LED燈具在線老化自動測試系統設計*

蔡俊濤 張沛強翁紀釗

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LED燈具在線老化自動測試系統設計*

蔡俊濤1,2張沛強1翁紀釗1

（1.廣州市光機電技術研究院2.中山大學數學與計算科學學院）

為滿足LED燈具老化檢驗的需求，設計一種自動測試系統，采用光參數采集設備和電參數采集設備，通過計算機控制光欄筒和光學傳感器的移動，以及普通電源與帶采集模塊的電源之間的切換，定時獲取各個燈具的光參數和電參數，實現無人值守的多燈在線老化測試功能。

LED燈具；在線老化；自動測試；光欄筒

0　引言

LED產品的光衰和使用壽命制約著LED產業的發展，在芯片質量和封裝技術等因素影響下，其壽命很難達到宣傳的10萬小時。LED產品在工作一段時間之后，相關色溫的漂移、光通量的衰減和電參數的變化存在一定的內在機理性聯系[1]，結合光參數和電參數的特性對LED產品進行老化研究，可以更好地分析其工作變化趨勢。

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

本文針對燈具廠家或檢測機構對LED燈具老化檢測的需要，提出一種多燈具在線老化自動測試的方法，通過嵌入式控制裝置控制光學傳感器的機械運動和燈具電源陣列的快速切換，實現僅用一套光學傳感器和電參數傳感器完成多個燈具的長時間在線自動檢測功能。

1　系統架構

LED燈具在線老化自動測試系統架構如圖1所示，由多工位燈具架、電參數測試裝置、光參數測試平臺（包括光參數測試裝置及運動平臺）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，可安裝于與光參數測試平臺平行的墻面上或天花上，每個燈具架的水平中心線與光欄旋轉支點的距離相等，使所有被測燈具的光參數在不同工位間可橫向比較。光參數測試平臺通過小平臺的水平移動和光欄的轉動，對安裝在燈具架上的所有燈具分別進行光參數采集。圖2為安裝了1個LED路燈的壁掛式燈具架，其各個環節可以調節，方便對大小不同的燈具進行卡裝。

圖2　安裝了LED路燈的燈具架

1.2電參數測試裝置

電參數測試裝置包括電參數采集模塊、電源切換陣列、通信和控制模塊。每個安裝在燈架上的燈具都有一條獨立的電源線，匯集到電參數測試裝置的輸出接口。電參數測試裝置根據嵌入式控制裝置的指令，對被測燈具電源在普通電源和由采集模塊提供的電源之間進行快速切換，分別采集燈具工作狀態下的功率、電壓、電流、功率因數。電源切換陣列能實現單個采集模塊進行多路采集的功能。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，其中一路經過采集模塊，實現單一燈具獨立切換到采集模塊進行檢測；另一路用于燈具供電，保證老化結果。

1.3光參數測試平臺

光參數測試平臺用于采集燈具光學參數的相對值[2]，其整體為長條型平臺，上面安裝機動導軌，機動導軌上安裝可移動小平臺，小平臺承載一個電機驅動的轉動式長筒型光欄筒，光欄筒后端為光學傳感器；測試平臺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，并控制平動電機和轉動電機完成2自由度的機械運動；采集裝置連接光學傳感器，用于采集燈具光參數。其中光欄筒的作用在于屏蔽相鄰燈具間的光照對光學傳感器的干擾，其長度和大小與燈的半徑及距離的關系如圖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算機、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內的裝置進行信息交互。當無線信號對老化房的穿透強時，使用無線通信模式，以便安裝部署；當無線信號弱時，使用總線通信，提高通信可靠性。嵌入式計算機通過軟件控制光學傳感器移動和電參數測試裝置切換的同步，獲得同一時間點同一燈具的光參數和電參數，實現系統自動控制和數據采集存儲。

2　軟件設計

系統軟件內置了對電路和機械部分進行控制的各種流程，實現自動操作機械臂和采集儀器，在線采集并保存數據，按要求分析LED燈具的性能信息。系統軟件主要包括了3大功能模塊，如圖5所示。設置模塊用于燈具定位和通信接口設置；控制模塊既可實現對平動、轉動、開關燈、電采集、光采集等功能的單獨調試，也可以設置測試的時間間距和測試燈號，讓系統自動完成測試任務；數據模塊可通過圖表對測試結果進行查詢和后期的統計分析。

圖5　軟件功能模塊

電參數和光參數的采集流程是系統工作的關鍵。電參數采集流程如圖6所示。首先，所有LED燈具加普通電源，進行老化；然后，檢測時為所測燈具接通帶采集模塊的電源，斷開這個燈的普通供電，使采集模塊可以正常測量；最后，測完后先接通普通供電，再斷開帶采集模塊的電源，以保證老化的持續性。

圖6　電參數采集流程

光參數的采集流程如圖7所示。先開燈老化；檢測時，啟動電機將光欄筒帶到指定的位置，然后打開快門讓光線進入光欄進行光參數采集，完成后關閉快門，防止傳感器曝光太久造成損壞；老化完成后，機械結構復位。

圖7　光參數采集流程

3　系統特點

系統的特點主要體現在以下幾點：

1) 自動檢測降低人工工作量：系統通過嵌入式控制裝置的軟件控制技術，對測試工作進行工位設置和測試時間間隔設置，自動控制整個檢測過程，實現測試工作的自動化，大大降低了工作強度；

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

3) 長期監測獲得老化過程的數據變化：燈具老化往往需要長時間持續進行，系統采用無人值守模式，可以自動完成長期的監測任務，把數據保存在計算機數據庫以備查詢分析。

4) 利用機械運動和陣列切換實現以單套傳感器測試多個燈具：老化過程一般是多個燈具同時進行，如果為每個燈具配備一套檢測傳感器，不但大大增加了設備成本，而且由于傳感器之間的個體差別，影響不同燈具間參數的橫向比較精度。本系統通過光參數測試平臺的機械運動和電參數測試裝置的電源陣列切換的方法，解決了上述難題，實現一套傳感設備測試多個燈具的功能。

4　結語

LED燈具在線老化自動測試系統針對燈具老化過程的實際需求，通過自動化手段實現對燈具的長期在線老化測試，為科研人員對LED燈具工作狀態的研究提供了數據基礎，也為生產廠商和檢測機構對產品的質量驗證提供了極大的便利。

參考文獻

[1] 王聰,張俊,朱騰飛,等.老化對LED光色電參數的影響探究[J].科技創新與應用,2015(1):23.

[2] LB/T001-2009 整體式LED路燈的測量方法[S].中國:國家半導體照明工程研發及產業聯盟,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，學士，工程師，主要研究方向：測控技術、軟件工程等。E-mail: cjunt@163.com

廣州市科研條件建設項目（2014SY000018）