采用LabVIEW编程的LED非接触式结温检测系统

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采用 LabVIEW 编程的 LED非接触式结温检测系统 张晶晶，等采用 LabVIEW编程的 LED非接触式结温检测系统Non—contact LED Junction Temperature Detection System Based on LabVI EW品品 游 阮耍跨 袁 士孽(中国科学院上海技术物理研究所‘，上海 200083；常州光电技术研究所 ，江苏 常州 213164)摘 要：基于非接触式 LED结温检测方法，以计算机、恒压源、脉冲电流源、光纤光谱仪为硬件，以LabVIEW8．6为软件开发平台，设计了LED非接触式结温检测系统。该系统主要由电流源的控制输出、光谱数据采集和数据处理三部分组成，其中电源的控制输出主要通过VISA虚拟仪器体系结构调用 SCPI命令完成；数据采集部分主要实现对光谱数据的采集与存储；数据处理部分主要通过LabVIEW调用 Origin8．0数据分析软件实现。该系统具有高效、方便、快捷等优点。

关键词：LabVIEW LED 非接触式 结温检测 曲线拟合中图分类号：TH811 文献标志码 ：AAbstract：Based on non-contact LED junction temperature detection method，with computer，constant voltage source，pulse current source andoptic fiber spectrometer as the hardware，LabVIEW8．6 software as the software developing platform，the LED non—contact junction temperaturedetection system has been designed．The system mainly consists of three parts，i．e．，control output of current source，spectral data acquisition，and data processing．Th e control output of current source is accomplished via caling SCPI command of VISA；the colection and storage ofspectral data is completed by data acquisition parts；and the data processing part is implemented through LabVIEW caling Origin8．0 dataanalysis software．The system has advantages of efficient，convenient and fast.

Keywords：LabVIEW LED Non．contact Junction temperature detection Curve fiting0 引言LabVIEW是一种程序开发环境，由美国国家仪器(NI)公司研制开发，类似 于 C和 Basic开发环境。

LabVIEW与其他计算机语言的显著区别是：其他计算机语 言都是采用基于文本 的语言产生代码。而LabVIEW 使 用 的是 图形化编辑语 言编 写程序。

LabVIEW作为目前应用广、发展快、功能强的图形化软件集成开发环境，与同类软件有着不可比拟的优势，其编程效率高、开发周期短，尤其适合于大型的数据采集系统设计 ¨]。

目前。国外厂家生产的各种型号的仪器一般都提供了基于 LabVIEW 的子 vI或动态连接库．这大大方便了系统设 计者进 行二次 开发。本文设计 了基 于LabVIEW 的 LED非接触式结温检测系统。

1 非接触式结温检测方法与传统光源相 比，大功率 白光 LED具有体积小 、修改稿收到 日期：2012—10—11。

第一作者张晶晶(1987一)，男，现为中国科学院上海技术物理研究所在读博士研究生：主要从事大功率白光LED阵列结温光谱检测技术方面的研究。

《自动化仪表》第34卷第9期 2013年9月寿命长、抗震动、瞬时启动和节能环保等优点。近年来，随着制造技术的迅速发展。白光 LED在各种照明环境特别是普通照明领域已经得到越来越广泛的应用，在不久的将来很有可能取代荧光灯等传统光源，在日常照明中占主导地位 ]。但是大功率白光 LED结温的光输出效率及其工作寿命随 LED温度的升高而迅速降低 ，因此 ，检测 LED正常工作时的各芯片结温具有重要的意义[5-6]。

文献[7]提出利用光谱中的白蓝比随结温变化的规律测试结温，文献[8]提出利用光谱中的蓝光峰值波长随结温偏移的规律测试结温。以上两种方法都是非接触式的结温检测方法。相比于前向电压法[9]，这两种方法不需要额外接人探测电极进行电压采集 。只需要通过光谱仪采集 LED发光光谱 、接人驱动电源线即可测得 LED的结温。因此，具有高效、方便、快捷的优点。本文采用非接触式的检测方法对 LED灯进行结温测量。

2 系统硬件设计LED非接触式结温检测系统主要通过检测 LED发光时的光谱特征随结温变化的规律进行 LED结温检测。结温检测系统由计算机、温控箱、恒压源 、脉冲37采用 LabVIEW 编程的 LED非接触式结温检测系统 张晶晶，等电流源、光谱仪组成，其结构如图1所示。

图 1 系统结构框 图Fig．1 Structure of the system图1中．温控箱为LED提供测试所需的不同环境温度点；计算机控制恒压源为脉冲电流源提供稳定的直流电压：脉冲电流源驱动LED发光后，光谱仪采集光谱数据并传递到计算机中进行分析处理，根据拟合算法计算出被测 LED灯的结温参数。

