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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:黃仁傑
研究生(外文):Ren-Jie Huang
論文名稱:智慧型LED光源控制系統設計與應用
論文名稱(外文):Design and Application of Intelligent LED Control System
指導教授:毛偉龍毛偉龍引用關係
指導教授(外文):MAO, WEI-LUNG
口試委員:洪崇文徐榮祥
口試委員(外文):HUNG, CHUNG-WENHSU, JUNG-HSIANG
口試日期:2017-07-12
學位類別:碩士
校院名稱:國立雲林科技大學
系所名稱:電機工程系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2017
畢業學年度:105
語文別:中文
論文頁數:87
中文關鍵詞:電腦端視窗控制介面Arduino微控制器自動光學檢測LED驅動電路RS-485介面
外文關鍵詞:Window-based interfaceArduinoMicro-controllerAutomated optical inspection (AOI)LED circuitRS-485 interface
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隨著氣候異常以及地球暖化日益嚴重,力行節能減碳以降低對環境污染為全球要執行的目標。隨著LED不斷研發、進步、改善,LED應用範圍越趨廣泛。自動光學檢測(Automated Optical Inspection; AOI)在工業製程中是常見的瑕疵檢測技術。在此利用LED當作自動光學檢測之光源。
針對自動光學檢測之光源應用,開發整合型LED自動光學檢測光源控制系統。本研究開發系統模組包含(1)微控制器, (2)1安培LED驅動電路, (3)1.5安培LED驅動電路, (4)電腦端視窗控制介面。首先利用Arduino MEGA2560為發展平台設計微控制器。於個人電腦端建立遠端控制介面,了解LED光源使用狀況進行即時監控。透過RS-485作為通訊介面設計串列通訊傳輸格式進行資料傳輸,利用其一對多的特性同時控制不同光源。使用Texas Instruments的LM3405A晶片設計1安培驅動電路,以及Allegro Microsystems的A6213設計1.5安培驅動電路。微控制器給予PWM訊號即時進行LED亮度控制。經由實驗,電腦端同時控制5個微控制器,調控6種不同燈具亮度。直接對微控制器之暫存器下指令控制I/O 腳位及PWM,使外部腳位至PWM輸出之控制時間可以在0.1毫秒完成。
此研究建立整合型自動光學檢測光源控制系統架構,可完整應用於自動光學檢測環境下,不僅加快檢測之效率,並提升綠能環保之功效。

Climate anomalies and global warming are becoming more and more serious. Energy saving and carbon reducing are the goal of decreasing environmental pollution in the world. The light emitting diode (LED) keeps on researching, developing and improving. The applications of LED have become increasingly widespread. Automated optical inspection (AOI) is a common flaw detection technology in industrial processes, where the LED is used as a light source of automatic optical detection. The developed LED can be applied in AOI application. This research can be divided into four parts: (1) micro-controllers, (2) 1A LED circuit, (3) 1.5A LED circuit, and (4) window-based interface. This research uses Arduino MEGA2560 as the development platform designs micro-controllers. We can get the LED status by real-time monitoring through the remote control interface on the personal computer. We design the serial communication transmission format for data transmission by the communication interface (RS-485). This research uses its one-to-multiple characteristics controls different light sources at the same time. The Texas Instruments LM3405A chip is used to design 1A circuit, and Allegro Microsystems A6213 chip for 1.5A circuit. The computer controls five microcontrollers and six different brightness of light source at the same time by the experiment. I/O ports and PWM commands are given to the microcontroller's register so that the control time can be completed at 0.1ms. This study establishes integrated automatic optical detection light source control system architecture. It can not only speed up the detection efficiency, but also enhance the effectiveness of green energy.
目錄

