CN214149768U - 一种基于单片机的护眼灯频闪检测仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于单片机的护眼灯频闪检测仪，涉及电路检测技术领域，能够对护眼灯频闪进行有效的检测，具体方案为：包括顺次电连接的信号接收器、信号处理器和数据显示器；信号接收器用于接收护眼灯的频闪信息，信号处理器包括与信号接收器电连接的运算放大器，运算放大器顺次电连接L‑C滤波电路、电压比较器、电压跟随器、反相电压放大器和施密特触发电路；施密特触发电路与数据显示器电连接通过仿真得出基于单片机的护眼灯频闪检测仪是可以实现的。设置输入40kHz的偏移正弦波时，当它通过信号处理电路后，测出仿真波形的结果为40kHz的方波。然后再利用单片机和数码管组成的数显模块，将这40kHz的方波通过单片机测量出来最后通过数码管显示。

Description

一种基于单片机的护眼灯频闪检测仪

技术领域

本实用新型涉及电路检测技术领域，更具体地说，它涉及一种基于单片机的护眼灯频闪检测仪。

背景技术

护眼灯的基本工作原理就是把低频闪提高至高频闪，它使用了变频电子镇流器，加快闪烁速度，提高到每秒闪烁几千次甚至几万次，闪烁的速度超过了人眼的神经反应速度，因此在这种灯光下学习、办公，人们会觉得眼睛比较舒服。荧光粉在几个毫秒下有余辉，所以就不会产生所谓的明暗变化，没有明暗变化也就没有了频闪。实际上，在频率为几万赫兹且振幅稳定的信号驱动下，荧光灯将连续发光“无频闪”现象。

护眼灯频闪的因素、频闪效应和频闪深度：

频闪：即电光源光通量波动的深度，波动深度越大，频闪深度越大。二是频闪效应即电光源频闪在人视觉上产生的负效应。频闪深度越大，负效应越大，危害越严重。

频闪与频闪效应，跟电光源种类，及其技术性能具有直接的关系。不同种类与不同技术性能的电光源，其频闪与频闪效应危害程度也不同。

当前，在生产领域、日常生活中。应用最广泛的传统电光源，主要有白炽灯、高压汞灯、高压钠灯、金卤灯、直管型(电感式)日光灯。由于其技术品质的原因，频闪深度和频闪效应危害严重。

而目前市场上对于光强测试护眼灯的专业仪器较少，且较贵。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种基于单片机的护眼灯频闪检测仪，能够对护眼灯频闪进行有效的检测。

本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种基于单片机的护眼灯频闪检测仪，包括顺次电连接的信号接收器、信号处理器和数据显示器；

信号接收器用于接收护眼灯的频闪信息，信号处理器包括与信号接收器电连接的运算放大器，运算放大器顺次电连接L-C滤波电路、电压比较器、电压跟随器、反相电压放大器和施密特触发电路；施密特触发电路与数据显示器电连接。

作为一种优选方案，运算放大器型号为LM324。

作为一种优选方案，电压比较器型号为LM339。

作为一种优选方案，电压跟随器型号为LM324。

作为一种优选方案，反相电压放大器型号为LM324。

作为一种优选方案，施密特触发电路为555电路。

作为一种优选方案，数据显示器包括与施密特触发电路电连接的单片机，单片机型号为STC52；单片机信号连接一LED显示屏。

作为一种优选方案，信号接收器包括一聚光镜，聚光镜用于对频闪光信号进行聚光。

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：

通过仿真得出基于单片机的护眼灯频闪检测仪是可以实现的。设置输入40kHz的偏移正弦波时，当它通过信号处理电路后，测出仿真波形的结果为40kHz的方波。然后再利用单片机和数码管组成的数显模块，将这40kHz的方波通过单片机测量出来最后通过数码管显示。

附图说明

图1是本实用新型实施例的光电转换模块电路图；

图2是本实用新型实施例的信号处理模块电路图；

图3是本实用新型实施例的光电信号波形图；

图4是本实用新型实施例的函数信号模拟设置图；

图5是本实用新型实施例的函数信号波形图；

图6是本实用新型实施例的运放和电压比较器的电路图；

图7是本实用新型实施例的6端口和7端口的输入信号端口波形图；

图8是本实用新型实施例的6端口和7端口的电压经过LM339进行电压的比较后其输出波形图；

图9是本实用新型实施例的电压跟随器和反相放大电路电路图；

图10是本实用新型实施例的U4A输出信号端口波形图；

图11是本实用新型实施例的施密特触发电路图；

图12是本实用新型实施例的施密特触发电路图的输出波形图；

图13是本实用新型实施例的显示模块电路图；

图14是本实用新型实施例的频率参数设置图；

图15是本实用新型实施例的数据显示器的仿真运行结果图；

图16是本实用新型实施例的输入偏移的正弦波信号赋值图；

图17是本实用新型实施例的输出信号波形图t1波形图；

图18是本实用新型实施例的输出信号波形图t2波形图。

具体实施方式

本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包括”为一开放式用语，故应解释成“包括但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。

