CN202996239U - 一种led点阵模块缺陷检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种LED点阵模块缺陷检测装置，包括主电路板和测试卡座板，测试卡座板与主电路板通过带状电缆连接；还包括设于主电路板上的第一行信号驱动采集板、第二行信号驱动采集板、第一列信号驱动采集板、第二列信号驱动采集板和第三列信号驱动采集板。本实用新型的检测装置方便实用、操作简单，适用于各种共阴极和共阳极单色、双色、三色LED点阵模块的缺陷测试的优点。

Description

一种LED点阵模块缺陷检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种LED点阵模块缺陷检测装置，具体涉及一种可扩展的点阵单元为单色、双色、三色的各种规格尺寸的共阴极和共阳极LED点阵模块。

背景技术

在倡导节能生活的今天，LED在工业显示、照明等领域正得到越来越广泛的应用。由LED点阵模块构成的信息显示屏在社会经济生活中发挥着重要作用，例如车站班车和港口码头班轮时刻、银行利率变动、水利行业的水文水情指示、各种路边广告牌等方面都大量使用这种LED点阵模块。在国家政策的鼓励下，这些年LED产业迅猛发展，成为当下绿色经济的一个增长点。

LED点阵模块缺陷检测是LED生产厂家在生产线上进行的一项常态工作。通过测试，可以发现LED点阵模块内部的短路、断路、漏焊、极型装反、LED基元发光亮度异常等故障。LED点阵模块是由LED发光元件、印制电路板以及塑料模件共同构成的，LED发光元件和印刷电路板都是批量采购的第三方外协件，在装配完成之前无法判断它们是否都完全合格，根据生产经验，在一个批次的进料中，总存在着一定量的次品。另外LED点阵模块的生产过程包含多个环节，不少环节仍然依靠人工来操作。因此在装配过程中，工人的意外刮划都可能损伤印刷电路板上的敷铜导线，进而引发LED点阵模块的故障。

LED点阵模块生产厂家有多个独立的组装工作台，常常需要多台测试设备才能满足生产的需要。本实用新型即为解决工厂LED点阵模块缺陷检测而开发，使之具有功能实用、操作简单、性价比高的优点。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种方便实用、操作简单的用于可扩展LED点阵模块缺陷的检测装置，适用于各种共阴极和共阳极单色、双色、三色LED点阵模块的缺陷测试。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种LED点阵模块缺陷检测装置，包括主电路板和测试卡座板，测试卡座板与主电路板通过带状电缆连接；还包括设于主电路板上的第一行信号驱动采集板、第二行信号驱动采集板、第一列信号驱动采集板、第二列信号驱动采集板和第三列信号驱动采集板。

优选的，所述第一行信号驱动采集板、第二行信号驱动采集板、第一列信号驱动采集板、第二列信号驱动采集板和第三列信号驱动采集板具有相同的电路结构，且为单面印刷的电路板。

优选的，所述主电路板包括微处理器、参考电压发生器和若干连接插座，所述第一行信号驱动采集板、第二行信号驱动采集板、第一列信号驱动采集板、第二列信号驱动采集板和第三列信号驱动采集板分别设于不同的连接插座上。

优选的，所述第一行信号驱动采集板和第二行信号驱动采集板各包括两个移位寄存器，该两个移位寄存器中的一个用于共阳极LED点阵的行驱动，另一个用于共阴极LED点阵的行驱动；所述位移寄存器包括8个电压比较器和8个齐纳二极管，所述8个电压比较器与LED点阵的8行对应，具有将行线状态变换为微处理器可以识读的TTL逻辑电平的功能；所述8个齐纳二极管具有对行线上可能出现的过高电平进行箝位并保护电压比较器的功能；所述第一行信号驱动采集板和第二行信号驱动采集板各包括若干PNP晶体管、若干NPN晶体管和若干限流电阻。

优选的，所述测试卡座板包括基板、两个正对的测试卡座和两个平行的导槽；所述两个测试卡座中的一个测试卡座固定在基板上，另一个测试卡座设于所述两个导槽上并沿该两个导槽平行滑动，以调整两个测试卡座之间的相对距离。

优选的，还包括直流稳压电源、机箱以及设于机箱上的操作面板，所述主电路板设于机箱内。所述操作面板上有蜂鸣器、行扩展切换开关、直流电压表和点阵测试电压调整旋钮。

本实用新型有如下优点和效果：

（1）在仔细分析电路工作原理的基础上，把一个连接十分复杂的系统巧妙分解成为结构和功能都相同的几个单元模块，使行、列驱动采集板电路结构完全一样，为系统扩充奠定了基础。分解后只需要制作一小块双面印制电路板（主电路板）和几块类型一致的单面印制电路板，这降低了印制电路板的制作费用，也使装置体积大为减小。

