專利名稱：一種大數量led燈具長時同時在線光電檢測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于測試領域，尤其涉及一種用于對燈具使用壽命進行測試的測試裝置。
背景技術：
近幾年，隨著人們生活水平的提高，城市亮化工程和高速公路網的發展，對室內照 明、道路照明及建筑物的泛光照明的要求日益提高，因此對各種LED照明光源和LED燈具 的需求量越來越大，要求也不斷提高，同時也推動了 LED照明燈具行業的飛速發展，各種高 效、節能的LED新型燈具也不斷出現。 評價任何一種LED燈具的品質如何，關鍵是要看其在實際應用中能達到什么樣的 照明效果和其實際使用壽命如何。 只有在實際應用中產生良好照明效果和具有較長使用壽命的LED燈具才是優質 的燈具。 LED器件是高效長壽命的新光源， 一般壽命可長達幾萬小時。 LED燈具壽命測試，和其它光源一樣，也有加速老化的測試方法和不加速老化的一 般測試方法兩種。加速老化測試方法，需要有加速機制的理論和試驗等效性證明；最為直觀 的是不加速老化測試。 根據《國家半導體照明工程研發及產業聯盟推薦性技術規范LB/T001-2008》(2008 年7月1日發布、2008年9月1日起實施)，LED路燈的壽命測量，不采用加速老化的測試方法。 不論采用何種測試方法，LED燈具的壽命試驗，都需要對燈具進行長時間的在線通 電"點亮"測試，這是一項十分耗時的測試工作。 現有的燈具測試系統，在進行在線通電"點亮"測試時，通常是一對一地進行，即一 套燈具對應一套測試系統，由于在長時間的"點亮"測試過程中，數據的采樣頻率為分鐘/ 次或數十分鐘/次，故作為測試系統中的重要組成部分_裝載有測試/記錄軟件的微機系 統，在這種測試方式下的利用率是非常低的。 為便于測試系統同時進行大數量(對一個國家級的檢測中心而言，通常會是幾十 套或上百套)、長時間(通常至少為數千小時)的LED燈具的壽命測試評價，為需要其全測 試過程的集中管理和測試數據的集中處理，需要采用大數量、甚至幾百個LED燈具同時在 線的光電檢測新方法。 為了充分發揮裝載有測試/記錄軟件的微機系統的作用，在采用光電檢測 元件/探測器為檢測源的LED燈具壽命檢測系統(如同本申請人此前申請的，申請 號為CN200910054184. 9，名稱為"一 種LED燈具流明效率測試方法"以及申請號為 CN200920077654.9，名稱為"一種LED燈具流明效率測試裝置"中所公開的測試方法/裝置) 中，采用多對一的系統結構(即多套燈具光電探測器檢測源及其附屬的信號變換/傳輸單 元，對應一套測試/記錄微機系統)是十分有必要且可行的；現在微機的運行速度和數據處理能力，使得一套測試/記錄微機系統完全可以同時勝任/應對上百臺/套光電檢測源的 數據處理和記錄工作。 在上述技術方案中，從位于現場的多套燈具光電探測器檢測源到測試/記錄微機 系統之間的信號傳輸，若采用有線傳輸方式，會帶來大量的接線、布線、敷設以及匯線槽的 架設等問題，如果某條線路出現問題，其線路的查找/分辨是十分困難的，會給整個技術方 案的實施帶來無法克服的困難。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種大數量LED燈具長時同時在線光電 檢測裝置，其采用帶有地址編碼的近程無線信號傳輸方式，使得多對一的LED燈具壽命測 試系統結構得以容易的實現，避免了有線信號傳輸方式的諸多弊端，可同時實施大數量LED 燈具長時光衰減的在線測試，可對大數量LED燈具壽命測試的集中管理和測試數據的集中 處理，其整套測試系統占用空間更小，無需對現有建筑結構進行變動/處理或敷設匯線槽/ 電纜橋架，且更加便于維護。 