簡易LED光電特性測試裝置設(shè)計

當(dāng)入射光投射到TCS3200上時，通過光電二極管控制引腳S2、S3的不同組合，可以選擇不同的濾波器;經(jīng)過電流到頻率轉(zhuǎn)換器后輸出不同頻率的方波(占空比是50%)，不同的顏色和光強(qiáng)對應(yīng)不同頻率的方波;還可以通過輸出定標(biāo)控制引腳S0、S1,選擇不同的輸出比例因子，對輸出頻率范圍進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)不同的需求。

因為STM32工作頻率較高，因此將S0和S1直接接高電位，使輸出比例因子為100%.S2和S3利用STM32的引腳進(jìn)行控制，顏色傳感器的輸出信號用STM32編程實現(xiàn)測頻。

3.測量數(shù)據(jù)運算及處理

STM32的軟件系統(tǒng)設(shè)計中主要包括液晶顯示，按鍵處理，DAC控制，ADC控制，顏色傳感器控制及計數(shù)測量，這些模塊都比較簡單，在此不再贅述，下面主要介紹一下LED光學(xué)特性測量的數(shù)據(jù)運算及處理程序。

物體顏色的定量度量是一個涉及觀察者的視覺生理、視覺心理、照明條件以及觀測條件等諸多因素的復(fù)雜問題。CIE(國際照明委員會)從1931年開始發(fā)布了一系列色度學(xué)系統(tǒng)，規(guī)定了一整套顏色測量的原理、數(shù)據(jù)和計算方法，形成了奠定現(xiàn)代色度學(xué)基礎(chǔ)的CIE標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)。

根據(jù)CIE的推薦，光源的色度可采用三刺激值X,Y,Z和色品坐標(biāo)表色系統(tǒng)表征。

可以用下述公式將RGB值轉(zhuǎn)為XYZ值：

色品坐標(biāo)同三刺激值的關(guān)系是：

通過顏色傳感器TCS3200測量構(gòu)成光源色度的三基色的比例，得到R,G,B值，經(jīng)過計算就可以得到光源色度的三刺激值X,Y,Z和色品坐標(biāo)x,y,z.有了色品坐標(biāo)，就可以根據(jù)CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)得到光源的亮度，主波長，色純度，相關(guān)色溫等參數(shù)值。式3中的Y值相應(yīng)于人眼中對亮度的響應(yīng)，可用于計算LED發(fā)光亮度。

從色品坐標(biāo)要得到相關(guān)色溫(CCT,Correlated Color Temperature)有很多種方法，其中近似公式法運算簡單，便于實現(xiàn)，精度也可滿足一般要求，當(dāng)3000K

4.實驗結(jié)果

應(yīng)用上述電路，設(shè)計了簡易的LED光電特性測試裝置，并用一些紅、綠、黃、藍(lán)、白等各色LED進(jìn)行了測試，結(jié)果如圖4.圖4(a)為不同顏色LED的伏安特性曲線，圖4(b)為不同顏色LED的發(fā)光亮度與電流的關(guān)系。從圖中可以看出，LED電流隨電壓變化很快，而發(fā)光亮度與電流基本上是線性關(guān)系。這可以作為設(shè)計LED驅(qū)動電路的參考依據(jù)。另外，用Keithley2612高精度源表對伏安特性進(jìn)行了校準(zhǔn)，用照度計對亮度測試進(jìn)行了校準(zhǔn)。實驗結(jié)果表明，通過硬件調(diào)整和軟件補(bǔ)償，結(jié)果誤差可以控制在5%以內(nèi)，達(dá)到實用目標(biāo)。

5.結(jié)束語

本文利用STM32微處理器為核心，顏色傳感器為主要部件，設(shè)計了簡易的LED光電特性裝置，用于測試L E D的伏安特性，發(fā)光強(qiáng)度，相關(guān)色溫，主波長等LED特性。整個系統(tǒng)簡潔，智能，成本低廉，在某些LED的研究和應(yīng)用領(lǐng)域可以代替昂貴的光譜分析儀等專用設(shè)備。實驗結(jié)果表明，測試精度達(dá)到實用要求，本文方案可行。