（2）测试卡座板上设置了二个卡座，其中卡座A固定，卡座B可以沿导槽滑动，这样二个卡座的间距可任意调节，以满足工厂不同尺寸LED点阵模块的测试需要。启动按键选用行程开关，工人在放置点阵模块后，只需轻轻触碰就能使检测装置工作，使测试效率得到有效提高。

（3）装置能自动识别共阴极和共阳极LED点阵模块。当点阵模块存在任何一种故障，检测装置都会给出声讯提示，使操作人员能一目了然地看到故障所在。

附图说明

图1是本实用新型实施例主电路板与各行、列信号驱动采集板的连接示意图

图2是本实用新型实施例测试卡座板的结构示意图

图3是本实用新型实施例操作面板的结构示意图

图4是本实用新型实施例主电路板扩展槽信号分配图

图5是本实用新型实施例主电路板电气原理图

图6是本实用新型实施例分解后行（列）信号驱动采集板的电气原理图

图7是本实用新型实施例共阴极三色LED点阵模块测试电气原理图

图8是本实用新型实施例共阳极三色LED点阵模块电气结构示意图

具体实施例

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明：

如图1所示，一种LED点阵模块缺陷检测装置，包括主电路板11和测试卡座板，测试卡座板与主电路板11通过带状电缆连接；还包括设于主电路板上的第一行信号驱动采集板12、第二行信号驱动采集板13、第一列信号驱动采集板14、第二列信号驱动采集板15和第三列信号驱动采集板16。

如图7和图8所示，为了使行、列信号驱动采集板具有简单一致的形式，所有的串入━并出移位寄存器74HC164都连接成级连形式。即第一片74HC164（U1）的最高位QH连至第二片U2的输入端A、B，U2的最高位QH连至第三片U3的输入端A、B，其余依此类推。来自主板的驱动控制信号有RXD、TXD、CLR，其中RXD作为移位寄存器74HC164的同步数据输入端、TXD是移位寄存器74HC164的时钟输入端、CLR作为移位寄存器74HC164的输出清零信号。74HC164的时钟输入端引脚CLK都并联在一起，清零引脚也并联在一起。每片串入━并出移位寄存器74HC164有8个输出端，其中输出引脚U1-QA经电阻R2、R3、R4、晶体管Q1来驱动PNP晶体管N1，而N1的集电极输出与LED点阵的行线L1相连，输出U2-QA经电阻R5、R6驱动Q2，再经电阻R1也并接在行线L1上；输出引脚U1-QB、U2-QB经电阻和晶体管驱动第2条行线L2、……、输出引脚U1-QH、Q2-QH驱动第8条行线L8。由电阻R37、R38、R39、稳压二极管ZN1和1/4单元LM339之U7-A构成电压比较器与LED点阵第一行L1连接，负责对第一行LED点阵单元的状态数据进行变换并送至主电路板以便进行逻辑分析。U7-B及其外围电阻、稳压二极管和1/4单元LM339与LED点阵的第二行L2进行连接。其余各比较器单元的连接与上述类似。扩展行信号驱动采集板二负责行线L9~L16的驱动与信号采集，其连接方式与行驱动采集板一完全一样。

第一块行信号驱动采集板所需要的输入控制信号以及变换后的逻辑输出信号都与连接插座CB-H1相连、并将该板插入到主板上的CON-H1插座处。

第二块行驱动板的连接插座是CB-H2，与其对应的主板插座是CON-H2。该板与面板上的行扩展开关SWH配合以实现LED点阵行的扩展。当需要扩展行线L9~L16时，只要拨动SWH开关就能将板上的信号送给主电路板。

如图6所示，每块列驱动采集板也由二片串入━并出移位寄存器74HC164、二片四电压比较器LM339及若干电阻、晶体管等元件组成。电路形式与前述的行驱动采集板完全一样，因此只需要制作一种类型的印制电路板，又由于行、列驱动采集板的电路相对简单，只需将其加工成单面板即可。这样便把一个连接十分复杂的系统巧妙分解成为结构和功能都相同的几个单元，为系统扩充带来了方便，同时降低了印制电路板的制作费用，使装置体积也大为减小。