3 系统软件设计系统软件主要实现三大功能：电源的控制输出、光谱数据的采集及数据的分析处理。这三大功能相对独立．所以系统软件采用模块化设计，以降低程序复杂度，使程序设计、调试和维护等操作简单化，同时具有较好的可移植性测试系统分为三个功能模块进行设计：电源控制输出模块、数据采集模块、数据分析处理模块。电源控制输出模块主要实现对直流恒压源与脉冲电流源的通信控制．以施加合适的电流驱动 LED发光；数据采集模块通过控制光谱仪采集LED发光光谱数据并保存：数据分析处理模块则通过调用 Origin软件对光谱数据进行分析处理，然后计算LED结温。

3．1 电源控制输出模块电源控制输出模块利用虚拟仪器体系结构(virtualinstrument software architecture．VISA)库 函数和可编程仪器标准命令 (standard commands for programmableinstruments．SCH)命令混合编程。VISA是仪器编程的标准 I／O API，广泛应用于控制 GPIB、串El、USB、以太网、PXI或VXI仪器，用户可根据使用仪器的类型调用相应的驱动程序。SCPI是用于仪器编程的 ASCI命令字符串的标准。它为控制器与仪器之间的通信定义了通用的语法、命令结构和数据格式[9 。

从总体上看．SCPI命令可分成以下两组：SCPI通用命令和仪器指定的SCPI命令。SCPI通用命令与仪器的测量无关．主要用来控制重设、自我测试以及状态操作 l卜”]。仪器指定的SCPI命令完成针对该仪器所实现的特定功能脉冲源仪器指定的部分 SCPI命令如表 1所示。

表 1 脉冲源指定的部分 SCPI命令Tab．1 Partial SCPI conmmnds specifed by purse cmTent source序号 SCPI命令 命令功能电源控制输出模块主要通过通信协议来完成对硬件设备的输出模式及各种参数的设置和使能输出，并实时读取各路输出通道的电流电压值；同时，根据反馈的参数及时处理异常情况并进行实时显示。电源控制输出模块的主程序如图2所示。首先设置供电电压源的电流电压值 ，然后根据面板操作对电流输出模式进行设置。输 出模式分为恒流输 出模式或脉冲输出模式，可以设置恒流的电流电压值，也可以设置脉冲的周期、脉冲宽度和上升时间等参数。

( 塑 )已设置供电电进入循环设置各路电流输出参数点亮／关闭各路输出检测各路输出状态及电压电流值_、设置输出供电电流二工 输出使能，设置已输出标志二工 检测输出电压、电流值图2 电源设置程序框 图Fig．2 Flowchart of power supply seting program在程序设 计 中，各 路输 出通道 开关使 用 的是LabVIEW 中的事件结构 ，用于对每一路 LED的输}J进行操作。用户可以根据每一路开关的设置，对每一路电源的输出进行独立的开关操作。使用事件结构可以减少 CPU的占用率 ，及时响应用户的操作，极大地改善界面的处理速度。程序中也设置了全开／全关按钮，通过此按钮，可以将所有开关控件属性节点的值设置为全逻辑 1或者逻辑 0。同时打开或者关闭所有输出，简化操作流程。

3．2 光谱仪数据采集模块光谱仪数据采集模块由三个顺序帧构成。光潜仪软件模块打开后，在第 0帧内将 ROM内存储的设3 8 PROCESS AUTOMATION INSTRUMENTATION Vo1．34 No．9 September 2013甲 囱妣 一] = ～茸甲采用 LabVIEW 编程的 LED非接触式结温检测系统 张晶晶，等置参数读入光谱仪内的 FPGA；第 1帧用于实现采集参数的设置与光谱数据的采集；第 2帧用于将当前FPGA内的参数存人 ROM中．以便下次光谱采集 时使用。

光谱仪数据采集模块的第 1帧是该模块的核心部分。该帧是一个循环结构，通过对标志位的判断，进入不同的结构分支，以实现数据采集等待、数据采集及数据保存功能。循环结构可以使程序框图界面清晰，避免程序中出现繁杂的连线及条件判断语句。光谱仪数据采集模块程序流程图如图 3所示。

