CN101625400A - 一种大数量led灯具长时同时在线光电检测方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种大数量LED灯具长时同时在线光电检测方法及其装置，属测试领域。其在各光电探测器信号输出端，设置前置放大器、A/D变换模块和无线发射模块，在终端微机系统信号输入端，设置一个受单片机控制的无线数据接收模块；无线数据接收模块和多个无线发射模块构成多对一的、星型网络拓扑结构的无线信号传输单元；将各光电探测器的输出信号进行数字化并按时序地且附有地址编码地进行无线发射，无线数据接收模块在单片机的控制下，对所有无线发射模块所发出的无线传输信号按地址编码进行自动巡检/接收并送入终端微机系统；终端微机系统进行实时自动巡检并采集各组LED灯具的光强变化数据，对每一被测灯具，实施测试管理和集中数据处理。

Description

一种大数量LED灯具长时同时在线光电检测方法及其装置

技术领域

本发明属于测试领域，尤其涉及一种用于对灯具使用寿命的测试方法及其装置。

背景技术

近几年，随着人们生活水平的提高，城市亮化工程和高速公路网的发展，对室内照明、道路照明及建筑物的泛光照明的要求日益提高，因此对各种LED照明光源和LED灯具的需求量越来越大，要求也不断提高，同时也推动了LED照明灯具行业的飞速发展，各种高效、节能的LED新型灯具也不断出现。

评价任何一种LED灯具的品质如何，关键是要看其在实际应用中能达到什么样的照明效果和其实际使用寿命如何。

只有在实际应用中产生良好照明效果和具有较长使用寿命的LED灯具才是优质的灯具。

LED器件是高效长寿命的新光源，一般寿命可长达几万小时。

LED灯具寿命测试，和其它光源一样，也有加速老化的测试方法和不加速老化的一般测试方法两种。加速老化测试方法，需要有加速机制的理论和试验等效性证明；最为直观的是不加速老化测试。

根据《国家半导体照明工程研发及产业联盟推荐性技术规范LB/T001-2008》(2008年7月1日发布、2008年9月1日起实施)，LED路灯的寿命测量，不采用加速老化的测试方法。

不论采用何种测试方法，LED灯具的寿命试验，都需要对灯具进行长时间的在线通电“点亮”测试，这是一项十分耗时的测试工作。

现有的灯具测试系统，在进行在线通电“点亮”测试时，通常是一对一地进行，即一套灯具对应一套测试系统，由于在长时间的“点亮”测试过程中，数据的采样频率为分钟/次或数十分钟/次，故作为测试系统中的重要组成部分-装载有测试/记录软件的微机系统，在这种测试方式下的利用率是非常低的。

为便于测试系统同时进行大数量(对一个国家级的检测中心而言，通常会是几十套或上百套)、长时间(通常至少为数千小时)的LED灯具的寿命测试评价，为需要其全测试过程的集中管理和测试数据的集中处理，需要采用大数量、甚至几百个LED灯具同时在线的光电检测新方法。

为了充分发挥装载有测试/记录软件的微机系统的作用，在采用光电检测元件/探测器为检测源的LED灯具寿命检测系统(如同本申请人此前申请的，申请号为CN200910054184.9，名称为“一种LED灯具流明效率测试方法”以及申请号为CN200920077654.9，名称为“一种LED灯具流明效率测试装置”中所公开的测试方法/装置)中，采用多对一的系统结构(即多套灯具光电探测器检测源及其附属的信号变换/传输单元，对应一套测试/记录微机系统)是十分有必要且可行的；现在微机的运行速度和数据处理能力，使得一套测试/记录微机系统完全可以同时胜任/应对上百台/套光电检测源的数据处理和记录工作。

在上述技术方案中，从位于现场的多套灯具光电探测器检测源到测试/记录微机系统之间的信号传输，若采用有线传输方式，会带来大量的接线、布线、敷设以及汇线槽的架设等问题，如果某条线路出现问题，其线路的查找/分辨是十分困难的，会给整个技术方案的实施带来无法克服的困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种大数量LED灯具长时同时在线光电检测方法及其装置，其采用带有地址编码的近程无线信号传输方式，使得多对一的LED灯具寿命测试系统结构得以容易的实现，避免了有线信号传输方式的诸多弊端，可同时实施大数量LED灯具长时光衰减的在线测试，可对大数量LED灯具寿命测试的集中管理和测试数据的集中处理，其整套测试系统占用空间更小，无需对现有建筑结构进行变动/处理或敷设汇线槽/电缆桥架，且更加便于维护。

