LED燈具在線老化自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)*

蔡俊濤 張沛強(qiáng)翁紀(jì)釗

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LED燈具在線老化自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)*

蔡俊濤1,2張沛強(qiáng)1翁紀(jì)釗1

（1.廣州市光機(jī)電技術(shù)研究院2.中山大學(xué)數(shù)學(xué)與計(jì)算科學(xué)學(xué)院）

為滿足LED燈具老化檢驗(yàn)的需求，設(shè)計(jì)一種自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，采用光參數(shù)采集設(shè)備和電參數(shù)采集設(shè)備，通過計(jì)算機(jī)控制光欄筒和光學(xué)傳感器的移動(dòng)，以及普通電源與帶采集模塊的電源之間的切換，定時(shí)獲取各個(gè)燈具的光參數(shù)和電參數(shù)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守的多燈在線老化測(cè)試功能。

LED燈具；在線老化；自動(dòng)測(cè)試；光欄筒

0　引言

LED產(chǎn)品的光衰和使用壽命制約著LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在芯片質(zhì)量和封裝技術(shù)等因素影響下，其壽命很難達(dá)到宣傳的10萬(wàn)小時(shí)。LED產(chǎn)品在工作一段時(shí)間之后，相關(guān)色溫的漂移、光通量的衰減和電參數(shù)的變化存在一定的內(nèi)在機(jī)理性聯(lián)系[1]，結(jié)合光參數(shù)和電參數(shù)的特性對(duì)LED產(chǎn)品進(jìn)行老化研究，可以更好地分析其工作變化趨勢(shì)。

目前，LED燈具廠家對(duì)燈具的持續(xù)壽命通常采用自然老化或加速老化進(jìn)行檢驗(yàn)，燈具在老化架上進(jìn)行老化，一定時(shí)間后，再拆下用專業(yè)儀器檢測(cè)，從而了解燈具性能的衰減變化。這種方法需要多次拆裝，每次檢測(cè)時(shí)容易因裝夾誤差而造成檢測(cè)誤差，且操作繁瑣，檢測(cè)次數(shù)少，一般只做老化前和完成老化后的情況對(duì)比，忽略了老化過程中燈具性能的變化情況。

本文針對(duì)燈具廠家或檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)LED燈具老化檢測(cè)的需要，提出一種多燈具在線老化自動(dòng)測(cè)試的方法，通過嵌入式控制裝置控制光學(xué)傳感器的機(jī)械運(yùn)動(dòng)和燈具電源陣列的快速切換，實(shí)現(xiàn)僅用一套光學(xué)傳感器和電參數(shù)傳感器完成多個(gè)燈具的長(zhǎng)時(shí)間在線自動(dòng)檢測(cè)功能。

1　系統(tǒng)架構(gòu)

LED燈具在線老化自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示，由多工位燈具架、電參數(shù)測(cè)試裝置、光參數(shù)測(cè)試平臺(tái)（包括光參數(shù)測(cè)試裝置及運(yùn)動(dòng)平臺(tái)）和嵌入式控制裝置4部分組成。

1.1多工位燈具架

多工位燈具架分為壁掛式和懸掛式，可安裝于與光參數(shù)測(cè)試平臺(tái)平行的墻面上或天花上，每個(gè)燈具架的水平中心線與光欄旋轉(zhuǎn)支點(diǎn)的距離相等，使所有被測(cè)燈具的光參數(shù)在不同工位間可橫向比較。光參數(shù)測(cè)試平臺(tái)通過小平臺(tái)的水平移動(dòng)和光欄的轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)安裝在燈具架上的所有燈具分別進(jìn)行光參數(shù)采集。圖2為安裝了1個(gè)LED路燈的壁掛式燈具架，其各個(gè)環(huán)節(jié)可以調(diào)節(jié)，方便對(duì)大小不同的燈具進(jìn)行卡裝。

