专利名称：一种基于plc控制的led光源稳定性检测装置及其检测方法
技术领域：
本发明涉及一种LED光源稳定性检测装置及其检测方法，特别是一种基于PLC的LED控制光源稳定性检测装置及其检测方法。
背景技术：
随着光学器件及控制技术的不断发展，光学分析及应用在光机电一体化中所占的 比重越来越高，因此，光学系统的精度对光源稳定性的要求也越来越高，特别是在光谱实验 中，光源的稳定是一个很重要的影响因子。LED光源由于可发出光波较窄的单色光，并且具 有体积小、寿命长、使用直流电、低发热量等优点，在光谱检测中的应用越来越多。由于供电 不稳定或光源自身的缺陷，使LED光照强度波动，微量的波动肉眼很难察觉，加以应用影响 光学系统的精度。因此，综合应用机械电子和自动化控制等多学科技术，对LED光源稳定性 设计及检测，是提高光学系统的精度的重要途径之一。国内专利No. 200620069695. X是直接通过反馈电路来实现光照的调节，由于 没有信号的转换和显示，因此不能直观反映出调节的效果，光强是否波动也不得而知， No. 200710177356. 2是通过无线自动组网的方式，根据应用场所的实际光照强度条件控制 照明状态，但主要应用于路灯照明的条件下，稳定效果的精度并不高。No. 200710024056. 0 是将外界自然光的变化转换为电信号，利用微处理器进行处理后，控制照明装置的开启和 关闭，是一种开关量的控制，难于实现稳定光强。还有报道一些以单片机为控制核心或以反 馈电路直接控制光源的光源稳定装置，虽然单片机的成本比较低，但是由于对电脑的兼容 性没有PLC那么好，因此不便对检测的光源进行各种实时控制，而目前还未见面向植物工 厂或控制要求复杂及稳定性高的PLC光学稳流及检测装置。
发明内容
本发明公开了一种基于PLC控制的LED光源稳定性检测装置及其检测方法。利用 驱动电路10的精巧设计基本上可以达到响应时间只要0. 01秒的效果。本发明的技术方案有下列一种基于PLC控制的LED光源稳定性检测装置，包括箱体、硅光电传感器、调理电 路、电源、A/D转换器、连接电缆；D/A转换器、PLC、七段数码管、驱动电路、LED光源，其中将 硅光电传感器安装在箱体上，硅光电传感器与调理电路通过导线连接，调理电路与A/D转 换器连接，A/D转换器与PLC通过连接电缆连接，PLC通过连接电缆与D/A转换器连接，D/A 转换器与驱动电路连接，LED光源与电源分别与驱动电路连接，PLC与七段数码管连接。本发明的装置包括硬件系统和软件系统两部分。硬件系统分PLC控制器单元模块、传感器单元模块、LED驱动电路模块，显示单元 模块，装置以可编程控制器PLC为核心，由A/D转换信号作为装置的输入，D/A转换、驱动电 路构成闭环，实现稳流控制，检测显示模块以七段数码管实现光照强度的动态显示，光照箱的活动板可用于改变传感器的安装位置，实现多方位的检测；软件系统包括光强信号的采 集、光强分析、信号输出及与七段数码管的通信动态显示。由PLC经过计算使D/A转换器动 态输出0V-1. 24V模拟电压信号控制LED光强的稳定。不同的LED光源所需的LM3409外围 元件参数不同，可参照使用说明设计计算。一种基于PLC控制的LED光源稳定性检测方法，包括下列步骤1、开启PLC，打开LED光源，将箱体的活动板放置到与光源预设距离的位置，然后 关上箱体的门；2、打开电源开关；3、光照强度值通过传感器形成模拟信号，调理电路将模拟信号调理成O-IOv电 压、经A/D转换成为数字信号，传输到PLC，形成反馈信号；4、PLC将输入光强与预先给定的光照强度作对比，如果输入的光照强度值(反馈 信号)大于或小于PLC给定的光照强度值，则PLC发出给定值与反馈值的差值信号，经D/A 转换器转换成0-1. 