下面以共阴极双色LED点阵为例来说明本实用新型的工作原理：

通电之后，微处理器(CPU)中的应用程序便开始对本测试装置进行初始化，使各I/O端口P0、P1、P2、P3、P4、P5皆处于输入状态，所有的74HC164的输出QA~QH都为低电平0，此时微处理器中的异步通信口工作在同步移位寄存器方式，即此时串行数据由RXD引脚发出，TXD引脚作为移位时钟输出端。由于各74HC164的输出都是0，所以各个晶体管都不导通。这时微处理器等待启动开关动作，一旦测试卡座上的启动开关被按下，则系统立刻开始进行测试。对于共阴双色LED点阵，首先让U5-QA输出高电平，使Q17、N9都导通，这样电压就施加到LED点阵的第一列C1上，形成8条电流支路流经与第一列连接的各LED发光元件：第一路经+VF、N9、DR11、R1、Q2到地；……、第八路经VF、N9、DR81、R7、Q16到地；可见此时应该让U2的所有输出QA、QB、……、QH都为高电平，使行线L1~L8上有电流流过。在此条件下，可以测试点阵第一列各LED发光单元的开路故障以及第一列与其它列的列间短路故障。正常时，因为有电流流过取样电阻R1，故在行线L1上会产生大约80mV的电压降，把这个电压送入电压比较器并与参考电位Vre进行比较，由于同相端的电压高于反相端的电压，将使比较器输出高电平，即P10＝1。若DR11开路，则没有电流流过R1，此时比较器U9-A的同相端电压为0，比较器就输出低电平，即P10＝0，其余各行线L2、L3、……、L8上的电位情况与此相同。因此第一列通电后，若从P1口读到的状态为11111111，则表明第一列各点阵单元无开路故障；如读到的8位不全为1，就说明第一列某行中的点阵发光单元存在开路或极性装反故障。

列间短路故障是这样来判别的：在任一时刻，只给某一列施加电压，而其余各列不加电压。当给第一列加电压+VF时，则其余第2、第3、……、第16列就不加电压。在对应的每列位置上设置有电压比较器，当有电压加到该列时，其对应的比较器的输出为高电平，也即P30＝1，而其余列因没有施加电压，致使与它们对应的电压比较器输出呈低电平。在正常的情形下，当第一列加电压后，微处理器从I/O口P3、P4读得的数据为P3＝00000001，P4＝00000000。若第一列与某列存在短路情况，假如与第7列短路，则第7列上就有电压+Vm，此时与第七列对应的电压比较器就输出高电平，即有P36＝1，此时P3＝01000001，P4＝00000000。微处理器读取I/O口P3、P4的状态，就能判定相应故障。扫描完第一列后，接着扫描第二列，再扫描第三列，……，一直到最后一列，这样所有列间短路的各种故障情形皆能自动识别。

行间短路故障可以这样来识别：所有的行采用分时驱动扫描的方法，即在任一时刻只导通其中的某一行，而其余诸行处于关闭状态。这时就只有一行中有电流流过。因此与该行连接的电压比较器就输出高电平。以扫描第一行为例，此时U2-QA＝1，其余为0，这样就只有Q2导通，也即第一行L1导通，如果在某列加上电压，就在第一行中有电流流过，此时第一行的电压比较器就输出高电平，即P10＝1，而其余为0，即有P1＝00000001。假如第一行与第五行短路了，则第五行中也有电流流过，这样与第五行对应的电压比较器就输出高电平，即P14＝1，所以此时P1＝00100001，微处理器读取P1端口的状态即能判定第一行与其它诸行间各种短路的情况。接着扫描第二行，以判定第二行与其它诸行间的短路情况，直至扫描到最后一行。

测试中只要LED点阵模块存在任何一种故障，缺陷检测装置便会立即发出声讯提示，同时测试过程就停止于当前状态，让测试人员一目了然地看到故障所在。

如果在上述测试中没有发现问题，控制电路使U2的8路输出都为高电平，也即8个行驱动晶体管Q2、Q4、……、Q16导通，同时又使U5、U7的8路输出为高电平，因而共阴极列驱动PNP晶体管N9~N16、N17~N24皆导通，让驱动电压+Vm施加到所有列上。此时点阵模块的所有LED发光单元都被点亮，以便让操作人员观察各单元的发光亮度是否均匀一致，由此剔除某些单元发光存在明显差异的模块。

本实用新型的实施例测试装置测试启动后，微处理器(CPU)首先判断LED点阵是共阴极还是共阳极。程序发出指令使各I/O端口P1、P2、P3、P4、P5皆处于输入状态，数据和控制信号从TX0、RX0、SDA引脚输出。为了测试点阵各LED发光单元的开路故障以及列与列、行与行之间的短路故障，微处理器对LED点阵是逐列逐行进行扫描的。对于共阴极LED点阵，首先让串入━并出移位寄存器74HC164的U5-QA输出高电平，使Q17、N9都导通，这样电压就施加到LED点阵的第一列C1上，有电流流过与第一列连接的各LED发光元件，行线L1~L8处于导通状态。将行线取样电阻上的电压与电压比较器的参考电位Vre进行比较后可得到一组逻辑电平，经过微处理器的判别，可以测出点阵第一列各LED发光单元的开路故障以及第一列与其它列的列间短路故障。然后扫描第2列，……，直至8列全部扫完，这样LED发光单元开路故障以及列间短路的各种故障情形皆能自动识别。为了检测行间短路故障，所有的行采用分时驱动扫描的方法，即在任一时刻只导通其中的某一行，而其余诸行处于关闭状态。这时就只有一行中有电流流过，通过电压比较器的状态变换和微处理器的逻辑判断，即能判定该行与其它诸行间的各种短路情况。接着扫描第二行，以判定第二行与其它诸行间的短路情况，直至扫描到最后一行。

