一種簡(jiǎn)易的LED指示燈故障在線監(jiān)測(cè)方法

鄔芝權(quán),靳 桅

（1．西南交通大學(xué)峨眉校區(qū)計(jì)算機(jī)與通信工程系，四川峨眉山，614202; 2.西南交通大學(xué)峨眉校區(qū)計(jì)算機(jī)與通信工程系，四川峨眉山，614202）

一種簡(jiǎn)易的LED指示燈故障在線監(jiān)測(cè)方法

鄔芝權(quán)1,靳 桅2

（1．西南交通大學(xué)峨眉校區(qū)計(jì)算機(jī)與通信工程系，四川峨眉山，614202; 2.西南交通大學(xué)峨眉校區(qū)計(jì)算機(jī)與通信工程系，四川峨眉山，614202）

本文對(duì)LED指示燈正常工作和故障狀態(tài)進(jìn)行了分析，探索了一種簡(jiǎn)易的LED指示燈在線監(jiān)測(cè)方法，可廣泛用于大規(guī)模在線檢測(cè)LED指示燈的產(chǎn)品。在LED指示燈控制電路中設(shè)置的檢測(cè)點(diǎn)，LED指示燈在不同故障狀態(tài)下，檢測(cè)點(diǎn)呈現(xiàn)不同電壓。將這個(gè)特點(diǎn)和數(shù)字電路芯片相關(guān)特性，作者從理論分析并多次實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了一套多LED指示燈在線監(jiān)測(cè)的實(shí)用電路。最后編程并進(jìn)行多次測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明，該方法實(shí)時(shí)性高、無(wú)誤差、電路簡(jiǎn)單，達(dá)到了控制和在線檢測(cè)多個(gè)LED指示燈的目的。

LED指示燈; 故障在線監(jiān)測(cè)； 簡(jiǎn)易方法

0 引言

LED指示燈體積小、使用壽命長(zhǎng)、色彩鮮艷、響應(yīng)速度快，廣泛的用于儀器儀表的狀態(tài)顯示。在某些應(yīng)用場(chǎng)合，LED指示燈可以安裝在遠(yuǎn)離主機(jī)一段距離的地方，典型的例子就是安裝在汽車儀表板上的指示器或工業(yè)控制面板上的各類指示器。在要求嚴(yán)格的應(yīng)用場(chǎng)合，除了控制LED指示燈的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，還可能需要監(jiān)測(cè)其故障狀態(tài)，以便于能及時(shí)的維護(hù)。本設(shè)計(jì)的理念來(lái)源于西南交通大學(xué)峨眉校區(qū)鐵路沙盤信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，沙盤上有860個(gè)信號(hào)燈，采用人工方法對(duì)信號(hào)燈的故障診斷是一個(gè)繁雜的工作,所以迫切需要一種手段來(lái)快速的診斷沙盤上信號(hào)燈的故障狀態(tài)。本設(shè)計(jì)方案僅針對(duì)工作在5V電壓的直插LED指示燈作了測(cè)試,沒(méi)有對(duì)貼片LED和其它工作電壓的情況作測(cè)試，不具備普遍性。根據(jù)LED指示燈的故障監(jiān)測(cè)方法，要對(duì)其它情況的LED指示燈進(jìn)行監(jiān)測(cè)，只需調(diào)整元器件參數(shù)即可，對(duì)于電路設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)是一個(gè)很好的參考。

1 LED指示燈故障狀態(tài)分析

不同顏色的LED指示燈在額定的正向電流下,有不同的壓降值。紅、黃色在1.8V~2.5V之間，綠色在2.7~3.3V之間。根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)，我們可以通過(guò)檢測(cè)LED指示燈在導(dǎo)通情況下是否存在規(guī)定范圍的壓降來(lái)判斷LED指示燈是否出現(xiàn)故障。如圖1所示，LED指示燈的簡(jiǎn)易控制電路，指示燈的陽(yáng)極（A端）接5V電源，陰極（K端）串接一個(gè)510歐姆的電阻連接至控制端Q0。LED指示燈可能會(huì)出現(xiàn)的故障狀態(tài)有三種，一是A，K兩端短路，二是A，K兩端斷路，三是K端接地。通過(guò)對(duì)圖1中檢測(cè)點(diǎn)Vk的電壓測(cè)量，可以清楚的判斷LED指示燈是正常工作，還是處于故障狀態(tài)。