24v电压信号，控制驱动电路的模拟控制端的输入电压，驱动LED JiLED 的电流维持不变，以达到稳定LED光照强度的目的；5、PLC将输入的光照强度与LED的电流值保存下来并动态刷新；6、PLC将通过连接电缆将保存的光照强度数据与电流数据显示在七段数码管上并 动态刷新。本发明的优点本发明利用驱动电路10的精巧设计基本上可以达到响应时间只要0. 01秒的效果。克服了 LED光源稳定控制响应时间长，控制精度不够，不能动态显示结 果等缺点，满足了 LED光源稳定对光学系统精度的需求。可以自动稳定因电压波动、负载波动、灯自身缺陷等因素产生的光照强度变化，因 为PLC与电脑具有很好的兼容性，因此可以将光源强度变化用图表的形式显示出来，并且 可以跟据光照强度的变化进行实时的操作，具有使用方便、清晰易懂、结构简单、易于控制 的优点。通过检测分析光照强度的变化，调节LED的电流以实现光照强度的稳定，通过实验 结果的保存及显示，直观分析判断实验结果的有效性并且可以直接进行反馈控制。
图1是本发明的结构示意图。图2是本发明驱动电路图。图3是本发明的箱体图。附图标记箱体1、硅光电传感器2、调理电路3、电源4、A/D转换器5、连接电缆6 ； 0/八转换器7、？^ 8、七段数码管9、驱动电路10、LED光源11。
具体实施例方式实施例1、一种基于PLC控制的LED光源稳定性检测装置，包括箱体1、硅光电传感 器2、调理电路3、电源4、A/D转换器5、连接电缆6 ；D/A转换器7、PLC 8、七段数码管9、驱 动电路10、LED光源11，其中将硅光电传感器2安装在箱体1上，硅光电传感器2与调理 电路3通过导线连接，调理电路3与A/D转换器5连接，A/D转换器5与PLC 8通过连接电 缆6连接，PLC 8通过连接电缆6与D/A转换器7连接，D/A转换器7与驱动电路10连接，LED光源11与电源4分别与驱动电路10连接，PLC 8与七段数码管9连接。实施例2、一种基于PLC控制的LED光源稳定性检测装置，其中驱动电路10的核心是降压电流型LM3409PFET控制器，是在外部直流输入电压为24V时，驱动4个LED，LED光 源(11)的最大平均电流为IA ；将VIN输入电压接口(12)接至LM3409的EN引脚、VIN引脚 和CSP引脚，串联接至LM3409的UVLO引脚，串联CINl电容(13)后接地，串联CF电容(14) 后接至LM3409的VCC引脚；LM3409的UVLO引脚串联RUV2电阻(15)接地；VADJ电压接口 串联RUVl电阻(16)后接至LM3409的IADJD/A转换器输出引脚，LM3409的IADJ引脚串联 CF2电容(18)后接地；LM3409的COFF引脚串联ROFF电阻(19)后接至+14V电源VO(26)， LM3409的COFF引脚串联COFF电容(20)后接至LM3409的GND引脚；LM3409的GND引脚和 LM3409的GND引脚分别接地；LM3409的CSP引脚串联RSNS电阻(21)后分别接至LM3409 的CSN引脚和Ql晶体管(22), Ql晶体管(22)其中一端接至LM3409的PGATE引脚，另一端 分别串联接至Dl 二极管(24)和Ll电感(23)，Dl 二极管(24)接地，Ll电感(23)串联CO 电容(25)后接地；+14V电压VO分别与Ll电感(23)和LED灯(27)串联，LED灯(27)接 地。其输入电压通过变压器把220V的交流电降至24V，再由交流转直流电路将交流电转直 流电。