本實用新型的技術方案是提供一種大數量LED燈具長時同時在線光電檢測裝 置，包括與被測LED燈具數量相對應的多個光電探測器組和一套裝載有測試/記錄軟件的 終端微機系統，其特征是在所述各光電探測器組的信號輸出端，分別依次對應設置前置放 大器、A/D變換模塊和帶有地址編碼的無線發射模塊；在所述終端微機系統的信號輸入端， 設置一個受單片機控制的無線數據接收模塊；所述的無線數據接收模塊經過串行數據接口 與終端微機系統連接；所述的無線數據接收模塊和多個無線發射模塊構成多對一的、星型 網絡拓撲結構的近程無線信號傳輸單元。 其所述的近程無線信號傳輸單元為基于IEEE 802. 15. 4標準通訊協議的近程無 線數據發射/接收電路。 其所述的近程無線信號傳輸單元為ZigBee無線數據傳輸電路或無線單片機電 路。 其所述的單片機為ARM微處理器電路。 所述的ARM微處理器電路與ZigBee模塊構成了一個無線串口集線器，將多個無線 數據發射電路按時序和地址編碼所發射的無線數據信號采用星型無線網絡的電路拓撲結 構經串口送入終端微機進行相應的數據采集、處理和顯示或輸出。 其所述的光電探測器組包括依次設置的中性光強衰減器、視見函數匹配濾光片、
光電探測器、基板和設置于基板背面的貼片式溫度傳感器。 與現有技術比較，本實用新型的優點是 1.采用帶有地址編碼的無線信號傳輸方式，使得多對一的LED燈具壽命測試系統 結構得以容易的實現，避免了有線信號傳輸方式的諸多弊端； 2.采用ZigBee無線數據傳輸電路構建近程無線信號傳輸單元，大大簡化了系統 電路結構，減少了外圍電路元件的數量，使用方便，工作可靠，價格低廉，為整個系統的長時 間穩定工作提供了可靠的保證； 3.采用多對一的系統拓撲結構，充分發揮了終端微機系統的工作效率，滿足了測 試系統同時對大數量的LED燈具進行長時間、連續的壽命/光衰減指標測評的需要，填補了現有LED燈具測試方法和測試裝置的空白。
圖1是本裝置的系統組成方框圖； 圖2是光電探測器的結構示意圖； 圖3是ZigBee模塊實施例的線路圖； 圖4是網絡初始化流程框圖。 圖中1為被測LED燈具，2為光電探測器組，3為前置放大器，4為A/D變換模塊，5 為無線發射模塊，6為發射天線，7為接收天線，8為無線接收模塊，9為單片機，10為終端微 機，31為中性光強衰減器，32為視見函數匹配濾光片，33為光電探測器，34為基板，35為貼 片式溫度傳感器。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型做進一步說明。 圖1中，本技術方案中的檢測裝置，包括被測LED燈具1和與之對應設置的光電探 測器組2，其光電探測器組的數量與被測LED燈具的數量相對應。 換句話說，每個被測LED燈具，均有一個光電探測器組與之對應；當測試系統同時 進行大數量、長時間的LED燈具的壽命測試評價時，會有幾十個、甚至幾百個LED燈具同時 進行在線通電"點亮"測試，則此時相應的光電探測器組也會設置有幾十個、甚至幾百個與 之對應，這就是前文所稱的"大數量"的含義。 在各光電探測器組2的信號輸出端，依次對應設置前置放大器3、 A/D變換模塊4
和帶有地址編碼的無線發射模塊5，其所發射的無線信號通過發射天線6傳輸。 設置一個受單片機9控制的無線數據接收模塊8，其通過接收天線7接收各無線發
射模塊發射的無線數據信號。 無線數據接收模塊8經過串行數據接口與終端微機系統10連接。 無線數據接收模塊和多個無線發射模塊構成多對一的、星型網絡拓撲結構的近程
