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        一種臺燈光度性能快速檢測系統(tǒng)的設計

        2020-10-21 14:36:42胡蘇軍陸東亮
        機電信息 2020年11期
        關鍵詞:臺燈檢測系統(tǒng)

        胡蘇軍 陸東亮

        摘要:光度性能是臺燈最重要的性能評價指標之一。針對傳統(tǒng)的臺燈光度性能檢測存在的弊端,依據國家標準,設計了一種臺燈光度性能快速檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用TSL2651數字光照度傳感器采集臺燈光照信號,通過I2C總線將信號傳輸至STC89C52單片機進行處理,計算機控制軟件接收單片機數據并計算,實現測試結果的快速輸出。

        關鍵詞:臺燈;光照度;TSL2561數字光照度傳感器

        0 引言

        臺燈是為閱讀、書寫或類似活動提供局部照明的一種可移動式燈具。在實際使用過程中,臺燈不僅要能提供足夠的光亮,還需保證視覺舒適性,不能對使用者的視力健康造成潛在傷害,特別是對于智力和身體仍處于生長期的中小學生。一般臺燈的主要性能評價指標包括光度性能、光源的光色度、頻閃及眩光等,其中光度性能是臺燈最基本、最重要的指標之一。

        目前臺燈傳統(tǒng)的光度性能測試方法是采用人工布點,然后人工手持照度計逐點進行測量與記錄[1]。該傳統(tǒng)方法存在的缺點主要有:全人工測試,測試時間長,檢測效率低下,測量誤差偏大,測量結果準確性和一致性低。因此,本文設計了一種新型的臺燈光度性能快速檢測系統(tǒng),可以實現臺燈光度性能的快速自動檢測和結果輸出,降低人工檢測對檢測結果準確性和一致性的影響,提高檢測效率。

        1 測試方法

        按國家標準《讀寫作業(yè)臺燈性能要求》(GB/T 9473—2017),臺燈光度性能評價指標主要包括桌面照度及照度均勻度[1]。其中,照度均勻度為每個區(qū)域內的最大值與最小值的比值。測試時,將臺燈以正常工作位置安置在水平桌面上,在光源燃點穩(wěn)定后進行測量。以燈具出光口的幾何中心的垂直投影點為圓心,位于眼睛的正前方,在靠近眼睛一側燈具的投射范圍內,離圓心半徑距離為500 mm的1/3扇形內,以30°為間隔,在半徑線上進行照度測量,測試間隔為100 mm,包括圓心。臺燈照度測試布點方式如圖1所示。

        2 系統(tǒng)設計方案

        2.1? ? 系統(tǒng)結構

        臺燈光度性能快速檢測系統(tǒng)結構如圖2所示。其中,光照度傳感器按圖1布點方式布置(共26個)。本系統(tǒng)工作原理為:每個光照傳感器采集光信號后,通過I2C通信協(xié)議傳輸至微控制單元(MCU)STC89C52處理,然后經過串口連接到計算機,通過計算機運算和分析,實現測試結果的輸出。

        2.2? ? 硬件系統(tǒng)設計

        根據圖2的設計結構,本系統(tǒng)的硬件主要包括光照傳感器和微控制單元(MCU)。其中,光照傳感器選用光-數字傳感器TSL2561。TSL2561是TAOS推出的一款高速、低功耗、可編程、靈活配置的光強度數字轉換芯片,可以將光強信號轉化為數字信號輸出,具有標準的I2C總線接口,讀寫操作遵循I2C總線協(xié)議的時序,1~70 000 lx的寬照度范圍非常適合本系統(tǒng)光強度的測量。MCU是系統(tǒng)的核心單元,本系統(tǒng)選用STC89C52芯片。STC89C52芯片具有8K內存的可編程Flash存儲器,便于控制操作,且擁有靈活的8位CPU,能夠在嵌入式控制應用中提供靈活的解決方案,適合本系統(tǒng)多個傳感器的數據接收。

        本系統(tǒng)的硬件連接電路如圖3所示。

        工作時,TSL2561的光敏二極管采集光照度信號,并將其光照度所對應的電信號傳送到A/D轉換器上,將電信號轉換為數字信號,并寄存至內部的數/模轉換寄存器中。TSL2561的SCL時鐘信號線和SDA數據信號線與MCU上的I/O口連接,通過I2C通信協(xié)議,數據通過SCL數據端口傳輸至MCU,并存儲在MCU內部存儲器中。

        2.3? ? 軟件系統(tǒng)設計

        本系統(tǒng)程序框圖如圖4所示。

        上位機、計算機通過VB軟件設計控制程序,建立起與MCU的連接。利用VB窗口屬性框,可實現可視化操作界面,直接控制MCU。測試時直接在計算機操作界面上點擊“測量”按鈕,即可驅動MCU,啟動TSL2561進行光照采集,采集的信號數據存儲并傳輸回計算機,通過運算和分析實現測試結果輸出。

        3 系統(tǒng)調試及應用

        本系統(tǒng)主要是基于MCU的STC89C52芯片,對TSL2561光照傳感器的光照度檢測數據進行存儲,并傳輸到計算機。STC89C52芯片作為整個系統(tǒng)的樞紐,其能否正確傳輸數據決定著整個系統(tǒng)的成敗。本系統(tǒng)需要測量26個光照傳感器的數據,數量較多。為實現本系統(tǒng)穩(wěn)定工作,我們對系統(tǒng)進行了一系列調試與改進。比如:將26個TSL2561光照傳感器分為兩組,每組使用獨立的電源進行供電,互不干擾;設置主從式單片機通信,減少單片機的負載等。經過調試,本測試系統(tǒng)最終實現了穩(wěn)定工作,系統(tǒng)應用測試結果如圖5所示。

        4 結語

        本文成功設計了一種臺燈光度性能快速檢測系統(tǒng),完全能滿足目前臺燈光度性能測試的標準要求。本系統(tǒng)通過計算機程序控制,可快速實現臺燈光度性能的測試和結果輸出,相較于傳統(tǒng)人工測試方法,降低了人工測量誤差,提高了檢測效率。本系統(tǒng)的應用大大提高了臺燈產品檢測的技術水平。

        收稿日期:2020-03-04

        作者簡介:胡蘇軍(1985—),男,江西吉安人,高級工程師,從事電器產品檢測技術研究工作。

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