其连接方式为将AC电源的正极(28)分别接至D3 二极管(31)和D4 二极管(32)； 将AC电源的负极(29)分别接至D2 二极管(30)和D5 二极管(33)，D2 二极管(30)和D3 二极管(31)串联CRNl电容(13)接地，D4 二极管(32)和D5 二极管(33)并联接地。其余 同实施例1。实施例3、一种基于PLC控制的LED光源稳定性检测装置，其中它由两部分组成 硬件系统(如图1)和软件系统。实施例4、一种基于PLC控制的LED光源稳定性检测装置，其中硬件系统由4个 功能模块组成PLC控制器单元模块，传感器单元采集模块、LED驱动模块，显示模块。其余 同实施例3。实施例5、一种基于PLC控制的LED光源稳定性检测装置，其中包括光强信号的 采集模块；光强分析计算模块；实现光强信号读、存、显示模块；输出模块；与七段数码显示 管的通信显示模块。实施例6、一种基于PLC控制的LED光源稳定性检测装置，其中包括PLC(S)，PLC 为装置的中央控制器。其余同实施例4。实施例7、一种基于PLC控制的LED光源稳定性检测装置，其中包括硅光电传感 器2、调理电路3，A/D转换器5，驱动电路4安装在箱体1中的活动板上，其输出与调理电路 连接，调理电路输出与A/D转换器输入连接，A/D转换器输出与PLC 8连接，传感器将光强 信号转成模拟信号，经调理电路调理成0-10V电压信号，再由A/D转换器5将0-10V电压信 号转成规范的数字信号，作为PLC的输入信号。其余同实施例4。实施例8、一种基于PLC控制的LED光源稳定性检测装置，其中包括连接电缆6、 显示接口 9，PLC 8所存储的信号通过连接电缆到七段数码显示管上动态显示。其余同实施 例4。实施例9、一种基于PLC控制的LED光源稳定性检测装置，其中如图⑷B⑶七段 译码驱动器采用锁存、译码、驱动电路三合一的⑶4511，3只⑶4511的数据输入端A、B、C、 D占用PLC的四个输出点，其中A为低位，D为高位，汪是锁存使能输入端，低电平时输入数据，高电平时锁存数据，百位、十位、个位数的CD4511的珏端由PLC的Y004、Y005、Y006分别 控制，因此，3个显示器共占用7个输出口。相对光亮度的动态显示过程为PLC把检测并存 放到DO的相对光亮度值转化为BCD码，分别分解成个位、十位、百位BCD码。时刻1，将个位 B⑶码从Y0-Y3输出，同时将Y6置低电平，由连接到个位数码管的⑶4511译码个位显示； 时刻2，将十位B⑶码从Y0-Y3输出，同时将Y5置低电平，由连接到十位数码管的⑶4511译 码十位显示，同时，将连接到个位⑶4511的Y6置高电平，锁存个位显示；同理百位显示。由 于PLC的输出是开关量，可利用反向器及上拉电阻进行电平转换。实施例10、一种基于PLC控制的LED光源稳定性检测装置具体实施方式
如图1至图3所描述。如图1所示，一种基于PLC控制的LED光源稳定性检测装置，包括硬件系统和软件 系统。硬件系统由PLC控制器单元模块，传感器单元采集模块、LED驱动模块，显示模块组 成；其中PLC控制器单元模块，包括PLC8，PLC为本发明装置的中央控制器；传感器单元采 集模块包括硅光电传感器2、调理电路3、A/D转换器5，传感器单元采集模块的作用是将采 集的光照强度信号，作为PLC的输入信号；LED驱动模块包括LED光源11、电源4、D/A转换 器7、驱动电路10，驱动电路为LED光源11提供驱动电源；显示模块包括连接电缆6、七段 数码管9，PLC8所存储的信号通过连接电缆到七段数码管上显示；软件系统包括光强信号的采集模块；光强分析计算模块；实现光强信号读、存、显 示模块；输出模块；与七段数码管的通信显示模块。