读取光谱仪ROM内设置参数进入循环相应标志判断Ir上’一 ???一 、 开始采集< 将面板上的 l I 光谱数据 参数读入光谱仪 l显示及保存
尼● ● ●标志=开始采集 光谱采集 l l 标志=等待 I 标志=等待●标志 采集完成， l 、’ 否— 乏 二： ：． 一●是退出循环将新的设置参数存储至光谱仪ROM图 3 采 集模块程序 流程 图Fig．3 Flowchart of data acquisition module3．3 数据分析处理模块数据分析处理模块主要用于完成对光谱中的各项光谱特征进行分析处理并计算 LED结温。通过调用Origin软件进行曲线拟合等相关的数据处理。数据平均及曲线拟合可以有效减小由于噪声对光谱测试结果的影响。

Origin8．0是OriginLab公司研发的专业制图和数据分析软件 ，被公认为是最快、最灵活、使用最容易的数据分析和绘图软件之一。由于强大的曲线拟合功能，Origin8．0被广泛应用在峰值曲线拟合和多峰试验曲线的拟合中[1 。

采用 LabVIEW 实现对 Origin8．0的调用并进行数据处 理，Origin具 有强 大 的数 据分 析功 能。弥 补 了《自动化仪表》第34卷第9期 2013年9月LabVIEW在数据分析方面的不足：同时。使用 LabVIEW调用Origin，可以自动完成对大量数据的处理分析功能，省去人工建立工程、拷贝数据等繁杂的操作，实现了LabVIEW与 Origin软件的友好交互 ，从而提高数据分析处理的工作效率，具有较高的实际应用价值。

首先启动 Origin软件 ，然后根据 Origin分析模板输入控件中所在路径指定的 Origin数据分析模板文件，并建立相同的工程，最后打开工作表[1 。对光谱数据进行光谱特征分析处理。采用索引数组工具读取多维数组中的波长数组及相对光强数组后，首先将数据写入工作表中；然后按照拟合函数类型输入控件中选择的拟合函数类型，进行光谱曲线拟合，得出所需的光谱特征数据；同时将原光谱数据所构成的簇与拟合曲线数据构成的簇创建成一个新的数组并进行显示。拟合曲线如图4所示 。

706O5O簸 4O娶，o2O10图4 拟合 曲线Fig．4 Fiting curves由图4可以看出，原始数据与拟合数据曲线基本重合，证明本模块实现了LabVIEW对 Origin的调用。

在此，数据写入工作表模块与曲线拟合模块需要使用顺序结构，否则程序在数据写入工作表之前可能直接调用空数据工作表句柄进行曲线拟合，从而产生错误。

3．4 前面板设计虚拟仪器前面板设计除了需要有较好的操作性，还需要保持整齐 、美观。在设置完驱动电流后，可以通过改变光谱仪的参数设置，实现光谱数据的实时采集与显示；然后计算出 LED光谱的光谱特征值，并绘制光谱特征值与环境温度关系曲线：最后显示计算得到的 LED结温。

4 结束语本系统首先通过 LabVIEW语言实现了与恒压源、脉冲源、光谱仪的通信控制：接着将采集到的光谱数据进行分类保存，并通过调用 Origin8．0，将采集到的光谱数据进行数据处理分析；最终计算 LED结温。完成LED非接触式结温检测系统的设计。本系统具有人机(下转第42页)39轨道交通综合监控系统中实时 GIS技术的实现 陈莉莉。等的信息既互相独立，又互相补充。

GIS功能包括：地图的操作功能 、实时设备状态显示功能、信息检索与查询功能、针对特定权限用户的地图编辑功能以及应急指挥功能等。

4 结束语在信息技术快速发展的今天，轨道交通行业的空间信息处理和有效利用已经远远滞后于轨道交通的飞速发展，急需建立基于地理信息系统的综合集成处理方式．以提高我国轨道交通运营管理的水平。本文提出在综合监控系统中集成 ArcGIS技术的实现方案，实现了空间数据在各个子系统中的共享。各线路和各专业间协调运作、信息共享，增强了突发事件处理能力，提高了轨道交通调度指挥能力．保 障了轨道交通安全稳定运营。

参考文献[1]秦勇，徐杰，王卓，等．基于GIS的轨道交通网指挥中心综合监控系统的设计与实现『J]．中国铁道科学，2007(4)：88—93.

[2]黄勇超．地理信息系统在城市轨道交通中的应用前景f J]．都巾快轨交通．2008(6)：31—33.

[3]张勇，侯立刚，肖炎良，等．工控组态软件实时数据库系统的开发与设计[J]．自动化仪表，2011，32(12)：28—31.

[4]李冰．地铁综合监控系统中的数据转发研究[J]．自动化与仪表，2011(6)：35—37.

[5]沈广泽，徐漫江．SNMP在轨道交通综合监控系统中的应用【Jj.

现代城市轨道交通，2006(6)：70—72.