本发明的技术方案是：提供一种大数量LED灯具长时同时在线光电检测方法，包括与被测LED灯具数量相对应的多个光电探测器组和一套装载有测试/记录软件的终端微机系统，其特征是：建立一个地址编码表以区分各光电探测器组和其所对应的被测LED灯具；在所述各光电探测器组的信号输出端，分别依次对应设置前置放大器、A/D变换模块和无线发射模块，用于将各光电探测器组的输出信号分别进行放大、转换为数字信号，并将各LED灯具的光电数据和光电探测器的温度数据进行无线信号发射；所述的无线信号发射按时序进行，并附有地址编码；在所述终端微机系统的信号输入端，设置一个受单片机控制的无线数据接收模块；所述的无线数据接收模块和多个无线发射模块构成多对一的、星型网络拓扑结构的无线信号传输单元；所述的无线数据接收模块在单片机的控制下，对所有无线发射模块所发出的各路无线传输信号按地址编码进行自动巡检/采集/接收，经RS 232数据接口送入终端微机系统；所述的终端微机系统依据地址编码来识别所采集的光电数据和温度数据与光电探测器组和被测LED灯具的对应关系，进行实时自动巡检并采集各组LED灯具的光强变化数据，分别对每一个被测LED灯具或任意选择的被测LED灯具，实施测试管理和集中数据处理。

进一步地，所述的终端微机系统根据光电探测器响应率与温度的关系对所接收的光电数据进行校正补偿处理，分别显示各个探测器温度数据、实时显示各个LED灯具发光强度随时间的衰减数据，直观地反应各LED灯具的光衰减老化情况。

其所述的地址编码表为二维地址编码表。

其所述的光电探测器组包括依次设置的中性光强衰减器、视见函数匹配滤光片、光电探测器、基板和设置于基板背面的贴片式温度传感器。

其所述的多对一无线信号传输单元为基于IEEE 802.15.4标准通讯协议的近程无线数据发射/接收电路。

本发明的技术方案还提供了一种按照权利要求1所述的大数量LED灯具长时同时在线光电检测装置，包括与被测LED灯具数量相对应的多个光电探测器组和一套装载有测试/记录软件的终端微机系统，其特征是：在各光电探测器组的信号输出端，依次对应设置前置放大器、A/D变换模块和带有地址编码的无线发射模块；设置一个受单片机控制的无线数据接收模块；所述的无线数据接收模块经过串行数据接口与所述终端微机系统连接；所述的无线数据接收模块和多个无线发射模块构成多对一的、星型网络拓扑结构的近程无线信号传输单元。

其所述的近程无线信号传输单元为ZigBee无线数据传输电路或无线单片机电路。

其所述的光电探测器组包括依次设置的中性光强衰减器、视见函数匹配滤光片、光电探测器、基板和设置于基板背面的贴片式温度传感器。

其所述的单片机从无线信号传输单元中同时接收254个具有不同地址编码的无线发射模块所传输的数据组，使终端微机系统能够按确定的地址编码识别所传输的数据，进行实时自动巡检并采集各被测LED灯具所对应的光强变化数据，分别对每一个被测LED灯具或任意选择的被测LED灯具，实施测试管理和集中数据处理。

与现有技术比较，本发明的优点是：

1.采用带有地址编码的无线信号传输方式，使得多对一的LED灯具寿命测试系统结构得以容易的实现，避免了有线信号传输方式的诸多弊端；

2.采用ZigBee无线数据传输电路构建近程无线信号传输单元，大大简化了系统电路结构，减少了外围电路元件的数量，使用方便，工作可靠，价格低廉，为整个系统的长时间稳定工作提供了可靠的保证；

3.采用多对一的系统拓扑结构，充分发挥了终端微机系统的工作效率，满足了测试系统同时对大数量的LED灯具进行长时间、连续的寿命/光衰减指标测评的需要，填补了现有LED灯具测试方法和测试装置的空白。