如图2所示，当电路通电后，LED光源11发出的光强，经硅光电传感器2、转化成模 拟信号，调理电路3将模拟信号调理成0-10V，再通过A/D转换器5将检测模拟信号转成规 范的数字信号，传输PLC8，经PLC8计算分析后，将分析结果以数字信号的形式传输给D/A转 换器7，经D/A转换成模拟信号后，把模拟信号传输到驱动电路10的模拟控制端，稳定LED 的电流变化，使LEDll发出的光照强度趋于稳定，然后不断重复这个过程，使LED光强度达 到一个动态平衡。如图2所示，驱动电路的核心是LM3409控制器，是在外部直流输入电压为24V时， 驱动4个LED (Vo = 15V)，LED的最大平均电流为ΙΑ。24v电源4输出端与LM3409的5_10 引脚相连接，LM3409的2引脚前端RF2与5引脚连接到D/A7输出引脚，由PLC经过计算使 D/A动态输出0V-1. 24V模拟电压信号控制LEDll光强的稳定。将此驱动电路安装到近红外 无损检测装置中，通过与没有安装此驱动电路的装置做对比实验得到性能如下表所示。由 表可得此电路能得到更加稳定的的电压，所得到的光通量范围也比普通驱动电路更小。 PLC把检测并存放到DO的相对光亮度值转化为BCD码，分别分解成个位、十位、百 位B⑶码。时刻1，将个位B⑶码从Y0-Y3输出，同时将Y6置低电平，由连接到个位数码管 的⑶4511译码个位显示；时刻2，将十位B⑶码从Y0-Y3输出，同时将Y5置低电平，由连接到十位数码管的⑶4511译码十位显示，同时，将连接到个位⑶4511的Y6置高电平，锁存个 位显示；同理百位显示。由于PLC的输出是开关量，可利用反向器及上拉电阻进行电平转 换；箱体1的4个面固定，另两个面中一个为门，一个设计为活动板。箱体内部有多条插槽，根据不同距离的需要可以将活动板插在相应的插槽内，便于多方位测量，然后关上 门，以保证内部的光照强度不受外部光源的影响。实施例11、一种基于PLC控制的LED光源稳定性检测方法，该检测方法所用的检 测装置包括箱体1、硅光电传感器2、调理电路3、电源4、A/D转换器5、连接电缆6 ；D/A转 换器7、PLC 8、七段数码管9、驱动电路10、LED光源11，其特征在于将硅光电传感器2安 装在箱体1上，硅光电传感器2与调理电路3通过导线连接，调理电路(3与A/D转换器(5 连接，A/D转换器5与PLC8通过连接电缆6连接，PLC 8通过连接电缆6与D/A转换器7连 接，D/A转换器7与驱动电路10连接，LED光源11与电源4分别与驱动电路10连接，PLC 8与七段数码管9连接；包括下列步骤A、开启PLC8，打开LED光源11，将箱体的活动板放置到与光源预设距离的位置，然 后关上箱体的门；B、打开电源开关；C、光照强度值通过传感器形成模拟信号，调理电路将模拟信号调理成O-IOv电 压、经A/D转换成为数字信号，传输到PLC，形成反馈信号；D、PLC8将输入光强与预先给定的光照强度作对比，如果输入的光照强度值大于或 小于PLC给定的光照强度值，则PLC8发出给定值与反馈值的差值信号，经D/A转换器转换 成0-1. 24v电压信号，控制驱动电路的模拟控制端的输入电压，驱动LED，使LED的电流维持 不变，以达到稳定LED光照强度的目的；E、PLC8将输入的光照强度与LED的电流值保存下来并动态刷新；F、PLC8将通过连接电缆将保存的光照强度数据与电流数据显示在七段数码管上 并动态刷新。
权利要求