本说明书及权利要求的上下左右等方位名词，是结合附图以便于进一步说明，使得本申请更加方便理解，并不对本申请做出限定，在不同的场景中，上下、左右、里外均是相对而言。

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

(一)信号接收：采用光电二极管接收光信号。光电二极管与电路的引线不能过多，引线过长会引起干扰，所以再接收到处理模块连线应尽量的短。

光电二极管的光电流较小，但输出性线性度好，响应时间快；在工作频率高时，要求光电流与入射光强成线性关系时，则一般采用光电二极管。

在信号接收时可以采用一个聚光镜，可以增加接收距离。

由于护眼灯的频率大概在40kHz到50kHz之间。高速带来的处理的速度的要求。

(二)信号处理：中间采用运算放大器实现电压信号的放大，接着采用电感与电容的组合电路的L-C滤波电路(起到平波的作用)实现光信号转换后电压信号的均值。通过比较放大电路来取得高低电平，这时的波形还没达到单片机的识别要求。故再通过555构成的一个施密特触发器来将信号转换为稳定的高低电平。

(三)数据显示：通过采用STC52的单片机接收处理后的高低电平，采用T0计时器的中断功能来获取高低电平次数，然后再通过用四个数码管实现数据的显示。

系统硬件设计

光电转换模块

本设计的光电转换模块采用的光电二极管，其电路的构成如图1所示；

采用光敏二级管作为光电转换模块最主要的原因是：光电二极管虽光电流较小，但输出特性线性度较好，响应时间快；在工作频率高，要求光电流与入射光成线性相关时，则一般采用光电二极管。

信号处理模块，如图2所示；

光电信号输入模块：

对于光电信号的产生考虑设计仿真是是采用的函数信号发生器作为光电信号输入。原因是对于护眼灯而言，高速的频闪最终作用于光电二极管上时的信号近似偏移中性点的正弦波。虽然通过电子镇流器后高频交流电会过零点，但是在灯管的表壁上涂抹有一层银光粉，起到了余辉的作用。所以实际的光强是没有过零点的近似正弦波。

其波形图像如图3所示；

仿真中用函数信号发生器替代：此仿真模拟设置如图4所示；其波形图如图5所示；

运算放大器和电压比较器：

本设计采用了实验中通用的lm324运算放大器(如图6所示)：

U1A是作为一个同相信号放大电路：

其放大的电压倍数近似为：

A1＝1+(R2/R1) (1)

将微弱的电信号放大后经一条支路通过L1电感和C1电容组成的滤波电路，使成正弦波的电压值通过电感时起到了平波的作用。而小电容C1起到的是降噪的作用。6端口和7端口输入端的波形如图7所示

U2A是一个常用的电压比较电路。

6端口和7端口的电压经过LM339进行电压的比较后其输出波形如图8所示；

其输出的电压波形反相且电压值过低，还不能多被单片机所识别，所以还要经过后续处理才行。

电压跟随器和反相放大电路(如图9所示)：

U3A是一个电压跟随器：概括地讲，电压跟随器起缓冲、隔离、提高带载能力的作用。

而U4A则是一个反相的电压放大电路：其输出信号端口波形图如图10所示；

其放大电压倍数为：

A2＝-R2/R1 (2)

施密特触发电路：

此时的电压波形还只是一个正弦波不能产生足够时间的高低电平让单片机识别，故再一次对电压波形进行处理。

这里采用的555构成的施密特触发电路(如图11所示)：

其输出的波形如图12所示；

显示模块

它的全局图如图13所示

所要测试的信号有方波信号源输入到P3.5(即T1的引脚)。另外，P3.2连接按键开关。当按一下按键开关时，则开始进行频率测试。扫描信号与显示信号分别经由P1、P2连接到四位七段数码管。此实验中我们采用的是12MHz的晶振来产生工作频率。

当频率信号为40KHz时，频率参数设置如图14所示；

按下按键开关1s后的的显示结果如图15所示：

表示的是39.9kHz(数显的-号表示位数超过的千位，此时显示的是百位以上的数)，这其中由于晶振的缘故存在一些微小的误差。

仿真结果论证

信号输入如图16所示；

输出信号波形图t₁和t₂两时刻波形图所图17和图18所示

验算结果为：

f＝1/(t₂-t₁) (3)

＝1/[(494.414-469.604)*10^-6]≈40kHz

验算结果与赋值的正弦波频率相同，仿真成功。

本具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种基于单片机的护眼灯频闪检测仪，其特征在于，包括顺次电连接的信号接收器、信号处理器和数据显示器；

信号接收器用于接收护眼灯的频闪信息，信号处理器包括与信号接收器电连接的运算放大器，运算放大器顺次电连接L-C滤波电路、电压比较器、电压跟随器、反相电压放大器和施密特触发电路；施密特触发电路与数据显示器电连接。

2.根据权利要求1所述的基于单片机的护眼灯频闪检测仪，其特征在于，所述运算放大器型号为LM324。

3.根据权利要求1所述的基于单片机的护眼灯频闪检测仪，其特征在于，所述电压比较器型号为LM339。

4.根据权利要求1所述的基于单片机的护眼灯频闪检测仪，其特征在于，所述电压跟随器型号为LM324。

5.根据权利要求1所述的基于单片机的护眼灯频闪检测仪，其特征在于，所述反相电压放大器型号为LM324。

6.根据权利要求1所述的基于单片机的护眼灯频闪检测仪，其特征在于，所述施密特触发电路为555电路。

7.根据权利要求1至6任一所述的基于单片机的护眼灯频闪检测仪，其特征在于，所述数据显示器包括与施密特触发电路电连接的单片机，单片机型号为STC52；单片机信号连接一LED显示屏。

8.根据权利要求1至6任一所述的基于单片机的护眼灯频闪检测仪，其特征在于，所述信号接收器包括一聚光镜，聚光镜用于对频闪光信号进行聚光。

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