2 LED指示燈故障監(jiān)測(cè)修正電路設(shè)計(jì)

通過(guò)萬(wàn)用表檢測(cè)LED指示燈的壓降值可以判斷指示燈的工作狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，我們也可以采用A/D方法來(lái)采樣LED指示燈的壓降，但是這種方法需要占用MCU過(guò)多IO口和的采樣轉(zhuǎn)換時(shí)間，不利于在LED指示燈在數(shù)量比較多的情況下使用。

從表1結(jié)果可以看出，當(dāng)LED指示燈正常工作時(shí)，檢測(cè)點(diǎn)Vk的電壓值在既不在VCC附近，也不在0V附近，而在1/2VCC附近。如果將檢測(cè)點(diǎn)Vk的電壓作為TTL電路的輸入端，它將被識(shí)別為那種邏輯值呢？在分析CMOS電路門電路時(shí)我們知道，CMOS門電路翻轉(zhuǎn)的輸入電平閥值總是為電源的1/2，是隨電源波動(dòng)的。利用CMOS門電路的輸入電壓閥值的特點(diǎn)，檢測(cè)點(diǎn)Vk有可能被識(shí)別為邏輯值“1”，也可能被識(shí)別為邏輯值“0”，如果我們?cè)跈z測(cè)點(diǎn)附近構(gòu)建輔助電路，就可以判別監(jiān)測(cè)點(diǎn)Vk的電壓在1/2VCC附近。

在圖1中，在LED指示燈控制電路檢測(cè)點(diǎn)Vk外接一個(gè)檢測(cè)輔助電路，如虛線框所示。

設(shè)LED指示燈的電壓降為Vak，則監(jiān)測(cè)點(diǎn)Vd的電壓為：

由于Vk=5-Vak，帶入公式得

從公式3得出，當(dāng)Vak小于3.75時(shí)，Vd的電壓大于2.5V。從公式4得出，當(dāng)Vak大于1.25V時(shí)，Vd的電壓小于2.5V。

由次可以看出，當(dāng)1.25V

反之得出一個(gè)結(jié)論，如果輸入Q1為高電平，檢測(cè)點(diǎn)Vd識(shí)別為邏輯值“1”；輸入Q1為地，檢測(cè)點(diǎn)Vd識(shí)別為邏輯值“0”，則表示檢測(cè)點(diǎn)Vd在1/2VCC附近，從而推斷出LED指示燈是正常工作的。

圖1 LED指示燈控制及檢測(cè)輔助電路Fig.1 LED Indicator Light control and monitor auxiliary circuit

圖2 LED指示燈檢測(cè)表與燈位的關(guān)系Fig. 2 The relationship of the detect table and lamp bit for LED Indicator Light

3 程序設(shè)計(jì)

當(dāng)檢測(cè)LED指示燈時(shí)，每個(gè)LED指示燈占用掉74HC595和74HC165的兩位端口，如圖2。輸入狀態(tài)值有四種，每種狀態(tài)輸出后，從74HC165返回?cái)?shù)據(jù)構(gòu)成一個(gè)檢測(cè)表，分別記為檢測(cè)狀態(tài)表0，檢測(cè)狀態(tài)表1，檢測(cè)狀態(tài)表2,和檢測(cè)狀態(tài)表3。

檢測(cè)表中的數(shù)據(jù)位和LED指示燈對(duì)應(yīng)，在圖3反映驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)的檢測(cè)狀態(tài)表，當(dāng)74HC595的奇數(shù)位和偶數(shù)位送數(shù)據(jù)00B時(shí)，返回檢測(cè)狀態(tài)表0，送數(shù)據(jù)01B時(shí)，返回檢測(cè)狀態(tài)表1，送數(shù)據(jù)10B時(shí)，返回檢測(cè)狀態(tài)表2，送數(shù)據(jù)11B時(shí)，返回檢測(cè)狀態(tài)表3。每個(gè)狀態(tài)表中的兩位與LED指示燈對(duì)應(yīng)，將四個(gè)表中相應(yīng)的兩位組成一個(gè)字節(jié)就是設(shè)備故障表，檢測(cè)狀態(tài)表3對(duì)應(yīng)到故障表的最高2位，檢測(cè)狀態(tài)表1對(duì)應(yīng)到故障表的最低2位。構(gòu)成的設(shè)備故障表如圖3所示。