一种基于PLC控制的LED光源稳定性检测装置，包括箱体(1)、硅光电传感器(2)、调理电路(3)、电源(4)、A/D转换器(5)、连接电缆(6)；D/A转换器(7)、PLC(8)、七段数码管(9)、驱动电路(10)、LED光源(11)，其特征在于将硅光电传感器(2)安装在箱体(1)上，硅光电传感器(2)与调理电路(3)通过导线连接，调理电路(3)与A/D转换器(5)连接，A/D转换器(5)与PLC(8)通过连接电缆(6)连接，PLC(8)通过连接电缆(6)与D/A转换器(7)连接，D/A转换器(7)与驱动电路(10)连接，LED光源(11)与电源(4)分别与驱动电路(10)连接，PLC(8)与七段数码管(9)连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于PLC控制的LED光源稳定性检测装置，其特征在 于驱动电路(10)的核心是降压电流型LM3409 PFET控制器，是在外部直流输入电压为 24V时，驱动4个LED，LED光源(11)的最大平均电流为IA ；将VIN输入电压接口(12)接 至LM3409的EN引脚、VIN引脚和CSP引脚，串联接至LM3409的UVLO引脚，串联CINl电容 (13)后接地，串联CF电容(14)后接至LM3409的VCC引脚；LM3409的UVLO引脚串联RUV2 电阻(15)接地；VADJ电压接口串联RUVl电阻(16)后接至LM3409的IADJD/A转换器输出 引脚，LM3409的IADJ引脚串联CF2电容(18)后接地；LM3409的COFF引脚串联ROFF电阻 (19)后接至+14V电源VO (26)，LM3409的COFF引脚串联COFF电容(20)后接至LM3409的 GND引脚；LM3409的GND引脚和LM3409的GND引脚分别接地；LM3409的CSP引脚串联RSNS 电阻(21)后分别接至LM3409的CSN引脚和Ql晶体管(22)，Ql晶体管(22)其中一端接 至LM3409的PGATE引脚，另一端分别串联接至Dl 二极管(24)和Ll电感(23)，Dl 二极管 (24)接地，Ll电感(23)串联CO电容(25)后接地；+14V电压VO分别与Ll电感(23)禾口 LED灯(27)串联，LED灯(27)接地；其输入电压通过变压器把220V的交流电降至24V，再 由交流转直流电路将交流电转直流电；将AC电源的正极(28)分别接至D3 二极管(31)和 D4 二极管(32)；将AC电源的负极(29)分别接至D2 二极管(30)和D5 二极管(33)，D2 二 极管(30)和D3 二极管(31)串联CRNl电容(13)接地，D4 二极管(32)和D5 二极管(33) 并联接地。
3.一种基于PLC控制的LED光源稳定性检测装置，其特征在于它由两部分组成硬件 系统和软件系统。
4.根据权利要求3所述一种基于PLC控制的LED光源稳定性检测装置，其特征在于 硬件系统由4个功能模块组成PLC控制器单元模块，传感器单元采集模块、LED驱动模块， 显示模块。
5.根据权利要求1所述的一种基于PLC控制的LED光源稳定性检测装置，其特征在于 软件系统包括光强信号的采集模块；光强分析计算模块；实现光强信号读、存、显示模块； 输出模块；与七段数码显示管的通信显示模块。
6.根据权利要求4所述的一种基于PLC控制的LED光源稳定性检测装置，其特征在于 PLC控制器单元模块包括PLC(S)，PLC为装置的中央控制器。
7.根据权利要求4所述的一种基于PLC控制的LED光源稳定性检测装置，其特征在于 传感器单元采集模块包括硅光电传感器(2)、调理电路(3)，A/D转换器(5)，驱动电路(4) 安装在箱体(1)中的活动板上，其输出与调理电路连接，调理电路输出与A/D转换器输入 连接，A/D转换器输出与PLC (8)连接，传感器将光强信号转成模拟信号，经调理电路调理成 0-10V电压信号，再由A/D转换器将0-10V电压信号转成规范的数字信号，作为PLC的输入信号。
8.根据权利要求4所述的一种基于PLC控制的LED光源稳定性检测装置，其特征在于 显示模块包括连接电缆(6)、显示接口(9)，PLC(8)所存储的信号通过连接电缆到七段数码 显示管上动态显示。
