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LED多参数检测系统的设计与控制

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摘要： 在LED应用中，对其性能的一致性要求非常高，因此需要在LED生产现场对LED进行快速检测和分选。采用PC机和TMS320LF2407A控制对LED进行多参数检测和分选，简化系统的硬件结构，减小系统的体积，有效降低系统的成本，显著提高系统的处理能力。

关键词： LED分选； TMS320LF2407A；电机控制；带料爪

半导体照明具有的节能、寿命长、环保、安全、响应快、可靠性高、维护少、体积小、重量轻等一系列独特优点，被普遍认为是继白炽灯、荧光灯、高压放电灯之后的第四代照明光源。然而，现在LED照明的检测技术和产品标准远远不能适应我国LED照明的要求。目前LED检测所用的分光分色机大部分由国外引进，采用传统的PLC控制，体积庞杂，价格相当昂贵，大多数中小企业没有购买能力。本文介绍的采用PC机和TMS320LF2407A控制的LED多参数检测系统能够满足对LED光电多参数（波长、光强、正向电压等）的检测以及根据检测结果完成LED分级和分档的要求。

1 系统构成及工作原理

LED多参数检测分选系统由送料系统、检测系统、落料系统、带料爪、PC机等组成。系统组成原理框图如图1所示。在LED多参数检测分选系统中，进料工位、检测工位与落料工位依次呈90°布局，课题中设计的工作台在电机控制旋转过程中，利用带料爪依次完成对LED的取料、检测、分选。

1.1 带料爪及工作台

LED在带料爪上高精度的装夹与定位，对测试是否成功非常重要。带料爪由电磁铁、弹簧、夹具和外壳等组成。夹具上的导电沟槽与LED管脚在夹紧过程中接触，在检测工位与电极接通，点亮LED进行检测。同时带料爪均匀安装在圆盘工作台的四周，在电磁开关电路的控制下，完成张开和夹紧动作。

1.2 检测系统

检测系统主要包括线阵CCD、程控恒流源、定光栅摄谱仪等仪器，本课题中主要完成光功率、发散角及光谱参数的检测。当带料爪到达检测工位时，程控恒流源经过正负判向电路通过电极对带料爪导电沟槽供电，点亮LED进行检测。

1.3 分选机构

分选机构主要由三部分组成：(1)分选马道，用于运送LED到指定分选盒；(2)分选盒，存放已经分选的LED，此系统待分选为16类，其中0#分选盒是系统自用，用于异常结果处理(如测试不成功、分选出错等）；(3)输送管，用于输送LED导入相应分选马道。接收到来自PC对LED检测处理结果后，输送管在步进电机的控制下，转到相应的输送马道。

2 硬件控制原理与设计

2.1 系统总体控制原理

整个LED多参数检测系统采用上下位机模式，双核DSP控制。LED检测数据的采集、分析和处理以及操作命令的发出主要由PC机完成，工作台和落料系统以及其他动作控制分别由DSP单元完成，DSP与PC机之间采用串行通信模式。工作台在旋转过程中，带料爪进入进料工位后取料；经过检测工位检测，PC机将检测结果进行分析，将处理结果传输给落料系统，落料系统的输送管等待就位；带料爪进入落料工位，带料爪张开，LED掉入落料系统的输送管完成LED的分选。

落料系统的步进电机上装有光电编码器，只有当编码器反馈的位置信息与待对应分选号相对应时才确认正确，否则强行转到0#位置作异常结果处理并报警出错。同时每个分选马道上设有光电监测传感器，对各类已分选好的LED进行监测计数，通过液晶显示。

系统采用了两片TI 公司的DSP TMS320LF2407作为主控芯片，以构建一个高速、高稳定的电机控制系统。LED多参数检测系统是一个实时控制系统,要求控制器具有较高的处理能力和速度。TMS320LF2407芯片是一款16位定点数字信号处理器，具备高处理能力并支持对常见控制设备的访问，主要应用于运动控制、工业控制等领域。TMS320LF2407总线结构支持丰富的片内外设访问，两种类型总线接口用于片内外设。TMS320LF2407 控制器能直接与数据总线匹配, 可以得到全速CPU 处理能力，具有通常DSP的强大运算能力, 而且集成了ADC、CAN、SCI、SPI 等外围器件功能,对应用于控制系统（运动控制和电机控制）提供了强大的支持，同时功率驱动保护中断为系统操作提供安全保障。在控制中充分利用了事件管理器的定时器功能来控制电磁铁继电器开关电路，定时器比较功能产生PWM以完成电机的速度控制，捕获单元反馈电机的位置信息。

2.2 控制电路

系统中两片DSP芯片，其中一片DSP作为控制步进电机驱动检测工作台的核心控制单元，另一片主要控制落料系统和一些外围电路。外围控制电路包括：电源管理电路、专用复位电路、信号输出输入电路、存储器扩展电路、液晶显示电路、串行通信电路、电磁铁开关电路、报警电路、光电传感器监测电路等。

步进电机在转动运行时不够平稳，低速运行容易产生噪声，同时步进电机在运行过程中还需要升降速过程，否则会产生堵步、失步现象。检测工作台的平稳运行关系到LED测试的成功率。本课题对工作台的控制通过硬件上步距细分和软件上升减速变化来实现。图2为工作台的步进电机核心驱动电路。系统采用专用芯片TA8435来驱动步进电机，运行方式为1/8细分模式（M1、M2高电平）、顺时针方向旋转（CW/CCW高电平）、工作电流为1A。R8和C1组成复位电路，D1～D4为快恢复二极管，可用来泄放绕组电流。输入信号有时钟输入和使能控制，分别由DSP芯片的T1PWM/T1CPR、IOPB1引脚提供。输入级与驱动器之间通过光耦进行隔离，TLP521光电耦合器可以起到隔离两个系统地线的作用，使两个系统的电源相互独立，消除地电位不同产生的影响；另一方面，可以避免驱动器的高电压信号可能对DSP芯片的干扰。

3 软件构成

系统软件采用上下位机模式，上位机软件设计以虚拟仪器（LabVIEW）为开发环境，基于Windows操作系统的动态链接库技术进行测控程序的编制。上位机系统软件采用模块化设计，主要完成系统硬件的驱动、初始化和控制、数据采集、测试数据处理、数据显示等功能。下位机程序包括工作台控制的DSP程序和落料系统控制以及外围逻辑电路动作控制的DSP程序。下位机程序在CCS环境下用C语言编程，模块化设计，各模块主要采用中断方式调用。落料系统的电机控制采用串口通信控制，串口配置为8位，无奇偶校验，连续发送三个控制字节，第一个字节表示电机的正反转运行，后面两字节分别表示运行步数的高低位字节。落料系统的基本工作程序框图如图3所示。