具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明一方面提供了一种光源亮度的线性调节方法，包括以下步骤：

S10：确定目标斜率曲线c0，目标斜率曲线c0对应PWM对照频率；确定目标斜率曲线c0的目的在于，预先设定好一组用于对照的PWM频率参数，即为PWM对照频率。确定目标斜率曲线c0的过程具体包括：

S11：根据实际需求选定PWM频率的可调范围，并在可调范围内量化PWM频率的调节等级；在一个实施例中，一个大功率光源的PWM频率的可调范围为50KHz～150KHz，在50KHz～150KHz的可调范围内，量化PWM频率为三个等级，分别为50KHz、100KHz、150KHz，其中，量化等级越细，则线性度的调节结果越好。

S12：实测出PWM频率不同量化等级下的光源从0～100％的多条亮度曲线；即实测出步骤S11中PWM频率的三个量化等级50KHz、100KHz、150KHz下该光源从0～100％分别对应的三条亮度曲线，如图1所示。

S13：根据实测所得的多条亮度曲线确定目标斜率曲线c0及其对应的目标斜率k₀；具体地，根据步骤S12得出的这三条亮度曲线的起点与终点的各自交点确定目标斜率曲线c0，c0如图1中虚线所示，并得出其对应的目标斜率k₀以及PWM对照频率。

S20：根据目标斜率曲线c0和在不同占空比下实测的亮度曲线斜率k₁，调节PWM频率；其主要是根据不同占空比下实测的亮度曲线的斜率k₁与目标斜率k₀的大小关系对比来调节PWM频率。其中，PWM频率的调节量为A，则求取调节量A具体包括：

S201：建立反映PWM频率调节量A与PWM占空比之间关系的多项式回归方程Ⅰ，其中，不同等级的PWM频率值为PWM频率初始值；PWM占空比经设定后由参数输入端口输入，目标斜率k₀由步骤S13中根据多条实测的亮度曲线确定，而实测的亮度曲线主要受光源灯珠V_f特性和光源功率的影响。

S202：根据预设输入的PWM占空比代入多项式回归方程Ⅰ，求得PWM频率调节量A。

具体地，多项式回归方程Ⅰ的构建过程包括：

构建斜率差Δk₁与PWM占空比之间的一元四次方程：

Δk₁＝a₁+b₁x+c₁x²+d₁x³+e₁x⁴

其中，x为占空比，Δk₁为不同PWM频率条件下实测的亮度曲线斜率k1与目标斜率k0之间的差值，多项式回归统计系数a₁、b₁、c₁、d₁、e₁则通过最小二乘法求得；

进一步地，再将斜率差值Δk₁转化成PWM频率调节量A，PWM频率调节量A与斜率差值Δk₁之间的关系满足：

A＝q·Δk₁，

其中，q为其线性系数，通过步骤S12中的不同量化等级的PWM频率值与斜率差值Δk₁的实测数据，确定其对应曲线，进而确定线性系数q；

然后将Δk₁＝a₁+b₁x+c₁x²+d₁x³+e₁x⁴代入A＝q·Δk₁中即可求得不同占空比下的调节量A：

A＝q·(a₁+b₁x+c₁x²+d₁x³+e₁x⁴)。

进一步地，由图1中所示的不同PWM频率下的光源从0～100％的亮度曲线与目标斜率曲线c0可知，调节PWM频率包括：

若k1<k0，则增大PWM频率；

若k1>k0，则减小PWM频率。

由于PWM亮度控制方式对温度变化比较敏感，调频后的线性曲线的斜率会因为温度的上升而增大，最大亮度会提前进入饱和状态，如图2所示，此时如果继续增加亮度等级，只会增加大功率光源的发热量而不会增加其亮度。进一步地，可以根据温度负反馈，二次调节PWM频率以补偿步骤S20中PWM频率调节所导致的温度变化对线性曲线斜率的影响，其中，步骤S20中PWM频率调节量为A，二次调节PWM频率的调节量为B，对应地，步骤S30中的PWM频率调节量包括调节量A和二次调节量为B。即，通过温度负反馈的方式调整PWM频率，从而使曲线斜率保持在一个稳定的范围内，以补偿温度变化对步骤S20中PWM频率调节对亮度曲线斜率的影响。

