LED灯具在线老化自动测试系统设计*

蔡俊涛 张沛强翁纪钊



LED灯具在线老化自动测试系统设计*

蔡俊涛1,2张沛强1翁纪钊1

（1.广州市光机电技术研究院2.中山大学数学与计算科学学院）

为满足LED灯具老化检验的需求，设计一种自动测试系统，采用光参数采集设备和电参数采集设备，通过计算机控制光栏筒和光学传感器的移动，以及普通电源与带采集模块的电源之间的切换，定时获取各个灯具的光参数和电参数，实现无人值守的多灯在线老化测试功能。

LED灯具；在线老化；自动测试；光栏筒

0　引言

LED产品的光衰和使用寿命制约着LED产业的发展，在芯片质量和封装技术等因素影响下，其寿命很难达到宣传的10万小时。LED产品在工作一段时间之后，相关色温的漂移、光通量的衰减和电参数的变化存在一定的内在机理性联系[1]，结合光参数和电参数的特性对LED产品进行老化研究，可以更好地分析其工作变化趋势。

目前，LED灯具厂家对灯具的持续寿命通常采用自然老化或加速老化进行检验，灯具在老化架上进行老化，一定时间后，再拆下用专业仪器检测，从而了解灯具性能的衰减变化。这种方法需要多次拆装，每次检测时容易因装夹误差而造成检测误差，且操作繁琐，检测次数少，一般只做老化前和完成老化后的情况对比，忽略了老化过程中灯具性能的变化情况。

本文针对灯具厂家或检测机构对LED灯具老化检测的需要，提出一种多灯具在线老化自动测试的方法，通过嵌入式控制装置控制光学传感器的机械运动和灯具电源阵列的快速切换，实现仅用一套光学传感器和电参数传感器完成多个灯具的长时间在线自动检测功能。

1　系统架构

LED灯具在线老化自动测试系统架构如图1所示，由多工位灯具架、电参数测试装置、光参数测试平台（包括光参数测试装置及运动平台）和嵌入式控制装置4部分组成。

1.1多工位灯具架

多工位灯具架分为壁挂式和悬挂式，可安装于与光参数测试平台平行的墙面上或天花上，每个灯具架的水平中心线与光栏旋转支点的距离相等，使所有被测灯具的光参数在不同工位间可横向比较。光参数测试平台通过小平台的水平移动和光栏的转动，对安装在灯具架上的所有灯具分别进行光参数采集。图2为安装了1个LED路灯的壁挂式灯具架，其各个环节可以调节，方便对大小不同的灯具进行卡装。

图2　安装了LED路灯的灯具架

1.2电参数测试装置

电参数测试装置包括电参数采集模块、电源切换阵列、通信和控制模块。每个安装在灯架上的灯具都有一条独立的电源线，汇集到电参数测试装置的输出接口。电参数测试装置根据嵌入式控制装置的指令，对被测灯具电源在普通电源和由采集模块提供的电源之间进行快速切换，分别采集灯具工作状态下的功率、电压、电流、功率因数。电源切换阵列能实现单个采集模块进行多路采集的功能。图3为电源切换阵列的原理图，电源主要分2路给灯具供电，其中一路经过采集模块，实现单一灯具独立切换到采集模块进行检测；另一路用于灯具供电，保证老化结果。

1.3光参数测试平台

光参数测试平台用于采集灯具光学参数的相对值[2]，其整体为长条型平台，上面安装机动导轨，机动导轨上安装可移动小平台，小平台承载一个电机驱动的转动式长筒型光栏筒，光栏筒后端为光学传感器；测试平台下面安装电控装置和采集装置，电控装置用于与嵌入式控制装置的信息交互，并控制平动电机和转动电机完成2自由度的机械运动；采集装置连接光学传感器，用于采集灯具光参数。其中光栏筒的作用在于屏蔽相邻灯具间的光照对光学传感器的干扰，其长度和大小与灯的半径及距离的关系如图4所示，1为灯直径，2为光栏筒直径，1为灯到筒的距离，2为光栏筒长度。