無線信號傳輸單元。 其單片機從無線信號傳輸單元中同時接收254個具有不同地址編碼的無線發射 模塊所傳輸的數據組，使終端微機系統能夠按確定的地址編碼識別所傳輸的數據，進行實 時自動巡檢并采集各被測LED燈具所對應的光強變化數據，分別對每一個被測LED燈具或 任意選擇的被測LED燈具，實施測試管理和集中數據處理。 前述的單片機，可采用ARM微處理器電路。 前述的近程無線數據發射/接收電路，可采用基于IEEE 802. 15. 4標準通訊協議 的ZigBee模塊電路。 實際應用時，其近程無線信號傳輸單元優選為ZigBee無線數據傳輸電路或無線 單片機電路。 ZigbBee是一種新興的短距離、低速率、低功耗無線網絡技術，它是一種介于無線 標記技術和藍牙之間的技術提案。它此前被稱作"HomeRF Lite"或"FireFly"無線技術， 主要用于近距離無線連接。[0041] Zigbee技術是一種具有統一技術標準的短距離無線通信技術。其物理層和介質訪 問控制層協議為IEEE802. 15. 4協議標準，網絡層和安全層由Zigbee聯盟制定，應用層的開 發應根據用戶自己的需要，對其進行開發利用。 在無線通信技術上，采用免沖突多載波信道接入(CSMA-CA)方式，有效地避免了 無線電載波之間的沖突。此外，為保證傳輸數據的可靠性，建立了完整的應答通信協議。 Zigbee設備為低功耗設備，其發射輸出功率為0 3. 6dBm，通信距離通常為30 70m，具有能量檢測和鏈路質量指示能力，根據這些檢測結果，設備可以自動調整發射功率， 在保證通信鏈路質量的條件下，最低限度地消耗設備能量。 在組網性能上，Zigbee可以構造為星型網絡或者點對點對等網絡；在每一個 Zigbee組成的無線網絡中，連接地址碼分為16bit短地址碼或者64bit長地址碼，具有較大 的網絡容量。 實際上，本技術方案的無線數據接收模塊是利用ARM微處理器和ZigBee模塊構成 了一個無線串口集線器，將多個無線數據發射電路按時序和地址編碼所發射的數據信號采 用星型無線網絡的電路拓撲結構經串口送入終端微機進行相應的數據采集、處理和顯示或 輸出。 在圖2中，每個光電探測器包括依次設置的中性光強衰減器31、視見函數匹配濾 光片32、光電探測器33、基板34和設置于基板背面的貼片式溫度傳感器35。 關于光電探測器，可參考本申請人此前所申請的，申請號為CN 200910054184. 9， 名稱為"一種LED燈具流明效率測試方法"以及申請號為CN 200920077654. 9，名稱為"一 種LED燈具流明效率測試裝置"中所公開的相關內容，在此不再敘述。 在圖3中，給出了 ZigBee模塊CC2430的一個應用線路圖，可見其具有非常少的外 圍元件和連接線路。 其中芯片CC2430只給出了所用到的管腳。使用一個非平衡天線A，連接非平衡變 壓器使接收性能更好，電路中的非平衡變壓器由電容C4和電感L3、 Ll、 L2以及一個PCB微 波傳輸線組成，整個結構滿足RF輸入/輸出匹配電阻(50Q)的要求。 其內部T/R交換電路完成LNA與PA之間的交換。 Rl和R2為偏置電阻，電阻R2主要用來為晶振XTAL提供一個合適的工作電流。用 1個石英諧振器XTAL1和2個電容C5和C6構成一個頻率(例如，32MHz)的晶振電路；用1 個石英諧振器XTAL2和2個電容C2和C3構成另一個頻率(例如，32. 768kHz)的晶振電路。 Cl和C7是去耦合電容，用來電源濾波，以提高芯片工作的穩定性。 ZigBee模塊是針對塊速、高效、穩定應用的產品開發而準備的模塊，它將ZigBee 芯片必須要外接的器件，以及高頻走線等復雜過程隱藏起來，用戶不需要了解射頻知識，直 接按照普通芯片的形式使用即可，大大的降低了 ZigBee網絡的硬件設計難度。 關于ZigbBee模塊，現在已經有很多成熟的市售產品，常見的Zigbee無線信號傳 輸平臺都是由一個8位或16位的單片機和Zigbee射頻芯片組成。隨著芯片設計的發展，目 前出現了無線單片機，即將處理器模塊和射頻模塊集成在同一個芯片中。