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(biāo)之一。針對傳統(tǒng)的臺燈光度性能檢測存在的弊端，依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)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(shù)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(shù)據(jù)并計算，實現(xiàn)測試結(jié)果的快速輸出。

關(guān)鍵詞：臺燈;光照度;TSL2561數(shù)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(xué)生。一般臺燈的主要性能評價指標(biāo)包括光度性能、光源的光色度、頻閃及眩光等，其中光度性能是臺燈最基本、最重要的指標(biāo)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(jié)果準(zhǔn)確性和一致性低。因此，本文設(shè)計了一種新型的臺燈光度性能快速檢測系統(tǒng)，可以實現(xiàn)臺燈光度性能的快速自動檢測和結(jié)果輸出，降低人工檢測對檢測結(jié)果準(zhǔn)確性和一致性的影響，提高檢測效率。

1 測試方法

按國家標(biāo)準(zhǔn)《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(biāo)主要包括桌面照度及照度均勻度[1]。其中，照度均勻度為每個區(qū)域內(nèi)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(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(shè)計方案

2.1? ? 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

臺燈光度性能快速檢測系統(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(jīng)過串口連接到計算機，通過計算機運算和分析，實現(xiàn)測試結(jié)果的輸出。

2.2? ? 硬件系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)圖2的設(shè)計結(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、靈活配置的光強度數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片，可以將光強信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號輸出，具有標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)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(yīng)用中提供靈活的解決方案，適合本系統(tǒng)多個傳感器的數(shù)據(jù)接收。

本系統(tǒng)的硬件連接電路如圖3所示。

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

2.3? ? 軟件系統(tǒng)設(shè)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(shè)計控制程序，建立起與MCU的連接。利用VB窗口屬性框，可實現(xiàn)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(qū)動MCU，啟動TSL2561進行光照采集，采集的信號數(shù)據(jù)存儲并傳輸回計算機，通過運算和分析實現(xiàn)測試結(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TSL2561光照傳感器的光照度檢測數(shù)據(jù)進行存儲，并傳輸?shù)接嬎銠C。STC89C52芯片作為整個系統(tǒng)的樞紐，其能否正確傳輸數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，數(shù)量較多。為實現(xiàn)本系統(tǒng)穩(wěn)定工作，我們對系統(tǒng)進行了一系列調(diào)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(shè)置主從式單片機通信，減少單片機的負載等。經(jīng)過調(diào)試，本測試系統(tǒng)最終實現(xiàn)了穩(wěn)定工作，系統(tǒng)應(yīng)用測試結(jié)果如圖5所示。

4 結(jié)語

本文成功設(shè)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(biāo)準(zhǔn)要求。本系統(tǒng)通過計算機程序控制，可快速實現(xiàn)臺燈光度性能的測試和結(jié)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(yīng)用大大提高了臺燈產(chǎn)品檢測的技術(shù)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(chǎn)品檢測技術(shù)研究工作。