LED光色电性能分析系统_使用说明书

LED光色电性能分析系统_使用说明书

LED 光色电性能分析系统 使 用 说 明 书 （含光强分布 · 色度分布 · 光谱测试 · 老化测试 · 光电特性五大模块） 软件版本：V2.0 文档编号：MAN-LED-V2.0 编制日期：2026-09 目录 （在 Word 中右键此处选择“更新域”即可生成目录） 第一章 系统概述 1.1 产品简介 LED 光色电性能分析系统是一套面向 LED 器件、LED 模组及小型灯具的综合光学电学性能测试软件。系统在原 HP860 光强分布测试上位机与光谱检测上位机的基础上重新设计与整合，在统一的操作界面内完成光强（配光）分布、色度分布、光谱特性、老化（寿命）性能与光电特性五大类测试，并自动生成可打印的检测报告。 软件采用 Python 3 实现，界面基于 Tkinter 深色主题，绘图基于 Matplotlib，数据计算基于 NumPy；采用分层架构，界面、算法、协议、硬件相互解耦，便于后续扩展新型仪器。 1.2 主要功能 光强分布测量：电机带动被测件在 −90°～+90° 范围内以 1° 步进旋转，逐点采集光强，输出配光曲线、光通量、发散角。 色度分布测量：在角度扫描的同时由光谱仪逐点测量光谱，输出随角度变化的色温、色坐标与显色指数分布。 光谱测试：不扫描角度，单次或连续采集光谱功率分布（SPD），输出色温、色坐标、显色指数、峰值/主波长等参数。 老化测试：按恒定电流长时间点亮被测件，定时采集光强/光通量与电参数，计算流明维持率并按 IES TM-21 推算寿命。 光电特性分析：在多个电流点扫描，测量光强、光通量、正向压降与色度随电流的变化，拟合器件电光特性参数。 数据处理与报告：测试结果可按模块生成 PDF 报告、导出 Excel/CSV、输出 IES 配光文件与报告图片，支持工程文件保存。 1.3 适用标准与规范 1.4 系统组成与总体架构 系统自下而上分为物理设备层、硬件接口层、算法与协议层、数据模型层、渲染层与界面层六层，各层之间通过明确的数据结构交互，任一层的仪器更换不影响其他层的功能。 图 1 系统总体架构（六层分层结构） 除上述主链路外，工程还包含若干辅助模块： app_config.py —— 配置管理与报告字段/图像页设置； calibration.py —— 电参数、角度、光强量程三类定标； excel_export.py —— Excel/CSV/IES/PDF 报告导出与版面拼装； manual_test.py —— 手动操作、反向扫描、重复性测试； hardware_diag.py —— 端口扫描、通信统计等硬件诊断与连接管理； project_io.py —— 工程文件（.lhp）保存与打开； logger.py —— 运行日志记录。 1.5 运行环境与启动 启动方式： 图形界面：进入程序目录后执行 python main.py --gui（或直接运行打包后的可执行文件）。 模拟演示：执行 python main.py --sim，用模拟数据检查软件功能，无需连接硬件。 交互调试：执行 python main.py --interactive，进入命令行交互模式进行端口、读取等调试。 1.6 界面总览 主界面自上而下、自左向右由四个区域组成： 顶部工具栏（测试方式栏）：一排互斥的功能按钮，用于在五种测试方式之间切换；右侧为常用操作（连接、开始测试、取消、模拟演示等）。 左侧参数栏（可滚动）：从上至下依次为「仪器连接」「设置电参数」「电参数测试」（内含「扫描设置」）与「电机设置」等参数卡片，所有与仪器和采集相关的设定均在此完成。 中部显示区（标签页）：随测试方式切换而重建。光强分布方式显示直角坐标/极坐标/辐射模式；色度分布方式在此基础上增加色度曲线、色温漂移、色温分布(UCS)、光谱图与光谱数据；其余方式显示各自的专用页面。所有方式最后均附加「完整报告」与「系统日志」两个页面。 底部状态栏：显示 HP860、电机、光谱仪三个仪器的连接状态灯（未连接为红色、已连接为绿色）以及当前操作提示。 各测试方式对应的标签页一览： 图 2 五种测试方式与主流程总览 第二章 整机端口连接与启动 2.1 硬件连接总览 系统需要连接的硬件共三类：HP860 电源/光强控制器、ZDT 电机控制器（角度转台）以及光谱仪。三台设备均以串口（或 USB 转串口）方式与上位机通信，彼此独立，可分别连接、分别断开。 图 3 整机端口连接示意 2.2 仪器连接卡片 左侧参数栏最上方的「仪器连接」卡片分为三个小节，分别对应三台设备。每小节均包含：设备标题与状态灯、串口下拉框、波特率下拉框、说明文字以及操作按钮。 2.2.1 HP860 串口（RS-232） 串口：下拉选择 HP860 所占用的 COM 口；点击下拉框即自动刷新当前可用端口。 