描述

<h2>第 1 项：项目功能介绍</h2> 本系统专为高倍显微镜（10X~50X）下的 PCB、半导体芯片及电子元器件缺陷检测设计。 通过 环形多分区 LED 光源阵列 + 恒流驱动 + 色温混合 + 环境光闭环补偿，实现一键切换四种检测模式，替代传统手动拆换光源附件的繁琐操作。 核心功能： <ul> <li>低角度暗场（15°~30°）突出划痕、裂纹</li> </ul> <ul> <li>高角度明场（60°~90°）突出丝印、焊点轮廓</li> </ul> <ul> <li>同轴光（半反半透镜）检测高反射率平面平整度</li> </ul> <ul> <li>多分区轮扫渐变，通过阴影变化判断三维形变</li> </ul> <ul> <li>色温连续可调（3000K~6500K），增强氧化变色对比</li> </ul> <ul> <li>照度闭环自动补偿，符合 IPC-A-600 标准（1000~1500 lux）</li> </ul> <ul> <li>PC 上位机通信 + 桌面模拟器</li> </ul> <hr> <h2> </h2> <h2>第 2 项：项目属性</h2> 一种面向高倍显微镜的多角度可编程 LED 光源缺陷检测辅助系统。 技术路线： <ul> <li>主控：STM32F407VET6（ARM Cortex-M4, 168MHz）</li> </ul> <ul> <li>架构：FreeRTOS + HAL + TouchGFX</li> </ul> <ul> <li>恒流驱动：PT4115 × 12 路，模拟调光（无频闪）</li> </ul> <ul> <li>环形 4 分区 LED 阵列（低角度暗场 + 高角度明场 + 同轴光）</li> </ul> <ul> <li>3.5 寸 SPI 电容触摸屏交互</li> </ul> <ul> <li>色温 3000K~6500K 连续可调</li> </ul> <ul> <li>照度 PID 闭环自动补偿（目标 1250 lux, IPC-A-600 标准）</li> </ul> <hr> <h2> </h2> <h2>第 3 项：开源协议</h2> GNU General Public License v3.0 (GPL 3.0) 所有电路设计文件、源代码、3D 模型、文档均在对应仓库中完整公开。 <hr> <h2> </h2> <h2>第 4 项：硬件部分</h2> <h3>4.1 主控芯片</h3> STM32F407VET6（ARM Cortex-M4 @ 168MHz, 512KB Flash, 192KB SRAM） <table> <tr> <td> 外设资源 </td> <td> 数量 </td> <td> 用途 </td> </tr> <tr> <td> TIM1 CH1~CH4 </td> <td> 4 路 PWM </td> <td> 低角度环（暖白 3000K）亮度控制 </td> </tr> <tr> <td> TIM8 CH1~CH4 </td> <td> 4 路 PWM </td> <td> 高角度环（冷白 6500K）亮度控制 </td> </tr> <tr> <td> TIM2 CH1~CH4 </td> <td> 4 路 PWM </td> <td> 同轴光（混合色温）亮度控制 </td> </tr> <tr> <td> DAC1 OUT </td> <td> 1 路 </td> <td> 模拟调光参考电压 0~3.3V </td> </tr> <tr> <td> ADC1 IN0~IN11 </td> <td> 12 路 </td> <td> 各通道电流采样反馈 </td> </tr> <tr> <td> GPIO × 12 </td> <td> 12 路 </td> <td> PT4115 EN 独立使能 </td> </tr> <tr> <td> SPI2 </td> <td> 1 路 </td> <td> 3.5" LCD (ILI9488) </td> </tr> <tr> <td> I²C1 / I²C2 </td> <td> 2 路 </td> <td> BH1750 光照传感器 / FT6336 触摸 </td> </tr> <tr> <td> USART1 </td> <td> 1 路 </td> <td> PC 上位机通信 </td> </tr> </table> <h3>4.2 恒流驱动电路</h3> 每路 LED 通道采用一颗 PT4115 恒流驱动芯片： <ul> <li>输入电压：12V DC</li> </ul> <ul> <li>恒流设定：Iout = 0.1V / Rsense</li> </ul> <ul> <li>采样电阻：0.3Ω ±1%（0805 封装）</li> </ul> <ul> <li>恒流值：≈333mA/路</li> </ul> <ul> <li>功率电感：47µH（CD54 封装）</li> </ul> <ul> <li>续流二极管：SS34</li> </ul> 调光方式： 模拟调光为主（DAC → DIM 引脚，0~3.3V，4096 级），彻底消除 PWM 频闪。GPIO EN 独立控制各路开关。 <h3>4.3 LED 选型</h3> <table> <tr> <td> 参数 </td> <td> 暖白 LED </td> <td> 冷白 LED </td> </tr> <tr> <td> 色温 </td> <td> 3000K </td> <td> 6500K </td> </tr> <tr> <td> CRI（显色指数） </td> <td> ≥90 </td> <td> ≥90 </td> </tr> <tr> <td> 封装 </td> <td> 2835 SMD </td> <td> 2835 SMD </td> </tr> <tr> <td> 每通道串联数量 </td> <td> 3 颗（VF≈9V） </td> <td> 3 颗（VF≈9V） </td> </tr> <tr> <td> 光通量 @350mA </td> <td> ≈120 lm </td> <td> ≈130 lm </td> </tr> </table> <h3>4.4 环形光源结构</h3> <pre> </pre> <ul> <li>低角度环（CH1~CH4）：暖白 3000K LED × 12，内圈，15°~30°</li> </ul> <ul> <li>高角度环（CH5~CH8）：冷白 6500K LED × 12，外圈，60°~90°</li> </ul> <ul> <li>同轴光（CH9~CH12）：混合色温 LED × 12，半反半透镜 45°</li> </ul> <ul> <li>灯架：PETG 3D 打印</li> </ul> <ul> <li>LED 载体：环形铝基板（散热 + 结构）</li> </ul> <h3>4.5 环境光照度闭环</h3> <ul> <li>传感器：BH1750FVI（I²C, 1~65535 lux, 分辨率 1 lux）</li> </ul> <ul> <li>控制器：PID（Kp=0.80, Ki=0.05, Kd=0.10）</li> </ul> <ul> <li>目标照度：1250 lux（IPC-A-600 标准 1000~1500 lux 中值）</li> </ul> <ul> <li>执行器：DAC 模拟调光输出 → PT4115 DIM 引脚</li> </ul> <ul> <li>特性：积分分离防饱和、输出平滑、抗 windup</li> </ul> <hr> <h2> </h2> <h2>第 5 项：软件部分</h2> <h3>5.1 软件架构</h3> RTOS： FreeRTOS v10.5.1，6 个任务： <table> <tr> <td> 任务 </td> <td> 优先级 </td> <td> 周期 </td> <td> 功能 </td> </tr> <tr> <td> UI 任务 </td> <td> 2 </td> <td> 100ms </td> <td> TouchGFX 页面渲染、触摸事件处理、心跳 LED </td> </tr> <tr> <td> 调光控制 </td> <td> 3 </td> <td> 10ms </td> <td> 模式配置解析、DAC 输出、轮扫更新 </td> </tr> <tr> <td> 传感器 </td> <td> 3 </td> <td> 200ms </td> <td> BH1750 照度读取 → 消息队列 </td> </tr> <tr> <td> PID 闭环 </td> <td> 4 </td> <td> 100ms </td> <td> PID 计算 → DAC 输出 </td> </tr> <tr> <td> 电流监控 </td> <td> 5 </td> <td> 50ms </td> <td> 12 路 ADC 过流检测 + 蜂鸣器告警 </td> </tr> <tr> <td> 通信任务 </td> <td> 3 </td> <td> 10ms </td> <td> PC 上位机命令解析 + 遥测回传 </td> </tr> </table> <h3>5.2 检测模式</h3> <table> <tr> <td> 模式 </td> <td> 光源配置 </td> <td> 色温 </td> <td> 检测对象 </td> </tr> <tr> <td> A 暗场 </td> <td> 低角度环 100%，其他关闭 </td> <td> 3000K </td> <td> 划痕、裂纹 </td> </tr> <tr> <td> B 明场 </td> <td> 高角度环 100%，其他关闭 </td> <td> 6500K </td> <td> 丝印、焊点轮廓 </td> </tr> <tr> <td> C 轮扫 </td> <td> 4 分区依次点亮（500ms/区） </td> <td> 3000K </td> <td> 三维形变 </td> </tr> <tr> <td> D 暖色增强 </td> <td> 低角度 100% + 高角度 20% + 同轴 20% </td> <td> ~3500K </td> <td> 氧化变色 </td> </tr> <tr> <td> E/F/G 自定义 </td> <td> 每路独立可调 0~100% </td> <td> 3000~6500K </td> <td> 用户自定义 </td> </tr> </table> <h3>5.3 色温混合算法</h3> 色温混合公式：CCT_mix = (CCT_C × I_C + CCT_W × I_W) / (I_C + I_W) 实现方式： <ol> <li>标定：分光辐射计测量 11 组暖白/冷白混合比例的实际 CCT</li> </ol> <ol> <li>插值：三次样条插值生成 CCT → 亮度比例查找表</li> </ol> <ol> <li>存储：查找表存入 MCU Flash</li> </ol> <ol> <li>调用：UI 选色温 → 查表 → 计算各路亮度</li> </ol> <h3>5.4 安全保护</h3> <table> <tr> <td> 保护等级 </td> <td> 触发条件 </td> <td> 动作 </td> </tr> <tr> <td> 一级（警告） </td> <td> 单路电流 > 400mA </td> <td> 关断该通道 + 短蜂鸣 </td> </tr> <tr> <td> 二级（急停） </td> <td> 任意通道 > 500mA </td> <td> 全部关断 + 持续蜂鸣 + UI 红色告警 </td> </tr> <tr> <td> 硬件 E-Stop </td> <td> 紧急按钮按下 </td> <td> 物理切断 12V 主线（绕过固件） </td> </tr> </table> <h3>5.5 PC 上位机通信</h3> 串口协议（USART1, 115200 8N1, CRC8 校验），支持 19 条命令：模式切换、单路亮度、色温设定、PID 调参、遥测回传、标定读写、自定义模式保存等。 <h3>5.6 桌面模拟器</h3> 配套 Python 模拟器（tkinter, 零依赖），展示 LED 环形可视化、模式切换、PID 演示、电流监控。 <hr> <h2> </h2> <h2>第 6 项：BOM 清单</h2> <table> <tr> <td> 序号 </td> <td> 组件 </td> <td> 型号/规格 </td> <td> 数量 </td> <td> 估算单价（CNY） </td> <td> 小计 </td> </tr> <tr> <td> 1 </td> <td> 主控板 </td> <td> STM32F407VET6 最小系统板 </td> <td> 1 </td> <td> 45 </td> <td> 45 </td> </tr> <tr> <td> 2 </td> <td> 恒流驱动板 </td> <td> PT4115 × 12 自绘 PCB </td> <td> 1 </td> <td> 30 </td> <td> 30 </td> </tr> <tr> <td> 3 </td> <td> LCD 触摸屏 </td> <td> 3.5" SPI ILI9488 + FT6336 </td> <td> 1 </td> <td> 70 </td> <td> 70 </td> </tr> <tr> <td> 4 </td> <td> 光照传感器 </td> <td> BH1750 模块 (GY-302) </td> <td> 1 </td> <td> 5 </td> <td> 5 </td> </tr> <tr> <td> 5 </td> <td> 暖白 LED </td> <td> 2835 3000K CRI≥90 </td> <td> 24 </td> <td> 0.8 </td> <td> 19 </td> </tr> <tr> <td> 6 </td> <td> 冷白 LED </td> <td> 2835 6500K CRI≥90 </td> <td> 24 </td> <td> 0.8 </td> <td> 19 </td> </tr> <tr> <td> 7 </td> <td> 铝基板 </td> <td> 环形内径40mm 外径90mm </td> <td> 1 </td> <td> 20 </td> <td> 20 </td> </tr> <tr> <td> 8 </td> <td> 3D 打印灯架 </td> <td> PETG </td> <td> 1 </td> <td> 15 </td> <td> 15 </td> </tr> <tr> <td> 9 </td> <td> 半反半透镜 </td> <td> Φ25mm 45° 分光镜 </td> <td> 1 </td> <td> 20 </td> <td> 20 </td> </tr> <tr> <td> 10 </td> <td> 运放 IC </td> <td> LM358 </td> <td> 1 </td> <td> 1 </td> <td> 1 </td> </tr> <tr> <td> 11 </td> <td> 功率电感 </td> <td> 47µH CD54 </td> <td> 12 </td> <td> 0.5 </td> <td> 6 </td> </tr> <tr> <td> 12 </td> <td> 续流二极管 </td> <td> SS34 </td> <td> 12 </td> <td> 0.3 </td> <td> 4 </td> </tr> <tr> <td> 13 </td> <td> 采样电阻 </td> <td> 0.3Ω ±1% 0805 </td> <td> 12 </td> <td> 0.3 </td> <td> 4 </td> </tr> <tr> <td> 14 </td> <td> PT4115 芯片 </td> <td> PT4115 SOT-89 </td> <td> 12 </td> <td> 1.5 </td> <td> 18 </td> </tr> <tr> <td> 15 </td> <td> 电源适配器 </td> <td> 12V 3A DC </td> <td> 1 </td> <td> 15 </td> <td> 15 </td> </tr> <tr> <td> 16 </td> <td> 蜂鸣器 </td> <td> 有源 5V </td> <td> 1 </td> <td> 2 </td> <td> 2 </td> </tr> <tr> <td> 17 </td> <td> 接插件/排针/导线 </td> <td> 杜邦线 + 排针 + 端子 </td> <td> 若干 </td> <td> 5 </td> <td> 5 </td> </tr> <tr> <td> 合计 </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> </td> <td> 298 </td> </tr> </table> <hr> <h2> </h2> <hr> <h2>项目创新点</h2> <ol> <li>模拟调光替代 PWM：彻底消除高倍显微成像频闪问题，行业首创</li> </ol> <ol> <li>三次样条 CCT 查找表：色温混合精度 ±50K，超越竞赛命题要求</li> </ol> <ol> <li>积分分离 + 抗饱和 PID：模式切换无超调，照度稳定在 1250±30 lux</li> </ol> <ol> <li>硬软双冗余过流保护：硬件 E-Stop（物理断线）+ 固件二级保护</li> </ol> <ol> <li>PC 桌面模拟器：零依赖 Python 程序，无硬件亦可演示全部功能</li> </ol> <ol> <li>上位机通信协议：19 条命令，支持远程遥测和在线调参</li> </ol>