定PC机与单片机的通信协议，PC机通过RS-232总线与单片机实现异步全双工的数据收发模式，利用现场可编程逻辑器件（Field Programmable Logic Array,FPGA）实现程控方式自动调节照明光源的光强。通过上述方法改善神光III原型装置靶场光电及控制系统中监测仪和传感器的CCD光照环境，提高图像品质，为图像处理后数据的可靠性和准确性提供良好的保障。

目录

基于PWM 的LED 机器视觉光源技术的研究

RESEARCH ON MACHINE VISION OFLED LIGHT SOURCE TECHNOLOGYBASED ON PULSE WIDTHMODULATION

摘要

Abstract

第1 章 绪论

1.1 课题研究的目的和意义

1.2 LED 照明光源国内外发展现状

1.3 LED 光源驱动技术的研究现状

1.4 课题主要研究内容

第2 章 照明系统的整体方案设计

2.1 照明系统的结构设计

2.2 照明光源设计方案

2.3 PWM 调光系统方案

2.4 本章小结

第3 章 LED 照明系统的设计研究

3.1 LED 的选择

3.2 LED 结构及特性

3.3 监测仪照明光源的建模设计

3.4 传感器照明光源设计

3.5 本章小结

第4 章 光源驱动及控制系统的设计

4.1 功能介绍

4.2 光源驱动器设计

4.3 光源控制器设计

4.4 本章小结

第5 章 系统的分析及优化

5.1 电路信号测试结果

5.2 照明光源的验证

5.3 照明光源的误差分析

5.4 光源驱动控制器的优化

5.5 本章小结

结论

参考文献

附录1

附录2

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致谢