圖2　安裝了LED路燈的燈具架

1.2電參數(shù)測(cè)試裝置

電參數(shù)測(cè)試裝置包括電參數(shù)采集模塊、電源切換陣列、通信和控制模塊。每個(gè)安裝在燈架上的燈具都有一條獨(dú)立的電源線，匯集到電參數(shù)測(cè)試裝置的輸出接口。電參數(shù)測(cè)試裝置根據(jù)嵌入式控制裝置的指令，對(duì)被測(cè)燈具電源在普通電源和由采集模塊提供的電源之間進(jìn)行快速切換，分別采集燈具工作狀態(tài)下的功率、電壓、電流、功率因數(shù)。電源切換陣列能實(shí)現(xiàn)單個(gè)采集模塊進(jìn)行多路采集的功能。圖3為電源切換陣列的原理圖，電源主要分2路給燈具供電，其中一路經(jīng)過采集模塊，實(shí)現(xiàn)單一燈具獨(dú)立切換到采集模塊進(jìn)行檢測(cè)；另一路用于燈具供電，保證老化結(jié)果。

1.3光參數(shù)測(cè)試平臺(tái)

光參數(shù)測(cè)試平臺(tái)用于采集燈具光學(xué)參數(shù)的相對(duì)值[2]，其整體為長(zhǎng)條型平臺(tái)，上面安裝機(jī)動(dòng)導(dǎo)軌，機(jī)動(dòng)導(dǎo)軌上安裝可移動(dòng)小平臺(tái)，小平臺(tái)承載一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)式長(zhǎng)筒型光欄筒，光欄筒后端為光學(xué)傳感器；測(cè)試平臺(tái)下面安裝電控裝置和采集裝置，電控裝置用于與嵌入式控制裝置的信息交互，并控制平動(dòng)電機(jī)和轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)完成2自由度的機(jī)械運(yùn)動(dòng)；采集裝置連接光學(xué)傳感器，用于采集燈具光參數(shù)。其中光欄筒的作用在于屏蔽相鄰燈具間的光照對(duì)光學(xué)傳感器的干擾，其長(zhǎng)度和大小與燈的半徑及距離的關(guān)系如圖4所示，1為燈直徑，2為光欄筒直徑，1為燈到筒的距離，2為光欄筒長(zhǎng)度。

圖3　電源切換陣列原理

== 2+1

1.4嵌入式控制裝置

嵌入式控制裝置包括嵌入式計(jì)算機(jī)、通信模塊和觸摸式顯示屏，安裝在老化房外面，通過通信模塊與老化房?jī)?nèi)的裝置進(jìn)行信息交互。當(dāng)無(wú)線信號(hào)對(duì)老化房的穿透強(qiáng)時(shí)，使用無(wú)線通信模式，以便安裝部署；當(dāng)無(wú)線信號(hào)弱時(shí)，使用總線通信，提高通信可靠性。嵌入式計(jì)算機(jī)通過軟件控制光學(xué)傳感器移動(dòng)和電參數(shù)測(cè)試裝置切換的同步，獲得同一時(shí)間點(diǎn)同一燈具的光參數(shù)和電參數(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)控制和數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)。

2　軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件內(nèi)置了對(duì)電路和機(jī)械部分進(jìn)行控制的各種流程，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作機(jī)械臂和采集儀器，在線采集并保存數(shù)據(jù)，按要求分析LED燈具的性能信息。系統(tǒng)軟件主要包括了3大功能模塊，如圖5所示。設(shè)置模塊用于燈具定位和通信接口設(shè)置；控制模塊既可實(shí)現(xiàn)對(duì)平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、開關(guān)燈、電采集、光采集等功能的單獨(dú)調(diào)試，也可以設(shè)置測(cè)試的時(shí)間間距和測(cè)試燈號(hào)，讓系統(tǒng)自動(dòng)完成測(cè)試任務(wù)；數(shù)據(jù)模塊可通過圖表對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行查詢和后期的統(tǒng)計(jì)分析。

圖5　軟件功能模塊

電參數(shù)和光參數(shù)的采集流程是系統(tǒng)工作的關(guān)鍵。電參數(shù)采集流程如圖6所示。首先，所有LED燈具加普通電源，進(jìn)行老化；然后，檢測(cè)時(shí)為所測(cè)燈具接通帶采集模塊的電源，斷開這個(gè)燈的普通供電，使采集模塊可以正常測(cè)量；最后，測(cè)完后先接通普通供電，再斷開帶采集模塊的電源，以保證老化的持續(xù)性。