附图说明

图1是本发明的检测方法流程框图；

图2是本发明装置的系统构成方框图；

图3是光电探测器的结构示意图；

图4是ZigBee模块的一个应用线路图；

图5是网络初始化流程框图。

图中1为被测LED灯具，2为光电探测器组，3为前置放大器，4为A/D变换模块，5为无线发射模块，6为发射天线，7为接收天线，8为无线接收模块，9为单片机，10为终端微机，31为中性光强衰减器，32为视见函数匹配滤光片，33为光电探测器，34为基板，35为贴片式温度传感器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

图1中，本检测方法主要包括下列内容：

1)首先设置与被测LED灯具数量相对应的多个光电探测器组和一套装载有测试/记录软件的终端微机系统；

2)建立一个地址编码表以对应/区分各光电探测器组和其所对应的被测LED灯具；

3)在各光电探测器组的信号输出端，分别依次对应设置前置放大器、A/D变换模块和无线发射模块，由此构成无线数据传输发射装置；其中，无线发射模块设定了确定的地址编码，使无线数据传输发射装置可以实现按时序和地址编码进行无线数据传输；

4)在终端微机系统的信号输入端，设置一个受单片机控制的无线数据接收模块；

5)上述无线数据接收模块和多个无线发射模块构成多对一的、星型网络拓扑结构的无线信号传输单元；

6)将各光电探测器组的光电输出信号分别进行放大并转换为数字信号；

7)无线发射模块按时序地和附带有地址编码地将各LED灯具的光电信号数据和光电探测器的温度数据进行无线信号发射；

8)无线数据接收模块在单片机的控制下，对所有无线发射模块所发出的各路无线传输信号按地址编码顺序进行自动巡检/采集/接收，经RS 232数据接口送入终端微机系统；

9)终端微机系统依据地址编码来识别所采集的光电数据和温度数据与光电探测器组和被测LED灯具的对应关系，进行实时自动巡检并采集各组LED灯具的光强变化数据，分别对每一个被测LED灯具或任意选择的被测LED灯具，实施测试管理和集中数据处理。

进一步地，所述的终端微机系统根据光电探测器响应率与温度的关系对所接收的光电数据进行校正补偿处理，分别显示各个探测器温度数据、实时显示各个LED灯具发光强度随时间的衰减数据，直观地反应各LED灯具的光衰减老化情况。

其地址编码表为二维地址编码表。

其各光电探测器组包括依次设置的中性光强衰减器、视见函数匹配滤光片、光电探测器、基板和贴片式温度传感器。

其多对一无线信号传输单元为基于IEEE 802.15.4标准通讯协议的近程无线数据发射/接收电路。

关于光电探测器，可参考本申请人此前所申请的，申请号为CN 200910054184.9，名称为“一种LED灯具流明效率测试方法”以及申请号为CN 200920077654.9，名称为“一种LED灯具流明效率测试装置”中所公开的相关内容，在此不再叙述。

前述的单片机，可采用ARM微处理器电路。

前述的近程无线数据发射/接收电路，可采用基于IEEE 802.15.4标准通讯协议的ZigBee模块电路。

实际上，本技术方案的无线数据接收模块是利用ARM微处理器和ZigBee模块构成了一个无线串口集线器，将多个无线数据发射电路按时序和地址编码所发射的数据信号采用星型无线网络的电路拓扑结构经串口送入终端微机进行相应的数据采集、处理和显示或输出。

图2中，本技术方案中的检测装置，包括被测LED灯具1和与之对应设置的光电探测器组2，其光电探测器组的数量与被测LED灯具的数量相对应。

换句话说，每个被测LED灯具，均有一个光电探测器组与之对应；当测试系统同时进行大数量、长时间的LED灯具的寿命测试评价时，会有几十个、甚至几百个LED灯具同时进行在线通电“点亮”测试，则此时相应的光电探测器组也会设置有几十个、甚至几百个与之对应，这就是前文所称的“大数量”的含义。