波特率：可选 9600 / 19200 / 38400 / 115200，默认 9600。 「连接」：打开串口并执行联机握手，成功后状态灯变绿。 「断开」：关闭串口连接。 「测试连接」：仅验证握手是否正常、不执行测试，用于快速排查设备上电与接线问题。 「刷新端口」：重新枚举系统串口列表。 2.2.2 电机连接（RS-485） 串口 / 波特率：与 HP860 类似的端口与速率选择，默认 9600。 「RTS 极性反转（低发高收）」：RS-485 转接卡的收发方向控制极性选项。正常情况不勾选；若连接后电机无任何响应，可勾选此项后重试。 「连接」/「断开」：打开或关闭电机串口。 2.2.3 光谱仪连接（USB） 串口：选择光谱仪对应的虚拟串口。 波特率：默认 115200。 「连接」/「断开」：打开或关闭光谱仪。连接成功后，色度分布、光谱测试、老化测试等相关功能方可使用。 2.3 状态指示与联机自检 底部状态栏的三个状态灯分别对应 HP860、电机与光谱仪：绿色表示已连接且握手正常，红色表示未连接。点击状态灯可跳转到对应仪器的参数区域。软件在启动测试前会自动检查所需仪器是否就绪：例如光强分布测试需要 HP860（电机可选），色度分布与光谱测试需要光谱仪，若缺少必要仪器会给出明确提示并中止测试。 2.4 连接常见问题 第三章 电流电压设定与电参数 3.1 「设置电参数」卡片（仪器侧即时设定） 该卡片用于手动设定并下发被测件的工作条件，以及手动点亮/关闭被测件。三项基本参数为： 卡片下半部分为「测试功能」与「方向」两项： 测试功能：选择仪器回读量的物理含义，可选 cd(坎德拉)、lm(流明)、cd/m²，分别对应命令值 0/1/2。修改后需点击右侧「设置」按钮下发；该选择决定读数与报告的物理量标注，需与实际探头/标定一致。 方向：选择正向或反向，正向用于点亮测量，反向用于漏电/击穿测量；修改后需点击「确认方向」下发（命令 0x05）。 卡片上的操作按钮及其作用： 3.2 「电参数测试」卡片（自动测试使用的参数） 该卡片保存自动测试流程（光强分布、色度分布、老化测试、光电特性）在测试过程中使用的电参数与判定开关： 下方两个复选框用于选择测试中需要采集的量：「测试 Vf」（默认勾选，测试中回读实际正向压降）与「测试 Ir」（默认勾选，测量反向漏电流）。 3.3 两套电参数的关系 「设置电参数」与「电参数测试」两者相互独立、互不联动：前者用于手动点亮与仪器侧即时设定，后者是自动测试流程读取的参数来源。修改其中一处不会自动改变另一处，因此手动点亮检查后，仍需确认「电参数测试」中的电流与本次测试要求一致，再启动自动测试。 3.4 安全注意事项 点亮前确认电流设定不超过被测件额定值，避免过流损坏样品； 测试结束或中途停止后，软件会自动关闭输出并熄灭 LED； 反向（Vr）测量时注意反向电压的限值，防止击穿损坏器件； 长时间老化测试时确保散热条件与恒温环境符合试验要求。 第四章 扫描设置与电机控制 「扫描设置」区域（位于「电参数测试」卡片下部）用于控制角度扫描的节奏，包含角度范围、采样间隔、积分模式/积分时间与稳定延时；「电机设置」卡片用于手动控制转台。 4.1 角度范围 起始角度：角度扫描起点，默认 −90°。 终止角度：角度扫描终点，默认 +90°。 采样点数：由角度范围与采样间隔共同决定，点数 = round(|终止角度 − 起始角度| ÷ 采样间隔) + 1；默认 −90°～+90°、间隔 1.0°，共 181 个采样点。 4.2 采样间隔（角度采样间隔） 下拉选择角度采样间隔，可选 0.1°、0.2°、0.5°、1.0°、1.5°、5.0°、10.0°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°，默认 1.0°。间隔越小，配光曲线越精细、测试耗时越长；间隔越大，测试越快、曲线越粗糙。 4.3 积分模式与积分时间 4.4 稳定延时 稳定延时（电机到位稳定时间），单位 ms，默认 200 ms，用于在转台到位后等待机械振动衰减与光强稳定。被测件较重或转台有抖动时适当增大；追求测试速度时可适当减小。 转速、积分时间与稳定延时共同决定每点的采集速率；软件在测试前会根据这些参数估算总耗时并显示在日志中。 4.5 电机设置 电机采用绝对角度定位：脉冲数 = round(角度差 ÷ 360° × 每圈脉冲数)，默认每圈 3200 脉冲（200 步/圈 × 16 细分）；到位判定容差 0.5°，单点定位超时 5 s。电机未连接或未使能时，测试流程会跳过归零与定位并在日志中说明。 4.6 光强量程 HP860 的光强量程共 5 个可选值：0/1/2/3 依次为 ×1、×10、×100、×1000 手动档，4 为自动档（Auto）。