圖6　電參數(shù)采集流程

光參數(shù)的采集流程如圖7所示。先開燈老化；檢測(cè)時(shí)，啟動(dòng)電機(jī)將光欄筒帶到指定的位置，然后打開快門讓光線進(jìn)入光欄進(jìn)行光參數(shù)采集，完成后關(guān)閉快門，防止傳感器曝光太久造成損壞；老化完成后，機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)位。

圖7　光參數(shù)采集流程

3　系統(tǒng)特點(diǎn)

系統(tǒng)的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

1) 自動(dòng)檢測(cè)降低人工工作量：系統(tǒng)通過嵌入式控制裝置的軟件控制技術(shù)，對(duì)測(cè)試工作進(jìn)行工位設(shè)置和測(cè)試時(shí)間間隔設(shè)置，自動(dòng)控制整個(gè)檢測(cè)過程，實(shí)現(xiàn)測(cè)試工作的自動(dòng)化，大大降低了工作強(qiáng)度；

2) 在線老化檢測(cè)減少裝夾造成的誤差：燈具只需要在燈具架上進(jìn)行一次安裝和定位，整個(gè)老化過程中無(wú)需再次拆裝，就可完成多次性能測(cè)試，既簡(jiǎn)化了測(cè)試過程，也減少了裝夾造成的測(cè)試誤差；

3) 長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)獲得老化過程的數(shù)據(jù)變化：燈具老化往往需要長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)進(jìn)行，系統(tǒng)采用無(wú)人值守模式，可以自動(dòng)完成長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)任務(wù)，把數(shù)據(jù)保存在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)以備查詢分析。

4) 利用機(jī)械運(yùn)動(dòng)和陣列切換實(shí)現(xiàn)以單套傳感器測(cè)試多個(gè)燈具：老化過程一般是多個(gè)燈具同時(shí)進(jìn)行，如果為每個(gè)燈具配備一套檢測(cè)傳感器，不但大大增加了設(shè)備成本，而且由于傳感器之間的個(gè)體差別，影響不同燈具間參數(shù)的橫向比較精度。本系統(tǒng)通過光參數(shù)測(cè)試平臺(tái)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)和電參數(shù)測(cè)試裝置的電源陣列切換的方法，解決了上述難題，實(shí)現(xiàn)一套傳感設(shè)備測(cè)試多個(gè)燈具的功能。

4　結(jié)語(yǔ)

LED燈具在線老化自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)針對(duì)燈具老化過程的實(shí)際需求，通過自動(dòng)化手段實(shí)現(xiàn)對(duì)燈具的長(zhǎng)期在線老化測(cè)試，為科研人員對(duì)LED燈具工作狀態(tài)的研究提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，也為生產(chǎn)廠商和檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量驗(yàn)證提供了極大的便利。

參考文獻(xiàn)

[1] 王聰,張俊,朱騰飛,等.老化對(duì)LED光色電參數(shù)的影響探究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2015(1):23.

[2] LB/T001-2009 整體式LED路燈的測(cè)量方法[S].中國(guó):國(guó)家半導(dǎo)體照明工程研發(fā)及產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟,2009.

The Design of the Online Aging Test System for LED Lamps

Cai Juntao1, 2Zhang Peiqiang1Weng Jizhao1

(1.Guangzhou Research Institute of O-M-E Technology 2. Sun Yat-sen University School of Mathematics & Computational Science)

In order to meet the needs of the long time aging test of LED lamps, an automatic test system is designed by using only one set of optical parameters acquisition device and one set of electrical parameters acquisition device. By computer controlling the movement of the aperture tube and optical sensor, and switching between normal power supply and the power supply with a collection module, the acquisition optical and electrical parameters from each lamp at the set time can be achieved. The unattended function of the multi - lamp - online - aging test is meeted.

LED Lamps; Online Aging; Automatic Test; Aperture Tube

蔡俊濤，男，1978年生，學(xué)士，工程師，主要研究方向：測(cè)控技術(shù)、軟件工程等。E-mail: cjunt@163.com

廣州市科研條件建設(shè)項(xiàng)目（2014SY000018）