在各光电探测器组2的信号输出端，依次对应设置前置放大器3、A/D变换模块4和带有地址编码的无线发射模块5，其所发射的无线信号通过发射天线6传输。

设置一个受单片机9控制的无线数据接收模块8，其通过接收天线7接收各无线发射模块发射的无线数据信号。

无线数据接收模块8经过串行数据接口与终端微机系统10连接。

无线数据接收模块和多个无线发射模块构成多对一的、星型网络拓扑结构的近程无线信号传输单元。

其单片机从无线信号传输单元中同时接收254个具有不同地址编码的无线发射模块所传输的数据组，使终端微机系统能够按确定的地址编码识别所传输的数据，进行实时自动巡检并采集各被测LED灯具所对应的光强变化数据，分别对每一个被测LED灯具或任意选择的被测LED灯具，实施测试管理和集中数据处理。

前述的单片机，可采用ARM微处理器电路。

实际应用时，其近程无线信号传输单元优选为ZigBee无线数据传输电路或无线单片机电路。

ZigbBee是一种新兴的短距离、低速率、低功耗无线网络技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。它此前被称作“HomeRF Lite”或“FireFly”无线技术，主要用于近距离无线连接。

Zigbee技术是一种具有统一技术标准的短距离无线通信技术。其物理层和介质访问控制层协议为IEEE802.15.4协议标准，网络层和安全层由Zigbee联盟制定，应用层的开发应根据用户自己的需要，对其进行开发利用。

在无线通信技术上，采用免冲突多载波信道接入(CSMA-CA)方式，有效地避免了无线电载波之间的冲突。此外，为保证传输数据的可靠性，建立了完整的应答通信协议。

Zigbee设备为低功耗设备，其发射输出功率为0～3.6dBm，通信距离通常为30～70m，具有能量检测和链路质量指示能力，根据这些检测结果，设备可以自动调整发射功率，在保证通信链路质量的条件下，最低限度地消耗设备能量。

在组网性能上，Zigbee可以构造为星型网络或者点对点对等网络；在每一个Zigbee组成的无线网络中，连接地址码分为16bit短地址码或者64bit长地址码，具有较大的网络容量。

在图3中，每个光电探测器包括依次设置的中性光强衰减器31、视见函数匹配滤光片32、光电探测器33、基板34和设置于基板背面的贴片式温度传感器35。

同样地，关于光电探测器，可参考本申请人此前所申请的，申请号为CN200910054184.9，名称为“一种LED灯具流明效率测试方法”以及申请号为CN200920077654.9，名称为“一种LED灯具流明效率测试装置”中所公开的相关内容，在此不再叙述。

在图4中，给出了ZigBee模块CC2430的一个应用线路图，可见其具有非常少的外围元件和连接线路。

其中芯片CC2430只给出了所用到的管脚。使用一个非平衡天线A，连接非平衡变压器使接收性能更好，电路中的非平衡变压器由电容C4和电感L3、L1、L2以及一个PCB微波传输线组成，整个结构满足RF输入/输出匹配电阻(50Ω)的要求。

其内部T/R交换电路完成LNA与PA之间的交换。

R1和R2为偏置电阻，电阻R2主要用来为晶振XTAL提供一个合适的工作电流。用1个石英谐振器XTAL1和2个电容C5和C6构成一个频率(例如，32MHz)的晶振电路；用1个石英谐振器XTAL2和2个电容C2和C3构成另一个频率(例如，32.768kHz)的晶振电路。

C1和C7是去耦合电容，用来电源滤波，以提高芯片工作的稳定性。

ZigBee模块是针对块速、高效、稳定应用的产品开发而准备的模块，它将ZigBee芯片必须要外接的器件，以及高频走线等复杂过程隐藏起来，用户不需要了解射频知识，直接按照普通芯片的形式使用即可，大大的降低了ZigBee网络的硬件设计难度。

关于ZigbBee模块，现在已经有很多成熟的市售产品，常见的Zigbee无线信号传输平台都是由一个8位或16位的单片机和Zigbee射频芯片组成。随着芯片设计的发展，目前出现了无线单片机，即将处理器模块和射频模块集成在同一个芯片中。Ti-Chipcon公司的CC2430就是如此，CC2430集成了Zigbee射频前端、ROM和8051微控制器在一个芯片内，而且大小仅为7mm×7mm，这样就使得设备集成度高、外围器件很少、外形很小；在接收和发射模式下，电流损耗分别低于27mA或25mA，并且支持四种休眠机制，可以大大地降低功耗；CC2430工作在2.4GHz的免费频段，而且芯片价格比较低廉，使用成本很低，所以CC2430很符合Zigbee无线数据信号传输网络平台的设计要求。

