基于LabVIEW的LED结温与光衰监测系统设计

2010-12-01 19:33:54来源: 互联网
  摘要:本文将虚拟仪器应用于LED 结温和光衰的测量中,以LabVIEW 为平台开发的LED结温与光衰监测系统,以计算机为核心,配上传感器数据采集卡和相应软件,对LED 的工作电压、工作电流以及LED 的光照度变化进行监测,实现了自动、连续、在线测量并记录数据,将结果以图形和数字两种方式显示。本系统还有简单实用、高精度、高灵敏度等特点,安全可靠,维护方便快捷,具有很好的可扩展性和应用前景,能够适用于实验室和室外众多环境。

  1.引言

  白光LED 固体光源具有传统光源不可比拟的优势:节能、环保、长寿命、安全可靠等,成为未来照明的趋势。但LED 的PN 结温度对LED 的性能有着重要的影响,会引起色温变化、波长红移、正向压降等,同时影响电子和空穴的非辐射再结合,导致光辐射功率下降,因此成为影响LED 进入普通照明领域的关键,是迫切需要解决的问题。如何测量LED 的结温,已经有了很多相关报道,比如正向电压法、管脚法、蓝白比法等等[2]。目前常用的是正向电压法,它是利用LED 电输运的温度效应,通过测量恒定工作电流下的电压来确定结温,正向电压愈小,结温愈高且基本呈线性关系。本系统基于LabVIEW 图形化软件平台而开发的一种虚拟仪器,目的是在LED 恒定电流工作过程中,通过实时监测正向工作电压而实现对结温的间接测量,同时监测LED 发光强度变化,即通过光照度的变化监测LED 照明灯的光衰。

  2.系统总体设计

  2.1 硬件设计

  LED 结温与光衰监测系统是把非电压信号转化为电压信号,经采集卡采集后由计算机读取、处理、显示、存储。硬件设计部分由驱动电路照度计探头、数据采集卡、计算机组成。其中驱动电路不在系统设计范围内,是被测量对象。系统信号采集示意图见图1。


图1 系统信号采集示意图

  本示意图中电路采用的是电容降压 LED 驱动电路,具有很好的恒流作用。负载为同一批次、物理参数基本相同的18 只小功率LED。所有信号由采集卡采集,通过USB 接口与计算机连接,然后由应用程序完成对采集卡的控制和数据记录与分析。利用计算机使系统软件和采集硬件结合,就可以实现实时数据采集、记录、波形显示,多路信号的同时采集且生成相应的数据表格。

  2.2 数据采集卡

  本系统采用的是由美国NI 公司的USB-6009 型号的多功能数据采集卡,其最高采集速率为48kS/s,8 路模拟输入通道,14 位分辨率,12 条数字I/O 线,2 路模拟输出,以及1个计数器。为了得到更精确的采集数据,避免外界干扰,本系统采用差分式的方式进行电压采集。由六个输入接口形成三个采集通道,同时对三个电压信号采集。可以通过软件对相应的通道进行配置,如:采样频率、电压采集范围等。

  2.3 工作电流的采集

  由于采集卡的信号输入是电压信号,在LED 电路中串联一个电阻,通过采集电阻上的压降,换算出电流。这里采用0.1 Ω 小电阻,可忽略对系统的影响。监测工作电流的目的是为了直接观测到LED 灯工作于恒流状态,结电压的变化只取决于结温的变化。

  2.4 LED 工作电压采集及结温的换算

  根据正向电压法原理,由其他实验得到本实验中LED 的结温Tj 与电压Vj 之间的关系式为:

  式中Vj 为LED 结电压(mv);Tj 为结温(℃)。在18 只LED 中任意选取5 只LED,测量两端电压求平均值即得到单只LED 工作电压。采集的电压信号到结温温度值的标度变换由LabVIEW 程序来实现,标度变换公式为(1)式。

  2.5 光照度的采集

  由于光照度与发光强度之间的光度学关系式[3]E=I/R2,在轴向定距监测LED 光照度的变化,即监测LED 光强变化。利用采集卡采集照度计探头的电压信号,通过光照度同电压的函数关系由LabVIEW 换算得到光照度。通过实验及曲线拟合,得出光照度E(lx)与照度计探头输出电压V(mv)的函数关系式为:

  3.系统软件设计

  本系统以LabVIEW程序作为控制软件。LabVIEW程序是目前国际广泛应用于仪器控制、自动化测试、数据分析处理等领域的编程平台。它是基于图形化的程序语言G的开发软件,使用这种语言编程时,基本上不写程序代码,取而代之的是流程图。LabVIEW程序将计算机与采集卡结合,控制采集卡采集电压模拟信号,并对信号进行分析处理,把信号转换为相应的数据后,以文本形式在计算机中储存和以多种形式在前面板上显示。

  

[1] [2]

关键字:LabVIEW  LED  结温与光衰监测系统

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/szds/2010/1201/article_2319.html
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