测试开始时软件统一按自动档下发，由仪器固件内部自动换档；读数中的「bk」标志表示该次读数处于 ×1000 量程。 最终光强 = 仪器读数 × 量程系数 × 光强标定系数（li_ks）。若发现读数偏小/偏大或曲线异常，应在量程区域手动设定固定档位复核，并检查标定系数是否正确。 第五章 定标（标定） 5.1 定标概述 定标是把仪器读数（相对量）转换为物理量（绝对量）的必要步骤，直接决定报告的准确性。系统包含电参数定标、角度定标、光强量程定标三类，并支持探头条件与光通量定标系数设置。定标结果保存在配置文件中，随配置文件一同发布与移植。 5.2 电参数定标 以标准电压源/标准表为基准，对正向电压 Vf、反向漏电流 Ir、击穿电压 Vs 等量逐项比对，生成修正系数并保存至配置。定标时需保证仪器已连接并握手正常，读数稳定后再记录。 5.3 角度定标 角度定标解决转台机械零位与角度线性误差：零点校准确定转台基准位置，线性度校准按多个角度点比对实际角度与命令角度的差值，得到线性修正参数。定标完成后，扫描得到的角度坐标才能与真实配光方向一致。 5.4 光强量程定标 将标准光强值分别作用于各量程档，记录仪器读数，计算该档的标定系数。支持「单档标定」与「全量程标定」两种方式：前者用于个别档位的复核，后者一次完成所有档位的标定。 5.5 探头条件与光通量定标系数 CIE 探头条件：按 CIE 121（pub. NO.127）区分条件 A（远场探头）与条件 B（近场探头），两套 K 系数分别保存，测量时按实际使用探头选择。 光通量定标系数 Ks：用于把光强积分结果换算为绝对光通量，可读取当前系数、写入新系数；仪器未连接时软件给出提示。 色度分布光强定标：色度分布的光强可由 HP860 或光谱仪提供，可分别设定数据来源与距离平方系数。 5.6 定标检查清单 第六章 光强分布测试（光强分布） 6.1 功能说明 光强分布测试用于测量光源在空间各方向上的发光强度分布（配光曲线），是灯具与 LED 器件的核心光度指标。测试由电机带动被测件在 −90°～+90° 范围内以 1° 步进旋转，每个角度采集一次光强，共 181 个采样点，随后计算最大光强、光通量与 25%/50%/75% 发散角，并可按 CIE 辐射模式进行分类。 6.2 测试内容 光强分布曲线（直角坐标 / 极坐标）与归一化配光曲线； 最大光强、平均光强、计算光通量； 25%、50%、75% 光强发散角； 电参数（If、Vf、Ir 等）与光度参数； CIE 辐射模式分类（全向/半向/窄角等）与上下半球光通量占比； （RGBW 型号）四通道 R/G/B/W 分别扫描与合成。 6.3 操作步骤 图 4 光强分布测试标准流程（SOP） 步骤说明： 测试过程中可在日志中查看实时进度（当前角度、光强、量程档位）；测试可随时点击「取消测试」中止。若电机不可用，软件会在当前位置采集全部数据点并以角度坐标标记，便于手动转台或静态测量场景使用。 6.4 参数列表 6.5 结果参数列表 6.6 图形列表与图形解释 图 5 光强分布曲线（直角坐标）示例 图 6 光强分布曲线（极坐标）示例 图 7 光强分布数据表示例（181 个采样点） 6.7 打印报告 在「完整报告」页或通过「PDF 报告」菜单生成打印报告。光强分布报告的章节结构为：一、测试参数；二、电参数与标定信息；三、计算结果；其后依次为配光曲线图页、数据表页与辐射模式页。 图 8 LED 光强分布测试报告——首页（测试参数/电参数/计算结果） 图 9 LED 光强分布测试报告——配光曲线页 图 10 LED 光强分布测试报告——数据表页 图 11 LED 光强分布测试报告——辐射模式页 第七章 色度分布测试（色度分布） 7.1 功能说明 色度分布测试在角度扫描的同时，由光谱仪逐点采集光谱，从而得到色温、色坐标、显色指数等色度参数随角度的变化规律。该测试可揭示 LED 在不同方向的颜色偏差（色空间不均匀性），适用于对色一致性要求较高的器件与灯具。 7.2 测试内容 随角度变化的光强分布（直角/极坐标/辐射模式）； 色度曲线：CIE 1931 色坐标 (x, y)、CIE 1976 (u', v') 随角度的轨迹； 色温漂移：各角度相关色温 CCT 的变化曲线； 色温分布：在 CIE 1931 色品图与 CIE 1976 UCS 图上叠加黑体轨迹与数据点； 光谱图：SPD 曲线（可叠加 CIE 明视觉函数）； 光谱数据：结构化光谱参数表； 显色性（Ra、R9）与黑体偏离 Duv 随角度的变化。 7.3 操作步骤 7.4 参数列表 7.5 结果参数列表 7.6 图形列表与图形解释 色品图参考底图（CIE 1931 与 CIE 1976）： 图 12 CIE 1931 色品图底图…