Ti-Chipcon公司 的CC2430就是如此，CC2430集成了 Zigbee射頻前端、ROM和8051微控制器在一個芯片內， 而且大小僅為7mmX7mm，這樣就使得設備集成度高、外圍器件很少、外形很小；在接收和發 射模式下，電流損耗分別低于27mA或25mA，并且支持四種休眠機制，可以大大地降低功耗；CC2430工作在2. 4GHz的免費頻段，而且芯片價格比較低廉，使用成本很低，所以CC2430很 符合Zigbee無線數據信號傳輸網絡平臺的設計要求。 此外，美國MaxStream公司的ZigBee/802. 15. 4RF模塊XBee (室內發射/接收距 離為30米)或XBee-PRO(室內發射/接收距離為100米)，則具有更加高的集成化程度，建 立RF通信無需任何配置，其只需插上天線，接通電源，簡單的把數據輸入到一個模塊，數據 就能自動的被發送到無線連接的另一端，也可使用簡單AT命令進行高級配置，大大簡化了 硬件的構建工作量。 在發射/接收通訊距離較近時，還可選用Chipncon AS公司的諸如CC1100之類的 低成本低能耗RF收/發芯片。 關于各種ZigBee模塊的具體工作原理和應用電路，可以參考各芯片/模塊的生產 廠商的產品資料，其還會提供各自芯片的標準應用電路和相應元件的優選參數，故其進一 步的信息在此不再敘述。 圖4中，給出了無線通訊網絡的網絡初始化流程。 針對該系統的實際應用場合，網絡拓撲采用典型的星型結構一個中心節點(即 前述的無線數據接收模塊)擔任網絡協調器，其他各檢測點的無線發射模塊相當于無線傳 感器網絡中的RFD節點，只與中心節點通信。 關于ZigBee無線網絡模塊的具體構建，可參考"嵌入式工控網"(www. embedcontrol. com)上ZigBee模塊ZICM2410應用開發指南中的相關內容，在此不再敘述。 根據《國家半導體照明工程研發及產業聯盟推薦性技術規范LB/T001-2008》(2008 年7月1日發布、2008年9月1日起實施)，每一個LED燈具的壽命試驗初始值測量1000 小時，為41天多；繼續的測試5000小時，為208天多。 因此，每一個路燈，至少要進行的6000小時(將近250天)的連續測試(壽命測 量)工作，這也體現了前文所述的"長時"或"長時間"的含義。 按照"聯盟"推薦的技術規范，該項壽命實驗還需要"測量多個同類型LED路燈以 得到LED路燈的平均壽命"。因此，每一種類LED路燈的測試工作，實際上是十分耗時、耗費 的測試工作。 本實用新型采用與被測LED燈具數量相當的光電探測器組和無線數據傳輸發射 裝置，分別將LED燈具的光電數據和光電探測器自身的溫度數據發射至無線接收系統。無 線數據接收系統可同時接收數百個大數量LED燈具輸出光強變化數據和各個光電探測器 自身溫度數據，并通過串口輸入終端計算機。 具體地說，光電探測器件組直接接收各個LED燈具的光輸出并使其電信號化；光 電探測器和溫度傳感器的輸出信號分別經前置放大器和A/D模塊，實現模擬信號的數字化 輸出；將數字信號送入無線發射模塊，無線發射模塊按時序和地址編碼分別將光電數據和 溫度數據發射至無線數據傳輸接收系統。 無線數據接收系統中的無線數據傳輸接收模塊，對所接收的數據信號，進行無線 網絡集中采集，并通過串口輸入計算機。其無線數據接收系統可實施穩定的自動巡檢、同時 接收數百個大數量LED燈具輸出光強變化數據和各個光電探測器溫度數據并輸入終端計 算機。 