此外，美国MaxStream公司的ZigBee/802.15.4RF模块XBee(室内发射/接收距离为30米)或XBee-PRO(室内发射/接收距离为100米)，则具有更加高的集成化程度，建立RF通信无需任何配置，其只需插上天线，接通电源，简单的把数据输入到一个模块，数据就能自动的被发送到无线连接的另一端，也可使用简单AT命令进行高级配置，大大简化了硬件的构建工作量。

在发射/接收通讯距离较近时，还可选用Chipncon AS公司的诸如CC1100之类的低成本低能耗RF收/发芯片。

关于各种ZigBee模块的具体工作原理和应用电路，可以参考各芯片/模块的生产厂商的产品资料，其还会提供各自芯片的标准应用电路和相应元件的优选参数，故其进一步的信息在此不再叙述。

图5中，给出了无线通讯网络的网络初始化流程。

针对该系统的实际应用场合，网络拓扑采用典型的星型结构：一个中心节点(即前述的无线数据接收模块)担任网络协调器，其他各检测点的无线发射模块相当于无线传感器网络中的RFD节点，只与中心节点通信。

关于ZigBee无线网络模块的具体构建，可参考“嵌入式工控网”(www.embedcontrol.com)上ZigBee模块ZICM2410应用开发指南中的相关内容，在此不再叙述。

根据《国家半导体照明工程研发及产业联盟推荐性技术规范LB/T001-2008》(2008年7月1日发布、2008年9月1日起实施)，每一个LED灯具的寿命试验：初始值测量1000小时，为41天多；继续的测试5000小时，为208天多。

因此，每一个路灯，至少要进行的6000小时(将近250天)的连续测试(寿命测量)工作，这也体现了前文所述的“长时”或“长时间”的含义。

按照“联盟”推荐的技术规范，该项寿命实验还需要“测量多个同类型LED路灯以得到LED路灯的平均寿命”。因此，每一种类LED路灯的测试工作，实际上是十分耗时、耗费的测试工作。

本发明采用与被测LED灯具数量相当的光电探测器组和无线数据传输发射装置，分别将LED灯具的光电数据和光电探测器自身的温度数据发射至无线接收系统。无线数据接收系统可同时接收数百个大数量LED灯具输出光强变化数据和各个光电探测器自身温度数据，并通过串口输入终端计算机。

具体地说，光电探测器件组直接接收各个LED灯具的光输出并使其电信号化；光电探测器和温度传感器的输出信号分别经前置放大器和A/D模块，实现模拟信号的数字化输出；将数字信号送入无线发射模块，无线发射模块按时序和地址编码分别将光电数据和温度数据发射至无线数据传输接收系统。

无线数据接收系统中的无线数据传输接收模块，对所接收的数据信号，进行无线网络集中采集，并通过串口输入计算机。其无线数据接收系统可实施稳定的自动巡检、同时接收数百个大数量LED灯具输出光强变化数据和各个光电探测器温度数据并输入终端计算机。

在LED灯具在线光电检测系统中采用ZigBee模块构建多对一的、星型网络拓扑结构的近程无线信号传输单元，其优点是十分明显的：

1、省电：使用电池供电支持长达6个月到5年左右的使用时间(根据发射功率和频率)；

2、可靠：采用了碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突；节点模块之间具有自动动态组网的功能，信息在整个Zigbee网络中通过自动路由的方式进行传输，从而保证了信息传输的可靠性；

3、时延短：针对时延敏感的应用做了优化，通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短；

4、网络容量大：可支持达65000个节点；

5、安全：ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法采用通用的AES-128；

6、高保密性：64位出厂编号和支持AES-128加密。

采用本发明的技术方案，可同时实施大数量LED灯具长时间光衰减的在线测试，可实现大数量LED灯具寿命测试的集中管理和测试数据的集中处理。应用本发明的检测装置，还可将LED灯具寿命测试数据，通过无线或有线网络随时发送给送检的客户。送检的客户可随时在网络上查到他们送检灯具在中心实验室的在线监测数据和动态，便于双方及时掌握试验情况。