对于共阳极LED点阵，微处理器发出指令使电流由行线→LED点阵→列线→GND，判断故障缺陷的方法同共阴极LED点阵一样，也是通过采用逐行逐列分时扫描实现的。

测试中只要LED点阵模块存在任何一种故障，缺陷检测装置便会立即发出声讯提示，同时测试过程就停止于当前状态，让测试人员一目了然地看到故障所在。

本设计中各元器件型号选择如下：测试卡座选TE XTDOL-224-3345、微处理器选C8051F020、串入━并出移位寄存器选74HC164、基准电源选WL431、电压比较器选LM339、稳压二极管选ZN5.1V、PNP晶体管选S9012；NPN选晶体管D637。

本实用新型可按如下方法来制作：

⑴按图2所示，测试卡座板，包括第一测试卡座2和第二测试卡座7。制作时，首先选择一块100mm×135mm的酚醛绝缘板，按第二测试卡座7的尺寸加工两条导槽5、6，第二测试卡座7设有滑动卡扣8，使第二测试卡座7可以沿导槽移动。当滑动第二测试卡座7到最远端时与第一测试卡座2的距离最大，能够满足工厂生产的最大尺寸LED点阵模块。同时制作小印制线路板1，焊接装配好接线座3、第一测试卡座2和指示灯4，然后将其固定在基板9上。

⑵选一只行程开关作为启动按钮10，测试时只要轻轻触碰即能动作，使检测装置立刻开始工作。

⑷用工具制作带状电缆，以连接测试卡座和主电路板。

⑸按图3所示制作操作面板，操作面板的尺寸应以机箱尺寸为准；操作面板上有蜂鸣器17、行扩展切换开关18、直流电压表19和点阵测试电压调整旋钮20。

⑹按图5主电路板电气原理图、图6行列信号驱动采集板电气原理图分别制作印制线路板，选购器件并进行焊接。

⑹按电气原理图编写微处理器应用软件并进行调试。至此即可加电投入测试工作。

上面所述的实施例是本实用新型一种有效的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何依据本实用新型原理所作的替代、组合等置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种LED点阵模块缺陷检测装置，其特征在于：包括主电路板和测试卡座板，测试卡座板与主电路板通过带状电缆连接；还包括设于主电路板上的第一行信号驱动采集板、第二行信号驱动采集板、第一列信号驱动采集板、第二列信号驱动采集板和第三列信号驱动采集板。

2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于：所述第一行信号驱动采集板、第二行信号驱动采集板、第一列信号驱动采集板、第二列信号驱动采集板和第三列信号驱动采集板具有相同的电路结构，且为单面印刷的电路板。

3.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于：所述主电路板包括微处理器、参考电压发生器和若干连接插座，所述第一行信号驱动采集板、第二行信号驱动采集板、第一列信号驱动采集板、第二列信号驱动采集板和第三列信号驱动采集板分别设于不同的连接插座上。

4.根据权利要求3所述的检测装置，其特征在于：所述第一行信号驱动采集板和第二行信号驱动采集板各包括两个移位寄存器，该两个移位寄存器中的一个用于共阳极LED点阵的行驱动，另一个用于共阴极LED点阵的行驱动；

所述位移寄存器包括8个电压比较器和8个齐纳二极管，所述8个电压比较器与LED点阵的8行对应，具有将行线状态变换为微处理器可以识读的TTL逻辑电平的功能；所述8个齐纳二极管具有对行线上可能出现的过高电平进行箝位并保护电压比较器的功能；

所述第一行信号驱动采集板和第二行信号驱动采集板各包括若干PNP晶体管、若干NPN晶体管和若干限流电阻。

5.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于：所述测试卡座板包括基板、两个正对的测试卡座和两个平行的导槽；所述两个测试卡座中的一个测试卡座固定在基板上，另一个测试卡座设于所述两个导槽上并沿该两个导槽平行滑动，以调整两个测试卡座之间的相对距离。

6.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于：还包括直流稳压电源、机箱以及设于机箱上的操作面板，所述主电路板设于机箱内；所述操作面板上有蜂鸣器、行扩展切换开关、直流电压表和点阵测试电压调整旋钮。

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