在LED燈具在線光電檢測系統中采用ZigBee模塊構建多對一的、星型網絡拓撲結構的近程無線信號傳輸單元，其優點是十分明顯的 1、省電使用電池供電支持長達6個月到5年左右的使用時間(根據發射功率和 頻率)； 2、可靠采用了碰撞避免機制，同時為需要固定帶寬的通信業務預留了專用時隙， 避免了發送數據時的競爭和沖突；節點模塊之間具有自動動態組網的功能，信息在整個 Zigbee網絡中通過自動路由的方式進行傳輸，從而保證了信息傳輸的可靠性； 3、時延短針對時延敏感的應用做了優化，通信時延和從休眠狀態激活的時延都 非常短； 4、網絡容量大可支持達65000個節點； 5、安全ZigBee提供了數據完整性檢查和鑒權功能，加密算法采用通用的 AES-128 ; 6、高保密性64位出廠編號和支持AES-128加密。 采用本申請的技術方案，可同時實施大數量LED燈具長時間光衰減的在線測試， 可實現大數量LED燈具壽命測試的集中管理和測試數據的集中處理。應用本檢測裝置，還 可將LED燈具壽命測試數據，通過無線或有線網絡隨時發送給送檢的客戶。送檢的客戶可 隨時在網絡上查到他們送檢燈具在中心實驗室的在線監測數據和動態，便于雙方及時掌握 試驗情況。 本實用新型不僅僅局限于應用在大數量LED燈具長時光衰減的在線測試，原則上 還可廣泛用于一般燈具的測試領域，容易普及到評價實驗室。
權利要求一種大數量LED燈具長時同時在線光電檢測裝置，包括與被測LED燈具數量相對應的多個光電探測器組和一套裝載有測試/記錄軟件的終端微機系統，其特征是在所述各光電探測器組的信號輸出端，分別依次對應設置前置放大器、A/D變換模塊和帶有地址編碼的無線發射模塊；在所述終端微機系統的信號輸入端，設置一個受單片機控制的無線數據接收模塊；所述的無線數據接收模塊經過串行數據接口與終端微機系統連接；所述的無線數據接收模塊和多個無線發射模塊構成多對一的、星型網絡拓撲結構的近程無線信號傳輸單元。
2. 按照權利要求1所述的大數量LED燈具長時同時在線光電檢測裝置，其特征是所述 的近程無線信號傳輸單元為基于IEEE 802. 15.4標準通訊協議的近程無線數據發射/接收 電路。
3. 按照權利要求1所述的大數量LED燈具長時同時在線光電檢測裝置，其特征是所述 的近程無線信號傳輸單元為ZigBee無線數據傳輸電路或無線單片機電路。
4. 按照權利要求1所述的大數量LED燈具長時同時在線光電檢測裝置，其特征是所述 的單片機為ARM微處理器電路。
5. 按照權利要求3或4所述的大數量LED燈具長時同時在線光電檢測裝置，其特征是 所述的ARM微處理器電路與ZigBee模塊構成了一個無線串口集線器，將多個無線數據發射 電路按時序和地址編碼所發射的無線數據信號采用星型無線網絡的電路拓撲結構經串口 送入終端微機進行相應的數據采集、處理和顯示或輸出。
6. 按照權利要求1所述的大數量LED燈具長時同時在線光電檢測裝置，其特征是所述 的光電探測器組包括依次設置的中性光強衰減器、視見函數匹配濾光片、光電探測器、基板 和設置于基板背面的貼片式溫度傳感器。
專利摘要一種大數量LED燈具長時同時在線光電檢測裝置，屬測試領域。包括多個光電探測器組和一套裝有測試軟件的終端微機，其在各光電探測器組的信號輸出端，分別依次對應設置前置放大器、A/變換模塊和帶有地址編碼的無線發射模塊；在終端微機的信號輸入端，設置一個受單片機控制的無線數據接收模塊，無線數據接收模塊經過串行數據接口與終端微機連接；所述無線數據接收模塊和多個無線發射模塊構成多對一的、星型網絡拓撲結構的近程無線信號傳輸單元。其避免了有線信號傳輸方式的諸多弊端，使用方便，工作可靠，為整個系統的長時間穩定工作提供了可靠的保證；適用于應用在大數量LED燈具長時光衰減的在線測試，還可用于一般燈具的測試領域。
文檔編號G01R31/44GK201477198SQ20092020786
公開日2010年5月19日 申請日期2009年8月14日 優先權日2009年8月14日
發明者莊松林, 施誠良, 李抒智, 楊衛橋, 蘇錦文, 馬可軍 申請人:上海半導體照明工程技術研究中心;上海光學儀器研究所