本发明不仅仅局限于应用在大数量LED灯具长时光衰减的在线测试，原则上还可广泛用于一般灯具的测试领域，容易普及到评价实验室。

Claims (9)

1.一种大数量LED灯具长时同时在线光电检测方法，包括与被测LED灯具数量相对应的多个光电探测器组和一套装载有测试/记录软件的终端微机系统，其特征是：

建立一个地址编码表以区分各光电探测器组和其所对应的被测LED灯具；

在所述各光电探测器组的信号输出端，分别依次对应设置前置放大器、A/D变换模块和无线发射模块，用于将各光电探测器组的输出信号分别进行放大、转换为数字信号，并将各LED灯具的光电数据和光电探测器的温度数据进行无线信号发射；

所述的无线信号发射按时序进行，并附有地址编码；

在所述终端微机系统的信号输入端，设置一个受单片机控制的无线数据接收模块；

所述的无线数据接收模块和多个无线发射模块构成多对一的、星型网络拓扑结构的无线信号传输单元；

所述的无线数据接收模块在单片机的控制下，对所有无线发射模块所发出的各路无线传输信号按地址编码进行自动巡检/采集/接收，经RS 232数据接口送入终端微机系统；

所述的终端微机系统依据地址编码来识别所采集的光电数据和温度数据与光电探测器组和被测LED灯具的对应关系，进行实时自动巡检并采集各组LED灯具的光强变化数据，分别对每一个被测LED灯具或任意选择的被测LED灯具，实施测试管理和集中数据处理。

2.按照权利要求1所述的大数量LED灯具长时同时在线光电检测方法，其特征是所述的终端微机系统根据光电探测器响应率与温度的关系对所接收的光电数据进行校正补偿处理，分别显示各个探测器温度数据、实时显示各个LED灯具发光强度随时间的衰减数据，直观地反应各LED灯具的光衰减老化情况。

3.按照权利要求1所述的大数量LED灯具长时同时在线光电检测方法，其特征是所述的地址编码表为二维地址编码表。

4.按照权利要求1所述的大数量LED灯具长时同时在线光电检测方法，其特征是所述的光电探测器组包括依次设置的中性光强衰减器、视见函数匹配滤光片、光电探测器、基板和设置于基板背面的贴片式温度传感器。

5.按照权利要求1所述的大数量LED灯具长时同时在线光电检测方法，其特征是所述的多对一无线信号传输单元为基于IEEE 802.15.4标准通讯协议的近程无线数据发射/接收电路。

6.一种按照权利要求1所述的大数量LED灯具长时同时在线光电检测装置，包括与被测LED灯具数量相对应的多个光电探测器组和一套装载有测试/记录软件的终端微机系统，其特征是：

在各光电探测器组的信号输出端，依次对应设置前置放大器、A/D变换模块和带有地址编码的无线发射模块；

设置一个受单片机控制的无线数据接收模块；

所述的无线数据接收模块经过串行数据接口与所述终端微机系统连接；

所述的无线数据接收模块和多个无线发射模块构成多对一的、星型网络拓扑结构的近程无线信号传输单元。

7.按照权利要求6所述的大数量LED灯具长时同时在线光电检测装置，其特征是所述的近程无线信号传输单元为ZigBee无线数据传输电路或无线单片机电路。

8.按照权利要求6所述的大数量LED灯具长时同时在线光电检测装置，其特征是所述的光电探测器组包括依次设置的中性光强衰减器、视见函数匹配滤光片、光电探测器、基板和设置于基板背面的贴片式温度传感器。

9.按照权利要求6所述的大数量LED灯具长时同时在线光电检测装置，其特征是所述的单片机从无线信号传输单元中同时接收254个具有不同地址编码的无线发射模块所传输的数据组，使终端微机系统能够按确定的地址编码识别所传输的数据，进行实时自动巡检并采集各被测LED灯具所对应的光强变化数据，分别对每一个被测LED灯具或任意选择的被测LED灯具，实施测试管理和集中数据处理。

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