設(shè)備故障表里的每個(gè)字節(jié)對(duì)應(yīng)一個(gè)LED指示燈的狀態(tài)值。編程時(shí)就可以通過(guò)選擇語(yǔ)句來(lái)判斷LED指示燈所處的狀態(tài), LED_ Fault_State[i]保存的是序號(hào)為i的LED指示燈的故障狀態(tài)。程序主干如下。

switch (LED_Fault_State[i])

{

case 0xf8:

...//設(shè)備狀態(tài)“正常”處理程序

break;

case 0xf5:

...// 設(shè)備狀態(tài)“短路”處理程序

break;

case 0xf0:

...// 設(shè)備狀態(tài)“斷路”處理程序

break;

case 0x50:

...// 設(shè)備狀態(tài)“接地”處理程序

break; }

4 結(jié)論

利用這種方法設(shè)計(jì)的西南交通大學(xué)峨眉校區(qū)城市軌道交通實(shí)驗(yàn)室沙盤的信號(hào)燈，即能控制信號(hào)燈的亮和滅，又能快速的讀回信號(hào)燈的狀態(tài)，使信號(hào)燈的仿真效果更為明顯。由于信號(hào)燈時(shí)刻處于在線監(jiān)測(cè)狀態(tài)下，沙盤控制系統(tǒng)每次啟動(dòng)都會(huì)巡檢一下信號(hào)燈的故障狀態(tài)，經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的使用情況來(lái)看，控制系統(tǒng)工作穩(wěn)定，可靠，完全達(dá)到了系統(tǒng)對(duì)沙盤信號(hào)燈設(shè)備的技術(shù)要求。同時(shí)，這種方法簡(jiǎn)單、占用MCU資源少、檢測(cè)速度快，可以推廣到其它多LED指示燈在線監(jiān)測(cè)的情況。

[1] 吳琨愉. LED智能光度、色度檢測(cè)方法及應(yīng)用研究[D].華南理工大學(xué),2013.

[2] 戴述軍. LED性能綜合檢測(cè)平臺(tái)設(shè)計(jì)[D].湖南大學(xué),2012.

[3] 陳衛(wèi)華. LED路燈照度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].杭州電子科技大學(xué),2012.

[4] 呂云日. LED多參數(shù)檢測(cè)分選的機(jī)電系統(tǒng)[D].重慶大學(xué),2008.

[5] 呂建工,桑鵬. 高精度LED檢測(cè)光源電路[A]. 中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心.第二十四屆全國(guó)空間探測(cè)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文摘要集[C].中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心:,2011:5.

[6] 吳廷瑞. LED燈飾監(jiān)測(cè)控制一體化平臺(tái)設(shè)計(jì)[D].廣東工業(yè)大學(xué),2014.

[7] 北京電光源研究所 屈素輝 華樹(shù)明. 照明LED技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)方法探討[N]. 消費(fèi)日?qǐng)?bào),2004-08-12T00.

A simple method for on-line monitoring of LED indicator

Wu Zhiquan1,Jin Wei2
(1.Southwest Jiao Tong University Emei campus Department of computer and communication engineering, Sichuan Mount Emei，614202)
(2.Southwest Jiao Tong University Emei campus Department of computer and communication engineering, Sichuan Mount Emei，614202)

In this paper,the normal operation and fault condition of LED indicator lamp are analyzed, and a simple LED indicator is explored,which can be widely used in large-scale on-line detection of LED indicator.The detection point is set in the LED indicator control circuit,and the LED indicator is different in different fault conditions. With the characteristics of this feature and digital circuit chip, the author designs a series of practical circuit for the on-line monitoring of multi LED indicator light. The test results show that the method has high real-time performance, no error, simple circuit, and can achieve the purpose of controlling and on-line detection of multiple LED lights.

LED indicator;fault on-line monitoring;simple method

TP368.1

A

圖3 設(shè)備故障表組成
Fig. 3 Equipment fault Table

教育部春暉計(jì)劃科研合作項(xiàng)目（2013CH012EM）

鄔芝權(quán)（1976年），男，工學(xué)碩士，實(shí)驗(yàn)師，研究方向：嵌入式控制