一種臺(tái)燈光度性能快速檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

胡蘇軍　陸東亮

摘要：光度性能是臺(tái)燈最重要的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)之一。針對(duì)傳統(tǒng)的臺(tái)燈光度性能檢測(cè)存在的弊端，依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)了一種臺(tái)燈光度性能快速檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用TSL2651數(shù)字光照度傳感器采集臺(tái)燈光照信號(hào)，通過(guò)I2C總線將信號(hào)傳輸至STC89C52單片機(jī)進(jìn)行處理，計(jì)算機(jī)控制軟件接收單片機(jī)數(shù)據(jù)并計(jì)算，實(shí)現(xiàn)測(cè)試結(jié)果的快速輸出。

關(guān)鍵詞：臺(tái)燈;光照度;TSL2561數(shù)字光照度傳感器

0 引言

臺(tái)燈是為閱讀、書(shū)寫(xiě)或類似活動(dòng)提供局部照明的一種可移動(dòng)式燈具。在實(shí)際使用過(guò)程中，臺(tái)燈不僅要能提供足夠的光亮，還需保證視覺(jué)舒適性，不能對(duì)使用者的視力健康造成潛在傷害，特別是對(duì)于智力和身體仍處于生長(zhǎng)期的中小學(xué)生。一般臺(tái)燈的主要性能評(píng)價(jià)指標(biāo)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(tái)燈最基本、最重要的指標(biāo)之一。

目前臺(tái)燈傳統(tǒng)的光度性能測(cè)試方法是采用人工布點(diǎn)，然后人工手持照度計(jì)逐點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量與記錄[1]。該傳統(tǒng)方法存在的缺點(diǎn)主要有：全人工測(cè)試，測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)，檢測(cè)效率低下，測(cè)量誤差偏大，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性和一致性低。因此，本文設(shè)計(jì)了一種新型的臺(tái)燈光度性能快速檢測(cè)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)臺(tái)燈光度性能的快速自動(dòng)檢測(cè)和結(jié)果輸出，降低人工檢測(cè)對(duì)檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性和一致性的影響，提高檢測(cè)效率。

1 測(cè)試方法

按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《讀寫(xiě)作業(yè)臺(tái)燈性能要求》（GB/T 9473—2017），臺(tái)燈光度性能評(píng)價(jià)指標(biāo)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(gè)區(qū)域內(nèi)的最大值與最小值的比值。測(cè)試時(shí)，將臺(tái)燈以正常工作位置安置在水平桌面上，在光源燃點(diǎn)穩(wěn)定后進(jìn)行測(cè)量。以燈具出光口的幾何中心的垂直投影點(diǎn)為圓心，位于眼睛的正前方，在靠近眼睛一側(cè)燈具的投射范圍內(nèi)，離圓心半徑距離為500 mm的1/3扇形內(nèi)，以30°為間隔，在半徑線上進(jìn)行照度測(cè)量，測(cè)試間隔為100 mm，包括圓心。臺(tái)燈照度測(cè)試布點(diǎn)方式如圖1所示。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

2.1? ? 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

臺(tái)燈光度性能快速檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中，光照度傳感器按圖1布點(diǎn)方式布置（共26個(gè)）。本系統(tǒng)工作原理為：每個(gè)光照傳感器采集光信號(hào)后，通過(guò)I2C通信協(xié)議傳輸至微控制單元（MCU）STC89C52處理，然后經(jīng)過(guò)串口連接到計(jì)算機(jī)，通過(guò)計(jì)算機(jī)運(yùn)算和分析，實(shí)現(xiàn)測(cè)試結(jié)果的輸出。

2.2? ? 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)圖2的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，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(shù)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(qiáng)度數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片，可以將光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)輸出，具有標(biāo)準(zhǔn)的I2C總線接口，讀寫(xiě)操作遵循I2C總線協(xié)議的時(shí)序，1～70 000 lx的寬照度范圍非常適合本系統(tǒng)光強(qiáng)度的測(cè)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(nèi)存的可編程Flash存儲(chǔ)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(yīng)用中提供靈活的解決方案，適合本系統(tǒng)多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)接收。

本系統(tǒng)的硬件連接電路如圖3所示。

工作時(shí)，TSL2561的光敏二極管采集光照度信號(hào)，并將其光照度所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)傳送到A/D轉(zhuǎn)換器上，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并寄存至內(nèi)部的數(shù)/模轉(zhuǎn)換寄存器中。TSL2561的SCL時(shí)鐘信號(hào)線和SDA數(shù)據(jù)信號(hào)線與MCU上的I/O口連接，通過(guò)I2C通信協(xié)議，數(shù)據(jù)通過(guò)SCL數(shù)據(jù)端口傳輸至MCU，并存儲(chǔ)在MCU內(nèi)部存儲(chǔ)器中。

2.3? ? 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)程序框圖如圖4所示。

上位機(jī)、計(jì)算機(jī)通過(guò)VB軟件設(shè)計(jì)控制程序，建立起與MCU的連接。利用VB窗口屬性框，可實(shí)現(xiàn)可視化操作界面，直接控制MCU。測(cè)試時(shí)直接在計(jì)算機(jī)操作界面上點(diǎn)擊“測(cè)量”按鈕，即可驅(qū)動(dòng)MCU，啟動(dòng)TSL2561進(jìn)行光照采集，采集的信號(hào)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)并傳輸回計(jì)算機(jī)，通過(guò)運(yùn)算和分析實(shí)現(xiàn)測(cè)試結(jié)果輸出。

3 系統(tǒng)調(diào)試及應(yīng)用

本系統(tǒng)主要是基于MCU的STC89C52芯片，對(duì)TSL2561光照傳感器的光照度檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，并傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。STC89C52芯片作為整個(gè)系統(tǒng)的樞紐，其能否正確傳輸數(shù)據(jù)決定著整個(gè)系統(tǒng)的成敗。本系統(tǒng)需要測(cè)量26個(gè)光照傳感器的數(shù)據(jù)，數(shù)量較多。為實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)穩(wěn)定工作，我們對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了一系列調(diào)試與改進(jìn)。比如：將26個(gè)TSL2561光照傳感器分為兩組，每組使用獨(dú)立的電源進(jìn)行供電，互不干擾;設(shè)置主從式單片機(jī)通信，減少單片機(jī)的負(fù)載等。經(jīng)過(guò)調(diào)試，本測(cè)試系統(tǒng)最終實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定工作，系統(tǒng)應(yīng)用測(cè)試結(jié)果如圖5所示。

4 結(jié)語(yǔ)

本文成功設(shè)計(jì)了一種臺(tái)燈光度性能快速檢測(cè)系統(tǒng)，完全能滿足目前臺(tái)燈光度性能測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)要求。本系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)程序控制，可快速實(shí)現(xiàn)臺(tái)燈光度性能的測(cè)試和結(jié)果輸出，相較于傳統(tǒng)人工測(cè)試方法，降低了人工測(cè)量誤差，提高了檢測(cè)效率。本系統(tǒng)的應(yīng)用大大提高了臺(tái)燈產(chǎn)品檢測(cè)的技術(shù)水平。

收稿日期：2020-03-04

作者簡(jiǎn)介：胡蘇軍（1985—），男，江西吉安人，高級(jí)工程師，從事電器產(chǎn)品檢測(cè)技術(shù)研究工作。