9.根据权利8要求所述的一种基于PLC控制的LED光源稳定性检测装置，其特征在于 B⑶七段译码驱动器采用锁存、译码、驱动电路三合一的⑶4511，3只⑶4511的数据输入端 A、B、C、D占用PLC的四个输出点，其中A为低位，D为高位，Eg是锁存使能输入端，低电平 时输入数据，高电平时锁存数据，百位、十位、个位数的CD4511的El端由PLC的Y004、Y005、 Υ006分别控制，因此，3个显示器共占用7个输出口。相对光亮度的动态显示过程为PLC把 检测并存放到DO的相对光亮度值转化为BCD码，分别分解成个位、十位、百位BCD码，时刻 1，将个位B⑶码从Y0-Y3输出，同时将Y6置低电平，由连接到个位数码管的⑶4511译码个 位显示；时刻2，将十位B⑶码从Y0-Y3输出，同时将Y5置低电平，由连接到十位数码管的 ⑶4511译码十位显示，同时，将连接到个位⑶4511的Y6置高电平，锁存个位显示；同理百 位显示，由于PLC的输出是开关量，可利用反向器及上拉电阻进行电平转换。
10.一种基于PLC控制的LED光源稳定性检测方法，该检测方法所用的检测装置包括箱 体(1)、硅光电传感器(2)、调理电路(3)、电源(4)、A/D转换器(5)、连接电缆(6) ；D/A转换 器(7)、PLC(8)、七段数码管(9)、驱动电路(10)、LED光源(11)，其特征在于将硅光电传感 器⑵安装在箱体⑴上，硅光电传感器⑵与调理电路(3)通过导线连接，调理电路(3) 与A/D转换器(5)连接，A/D转换器(5)与PLC(S)通过连接电缆(6)连接，PLC(S)通过连 接电缆(6)与D/A转换器(7)连接，D/A转换器(7)与驱动电路(10)连接，LED光源(11) 与电源(4)分别与驱动电路(10)连接，PLC(S)与七段数码管(9)连接；包括下列步骤(A)、开启PLC(S)，打开LED光源(11)，将箱体的活动板放置到与光源预设距离的位置， 然后关上箱体的门；(B)、打开电源开关；(C)、光照强度值通过传感器形成模拟信号，调理电路将模拟信号调理成O-IOv电压、 经A/D转换成为数字信号，传输到PLC，形成反馈信号；(D),PLC(S)将输入光强与预先给定的光照强度作对比，如果输入的光照强度值大于或 小于PLC给定的光照强度值，则PLC(S)发出给定值与反馈值的差值信号，经D/A转换器转 换成0-1. 24v电压信号，控制驱动电路的模拟控制端的输入电压，驱动LED，使LED的电流维 持不变，以达到稳定LED光照强度的目的；(E)、PLC(S)将输入的光照强度与LED的电流值保存下来并动态刷新；(F)、PLC(S)将通过连接电缆将保存的光照强度数据与电流数据显示在七段数码管上 并动态刷新。
全文摘要
本发明涉及一种基于PLC控制的LED光源稳定性检测装置。包括箱体、硅光电传感器、调理电路、电源、A/D转换器、连接电缆；D/A转换器、PLC、七段数码管、驱动电路、LED光源，其中硅光电传感器安装在箱体上，硅光电传感器与调理电路通过导线连接，调理电路与A/D转换器连接，通过检测分析光照强度的变化，调节LED的电流以实现光照强度的稳定，通过实验结果的保存及显示，直观分析判断实验结果的有效性并且可以直接进行反馈控制。本发明可以将光源强度变化用图表的形式显示出来，并根据光照强度的变化进行实时的操作，结构简单且易于控制。
文档编号G09G3/14GK101846581SQ20101015176
公开日2010年9月29日 申请日期2010年4月20日 优先权日2010年4月20日
发明者刘伟, 刘涛, 刘燕德, 孙旭东, 高荣杰, 龚志远 申请人:华东交通大学