图3　电源切换阵列原理

== 2+1

1.4嵌入式控制装置

嵌入式控制装置包括嵌入式计算机、通信模块和触摸式显示屏，安装在老化房外面，通过通信模块与老化房内的装置进行信息交互。当无线信号对老化房的穿透强时，使用无线通信模式，以便安装部署；当无线信号弱时，使用总线通信，提高通信可靠性。嵌入式计算机通过软件控制光学传感器移动和电参数测试装置切换的同步，获得同一时间点同一灯具的光参数和电参数，实现系统自动控制和数据采集存储。

2　软件设计

系统软件内置了对电路和机械部分进行控制的各种流程，实现自动操作机械臂和采集仪器，在线采集并保存数据，按要求分析LED灯具的性能信息。系统软件主要包括了3大功能模块，如图5所示。设置模块用于灯具定位和通信接口设置；控制模块既可实现对平动、转动、开关灯、电采集、光采集等功能的单独调试，也可以设置测试的时间间距和测试灯号，让系统自动完成测试任务；数据模块可通过图表对测试结果进行查询和后期的统计分析。

图5　软件功能模块

电参数和光参数的采集流程是系统工作的关键。电参数采集流程如图6所示。首先，所有LED灯具加普通电源，进行老化；然后，检测时为所测灯具接通带采集模块的电源，断开这个灯的普通供电，使采集模块可以正常测量；最后，测完后先接通普通供电，再断开带采集模块的电源，以保证老化的持续性。

图6　电参数采集流程

光参数的采集流程如图7所示。先开灯老化；检测时，启动电机将光栏筒带到指定的位置，然后打开快门让光线进入光栏进行光参数采集，完成后关闭快门，防止传感器曝光太久造成损坏；老化完成后，机械结构复位。

图7　光参数采集流程

3　系统特点

系统的特点主要体现在以下几点：

1) 自动检测降低人工工作量：系统通过嵌入式控制装置的软件控制技术，对测试工作进行工位设置和测试时间间隔设置，自动控制整个检测过程，实现测试工作的自动化，大大降低了工作强度；

2) 在线老化检测减少装夹造成的误差：灯具只需要在灯具架上进行一次安装和定位，整个老化过程中无需再次拆装，就可完成多次性能测试，既简化了测试过程，也减少了装夹造成的测试误差；

3) 长期监测获得老化过程的数据变化：灯具老化往往需要长时间持续进行，系统采用无人值守模式，可以自动完成长期的监测任务，把数据保存在计算机数据库以备查询分析。

4) 利用机械运动和阵列切换实现以单套传感器测试多个灯具：老化过程一般是多个灯具同时进行，如果为每个灯具配备一套检测传感器，不但大大增加了设备成本，而且由于传感器之间的个体差别，影响不同灯具间参数的横向比较精度。本系统通过光参数测试平台的机械运动和电参数测试装置的电源阵列切换的方法，解决了上述难题，实现一套传感设备测试多个灯具的功能。

4　结语

LED灯具在线老化自动测试系统针对灯具老化过程的实际需求，通过自动化手段实现对灯具的长期在线老化测试，为科研人员对LED灯具工作状态的研究提供了数据基础，也为生产厂商和检测机构对产品的质量验证提供了极大的便利。

参考文献

[1] 王聪,张俊,朱腾飞,等.老化对LED光色电参数的影响探究[J].科技创新与应用,2015(1):23.

[2] LB/T001-2009 整体式LED路灯的测量方法[S].中国:国家半导体照明工程研发及产业联盟,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

蔡俊涛，男，1978年生，学士，工程师，主要研究方向：测控技术、软件工程等。E-mail: cjunt@163.com

广州市科研条件建设项目（2014SY000018）