其中，二次调节PWM频率包括：

若温度升高，则减小PWM频率；

若温度降低，则增大PWM频率。

具体地，二次调节PWM频率中确定二次调节量B的具体过程包括：

S21：设定温度变化范围，并在温度变化范围内量化温度等级；在一个实施例中，大功率光源在25℃～75℃的温度变化范围内，具体将温度量化为三个等级，分别为25℃、50℃、75℃。

S22：实测不同温度等级下各自对应的亮度曲线，并确定各自亮度曲线对应的曲线斜率k₂，其中，曲线斜率k₂由温度负反馈的值决定；其不同温度下对应的亮度饱和曲线如图2所示。

S23：建立反映PWM频率二次调节量B与温度T之间关系的多项式回归方程Ⅱ，根据多项式回归方程Ⅱ求得二次调节量B。

首先，通过实测所得的不同温度下的亮度曲线的斜率k₂与目标曲线斜率k₀的差值Δk₂与温度T之间的关系构建斜率差值Δk₂与温度T之间的线性关系：

Δk₂＝mT；

并通过实测数据代入以确定曲线，求得线性系数m；

其次，根据进一步构建的PWM频率调节等级与斜率差值Δk₂之间的方程的不同，可以分为粗调和精调等不同调节方式实现二次调节量B的求取；

具体地，粗调时，进一步根据PWM频率调节等级与斜率差值Δk₂对应的实测数据确定曲线斜率n，则，PWM频率调节量与斜率差值Δk₂的方程为：

B＝nΔk₂，

并将Δk₂＝mT代入，即可确定PWM调节量B与温度T之间的线性关系：B＝a₂T，其中a₂为m和n的乘积；

具体地，精调时，PWM频率调节等级和斜率差值Δk₂之间的方程与斜率差值Δk₂和温度T之间的方程Δk₂＝mT复合后，得到PWM频率调节量B与温度T之间符合S型曲线，S型曲线又称生长曲线：

logistic曲线公式为：B＝K/(1+ae^-bT)，其中K为PWM频率最大调节量，回归统计系数a、b则根据最小二乘法结合实测数据求得，进而确定PWM二次调节量B与温度T之间的关系，从而可根据温度负反馈求得其对应的PWM二次调节量B。

S30：创建PWM混合频率与PWM对照频率、PWM频率调节量之间的PWM混合频率方程，计算PWM混合频率，得到PWM输出信号，以调节光源亮度的线性度。设PWM混合频率方程为：W＝a₃x+b₃y+c₃z，其中，x为目标斜率曲线c0对应的PWM对照频率，PWM对照频率预存在目标斜率曲线模块中，y为PWM频率调节量A，经占空比/频率转换模块中求出，z为PWM频率二次调节量B，a₃、b₃、c₃为各自对应的加权系数，根据PWM混合频率方程进行加权求和计算得出PWM混合频率，由于目标斜率曲线的PWM对照频率可能因为电子元器件精度误差导致输出结果存在细微偏差，因此加入系数a₃，进行小范围的修正偏差；系数b₃和系数c₃是为了防止在实际应用过程中，PWM频率调节和温度反馈补偿调节可能存在的过调现象，从而限制PWM频率调节量的影响，避免调节过度。

如图3-4所示，图3为一实施例中，即温度负反馈占比为0时，通过PWM频率调节实现光源亮度线性度调节的方法步骤框图；图4为另一实施例中，通过PWM频率调节实现光源亮度的线性调节的方法步骤框图，在PWM频率调节方法修正大功率光源的亮度曲线，同时利用温度负反馈调节PWM频率来消除因初次调节PWM频率时因PWM频率的变化导致的温度影响。计算得出的PWM混合频率即PWM输出频率W，进一步地，PWM混合频率与PWM占空比调节输出值一起经PWM输出模块输出，得到PWM输出信号，PWM输出信号经大功率驱动模块传输到大功率光源。基于在单一PWM频率下利用数字PWM占空比调节光源亮度线性的基础上，引入控制PWM频率的方法修正大功率光源的亮度曲线斜率，不仅可以实现PWM占空比可调，同时可以实现PWM频率调节，在二者的共同作用下，调节到对应的目标值，使得实际输出的亮度值更趋于目标斜率曲线，从而实现全范围亮度的线性可调，图5为再一实施例中，通过PWM占空比调节结合PWM频率调节实现光源亮度的线性调节的方法步骤框图。