[6]黄捷，张健．综合监控系统在轨道交通中的应用 [Jl自动化仪表，2006，27(12)：49—53.

[7]黄杏元，马劲松，汤勤．地理信息系统概论[M]．北京：高等教育出版社．2001.

f 8]赵鑫，胡波，蔡晖，等．轨道交通综合监控软件 RT21报警窗的没计与实现『J_．微计算机信息，2010，26(25)：118—119.

[9]石琦，朱林，刘盂觉．监控系统嵌入式事件查询工具软件的设计[J].

计算机时代，2010(1)：48_49.

『10]于双元，关键．基于 GIS的铁路车站信号设备管理系统设计 与实现途径『J]．北方交通大学学报：自然科学版，2000(3)：111—113f 11]蒋代梅，刘洋，周小兵．基于GPS／GIS的物流运输管理系统的实现技术[J]．北京工业大学学报：自然科学版，2005，31(4)：443—448(上接第 39页)界面友好、实时显示测试数据及分析结果的优点，且本系统子 VI具有可移植性及可裁剪性。系统电源控制输出模块使用VISA库函数和 SCPI命令混合编程，大大缩短 了系统开发周期。此外 ，通过 LabVIEW 调用Origin软件实现光谱数据的分析与处理，有效发挥了LabVIEW 可以自动控制流程的优点及 Origin软件的强大数据处理功能。

参考文献[1]罗银波，高敬东，胡柏青，等．基于 LabVIEW 的数字万用表设计与实现[J]．科学技术与工程，2011，11(19)：4592—4596.

[2]章爱武，谢宇广，刘宏邦，等．基于 LabVIEW 的多路湿度控制系统[J]．核电子学与探测技术，2011，31(5)：504-507.

[3]姚兰，刘鹏．基于LabVIEW的太阳能数据采集系统[J]．仪表技术与传感器，2012(3)：103—105.

[4]林继钢．新一代 LED与传统光源的特性及检测方法之比较[J].

上海计量测试，2008(3)：31—32，50.

[5]Narendran N，Gu Y，Freyssinier J P，et a1．Solid—state lighting：failureanalysis of white LEDs[J]．Journal of Crystal Growth，2004，268(3—4)：449-456.

[6]Lj J J，Zhang L H，Wang A X，et a1．Effect ofjunction temperatureon the performance of high—power white LEDs[J]．LED and DisplayTechnologies，2010：7852.

[7]cu Y M，Narendran N．A non—contact method for detemfining junctiontemperature of phosphor—converted white LEDs[C]／ ThitrtInternational Conference on Solid State Lighting，Proceedings of SPIE，2O04：107～l14.

[8]He S M，Zhang B，Li N，et a1．Junction temperature measurement oelight—emiting diodes and its application[C]／Proceedings of SPIE—The International Society for Optical Engineering．2009：7518.

[9]sa E M，Antunes F L M，Perin A J，et a1．Junction temperatureestimation for hi gh power light—emiting diodes[C]／／IEEEInternational Symposium on Industrial Electronics，2OO7：3030-3035.

[1 O]Mentor Graphics Corporation．LabVIEW 201 1 help document[EB／OL]．[201 1—06—1 1]．http：／／zone．ni．eom／referenee／zhs-XX／help／37l361H-O1l8／lvmeasc0nc pts／visa
—
in
—
labview／.

[¨ ]秦凡，韦高．基于VISA库及 SCPI命令的仪器程挖测量[J]．现代电子技术，2011，34(11)：118—120，123.

[12]金哲，朱哲松．基于 Origin软件的多峰实验曲线拟合与数据处理[J]．延边大学学报：自然科学版，2008(3)：200—202.

[13]LabVIEW：Simple NLFit[EB／OL]．[2009—07—22]．htp：／／wiki.

originlab．corn／～originla／wiki／index．php? title=babVlEW ：Simple
— NL t.

I’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’ ’’’’’ ’ 、《自动化仪表》 邮发代号：4_3o4，2014年定价：15．0元，全年价：180．00元；国外代号：M 721； 堤 赐镐，旋 仍 ，欢迎室黄建议，欢迎喜 各垂广告‘ t ‘ ‘ I I I I I I 。 l I ‘ t t t t ‘ l ‘ I l l I l I l l l I l l I I I t t l I ‘ I l I I l I l l I ‘ 。 I ‘ t l t l l t t t t t t t I I ‘ t t t ‘ t I t t I t t t t I t I ． ． ． ． ． ‘ 42 PROCESS AUTOMATION INSTRUMENTATION Vo1．34 No．9 September 2013