摘要 i
Abstract ii
誌謝 iii
目錄 iv
表目錄 vi
圖目錄 vii
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的 2
1.3 文獻回顧 3
1.4 論文內容架構 4
第二章 系統架構 6
2.1 系統整體架構 6
2.2 Arduino微控制器 8
2.2.1 ATmega16U2晶片 8
2.2.2 ATmega2560晶片 9
2.2.3 FT232晶片 13
2.3 脈波寬度調變介面設計 17
2.4 LED驅動及原理 18
2.4.1 HV9919B驅動晶片 21
2.4.2 LM3405A驅動晶片 26
2.4.3 A6213驅動晶片 28
第三章 系統通訊介面 32
3.1 UART通訊介面 32
3.2 RS-485通訊介面 34
3.2.1 USB to RS-485轉接模組 36
3.2.2 RS-485模組 37
3.2.3 MAX485晶片 37
3.2.4 CH340晶片 40
第四章 電腦監控系統 43
4.1 個人電腦操作介面 43
4.2 系統架構及程式流程圖 43
4.3 資料傳輸格式 45
4.4 系統功能介紹 46
4.4.1登入系統 47
4.4.2即時監測系統 48
第五章 系統整合與實驗結果 51
5.1 系統整合 51
5.2 硬體電路 55
5.3 實驗結果 63
5.4 Bootloader燒錄 69
5.5 外部I/O控制 72
5.6 電腦監測介面 80
第六章 結論與未來展望 84
6.1 結論 84
6.2 未來展望 85
參考文獻 86
參考文獻
[1]黃建豪,“高亮度LED之驅動電路研製”, 國立成功大學電機工程系電力電子產業研發碩士專班, 碩士論文, 民98。
[2]張凱瑋,“基於PWM的LED線性調光電路”, 亞洲大學光電與通訊研究所, 碩士論文, 民101。
[3]高望佾,“LED驅動器研製”, 昆山科技大學電子工程系研究所, 碩士論文, 民99。
[4]凃宏錫,“應用於高功率LED驅動電路之降壓式轉換器設計”, 國立高雄應用科技大學電子工程系研究所, 碩士論文, 民100。
[5]曾偉菁,“發光二極體發光特性與其驅動電路之研究”, 國立成功大學電機工程系研究所, 碩士論文, 民95。
[6]王泰來,“以嵌入式微控制器發展高亮度LED顯示系統”, 國立中正大學電機工程系研究所, 碩士論文, 民93。
[7]范暐浩,“ 利用無線感測網路和監控技術在多功能集合式電表之整合設計”, 國立雲林科技大學電機工程系研究所, 碩士論文, 民104。
[8]黃衍晨,“ 具主動功因調節之LED驅動器研製”, 國立中央大學電機工程學系研究所, 碩士論文, 民102。
[9]何子儀,“ LED驅動器之設計與製作”, 逢甲大學資訊電機工程碩士在職專班, 碩士論文, 民103。
[10]楊喬安,“ 改良型矽控驅動電路”, 國立高雄應用科技大學電機工程系碩士班, 碩士論文, 民104。
[11]林雨宏,“ 應用低頻脈波寬度調變控制法之單級LED調光驅動器”, 義守大學電機工程學系碩士班, 碩士論文, 民102。
[12]鄒文正, LED驅動電路, 網頁資料:http://my.stust.edu.tw/sys/read_attach.php?id=269252
[13]淺談LED線性驅動和開關型驅動, 網頁資料:
http://www.ledinside.com.tw/knowledge/20110727-16221.html
[14]張彥文,“綠能, 未來40年主宰人類歷史的產業”, 工研院電子報第9910期, 2010。
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[19]Microchip Technology Inc., “HV9919B-Hysteretic, Buck, High Brightness LED Driver with High-Side Current Sensing-Data Sheet”, 2011.
[20]Texas Instruments, “LM3405AEVAL eMSOP Evaluation Board-Data Sheet”, 2009.
[21]Texas Instruments, “LM3405A 1.6MHz, 1A Constant Current Buck LED Driver with Internal Compensation in Tiny SOT and VSSOP PowerPAD Packages-Data Sheet”, 2007.
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[23]Arduino官方網站資料:https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardMega2560
[24]Maxim Integrated, “MAX485-Low-Power, Slew-Rate-Limited RS-485/RS-422 Transceiver-Data Sheet”, 2007.
[25]Advantech, “ADAM-4541 ADAM-4542+ ADAM-4561/4562-Data Sheet”, 2015.
[26]RS-232、RS-485和RS-422介紹與比較, 網頁資料:
https://read01.com/o23A4Q.html
[27]Arduino Timers, Registers, and Fast PWM Mode, 網頁資料:
http://cabinet79.blogspot.tw/2015/03/atmega328-arduino-uno-timers-registers.html
[28]黃新賢、劉建源、林宜賢、黃志峰,“微電腦原理與應用-Arduino”,全華圖書股份有限公司。
[29]李春雄,“Visual C# 2010入門與應用”,上奇資訊股份有限公司,2011。
[30]呂高旭、周殷德,“Visual C# 精要頗析”, 松崗圖書, 2010。

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