本发明另一方面还提供一种光源亮度的线性调节系统，如图6-7所示，该调节系统具体为一光源控制器，该光源控制器包括参数输入端口、PWM频率调节模块、PWM占空比调节模块、PWM输出模块、外部触发控制模块、内部输出控制模块、大功率驱动模块、大功率光源以及温度传感模块。

其中，参数输入端口的输出端分别与PWM频率调节模块的输入端、PWM占空比调节模块的输入端连接，PWM频率调节模块的输出端、PWM占空比调节模块的输出端均与PWM输出模块连接，PWM频率调节模块、PWM占空比调节模块、PWM输出模块以及内部输出控制模块一起组成单片机或集合成DSP芯片。外部触发控制模块的输出端和内部输出控制模块的输出端均与PWM输出模块连接，PWM输出模块的输出端与大功率驱动模块的输入端连接，大功率驱动模块的输出端与大功率光源连接，温度传感模块设置于大功率光源处且与PWM频率调节模块连接并进行负反馈。温度传感模块具体为温度传感器，由一个或多个接触式温度探头组成，具体与PWM频率调节模块中的温度/频率转换模块的输入端连接，为PWM频率控制模块提供温度负反馈。其中PWM占空比调节模块用于设置PWM的占空比，即光源点亮和熄灭的时间占比；PWM输出模块可根据PWM占空比和PWM频率参数输出对应的PWM输出信号；大功率驱动模块为主要由MOSFET场效应管组成的大功率输出驱动电路，用于驱动大功率电源；参数输入端口则使用常规的工业通讯接口进行参数传输控制，接口可以是串口、网口、485端口等；内部输出控制模块用于控制光源点亮或熄灭；外部触发控制模块允许大功率光源通过外部触发信号进行快速闪烁。

进一步地，PWM频率调节模块包括占空比/频率转换模块、目标斜率曲线模块、温度/频率转换模块、频率混合分析器，其中，占空比/频率转换模块的输出端、目标斜率曲线模块的输出端以及温度/频率转换模块的输出端分别与频率混合分析器的输入端连接，频率混合分析器的输出端与PWM输出模块连接。

本发明提供的数字PWM频率调节方式调节光源亮度的线性度有以下优势：

1)成本低：数字PWM控制的方式比恒流控制方式使用的电子元器件更少，硬件成本更低；

2)响应速度快：恒流控制的方式需要一段短暂延时才能建立稳定输出，使得输出相应滞后，而数字PWM控制的方式建立稳定输出的时间很短，输出相应速度比恒流控制的方式更快；

3)抗干扰性能好：一方面，PWM频率调节补偿为数字补偿方式，受电子元器件精密度影响不大；另一方面，调节PWM频率改变的是输出曲线的斜率，而温度变化影响也是改变输出曲线的斜率，利用PWM频率调节结合温度负反馈补偿可以设计形成闭环的负反馈，进一步提升抗干扰能力。

4)线性调节范围宽：恒流控制方式虽然有很宽的亮度线性调节范围，但不能从0％～100％输出全覆盖，而数字PWM控制方式通过温度负反馈补偿后能够实现线性输出全覆盖；

5)温度反馈可靠性高：温度传感技术比光传感技术更为成熟，可靠性更高，且温度传感技术的设计门槛比光传感技术的设计门槛低，更容易实现。

综上所述，本发明提供了一种成本低、相应速度快、抗干扰性能好的光源亮度的线性调节方法，通过调节PWM频率来调节光源亮度的线性度；进一步地，通过PWM频率调节+温度负反馈二次调节PWM频率的方法得到线性调节范围宽、温度反馈可靠性高、抗干扰性能更好的调节方法；本发明还提供了一种成本低、相应速度快、线性调节范围宽、温度反馈可靠性高、抗干扰性能好的光源亮度的线性调节系统。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不驱使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。