LED色度分布测试_使用说明书
LED 光色电性能分析系统 色度分布测试 使用说明书 软件版本：V2.0 文档编号：MAN-LED-V2.0-M02 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。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 系统自下而上分为六层：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，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） 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 —— 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，内容因模块而异。 底部状态栏：显示 HP860、电机、光谱仪三个仪器的连接状态灯（未连接红色、已连接绿色）以及当前操作提示。 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：默认 9600。 「RTS 极性反转（低发高收）」：RS-485 转接卡的收发方向控制。正常不勾选；若电机无响应可尝试勾选后重试。 「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，色度分布与光谱测试方可使用。 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。启动测试前会自动检查所需仪器是否就绪，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： 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，对应命令值 0/1/2。修改后点击「设置」按钮下发。 方向：选择正向或反向；修改后点击「确认方向」下发（命令 0x05）。 卡片操作按钮： 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在测试过程中使用的电参数与判定开关： 下方复选框：「测试 Vf」（默认勾选，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，手动点亮检查后仍需确认「电参数测试」中的电流与测试要求一致。 3.4 安全注意事项 设置电参数前请确认被测件的额定电流与电压，避免超过器件极限。 仪器通电后 HP860 输出端可能有电压，操作时注意防止短路。 反向测试（Vr、Ir）应严格控制时间与电流，防止被测件损坏。 长期老化测试应确保散热条件良好，防止被测件过热。 第四章 扫描设置与电机控制 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。 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。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。 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）。若读数异常，应检查光强量程档位与标定系数是否正确。 第五章 定标（标定） 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。 5.1 电参数定标 使用标准电压源与电流源，对 HP860 的电压测量通道与电流测量通道进行校准。定标后各档位的偏移量保存在配置文件中，后续测试自动应用修正值。 5.2 角度定标 通过标准角度规或已知角度的目标，对转台的机械零点与角度线性度进行校准。定标时以高精度角度计为参考，实际角度与命令角度的差值被记录并补偿，使扫描得到的角度坐标与真实配光方向一致。 5.3 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」（个别档位复核）与「全量程标定」（一次完成所有档位）。 5.4 探头条件与光通量定标系数 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。 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。 距离平方系数 d²：由照度换算光强时使用；未设置时按 CIE 探头条件取默认值（条件 A 0.09986，条件 B 0.01）。 5.5 定标检查清单 第六章 色度分布测试 6.1 功能说明 色度分布测试在角度扫描的同时由光谱仪逐点测量光谱，输出随角度变化的色温、色坐标（CIE 1931/1960/1976）与显色指数分布，同时记录光强分布。可显示直角坐标、极坐标、色度曲线、色温漂移、色温分布(UCS)等多种图形。 图 4 色度分布测试报告 首页（色度参数与光谱概览） 6.2 测试内容 光谱测量：每个角度点同步采集 380~780 nm 光谱功率分布（401 点）。 色度参数：CIE 1931 色坐标 (x, y)、CIE 1960 (u, v)、CIE 1976 (u′, v′)、相关色温 CCT、黑体偏离 Duv。 显色指数：Ra (R1~R8 平均)、R9（红色显色）、R1~R15 各项特殊显色指数。 光强分布：同步记录 HP860 光强数据，可与色度数据对照分析。 辐射模式：按 CIE 121 标准给出配光辐射类型。 6.3 操作步骤 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 色度曲线：横轴为角度，纵轴为 CCT/Ra/Duv 等参数，展示色度随角度的变化趋势。 色温漂移：CCT 随角度的变化曲线，用于分析光源的色温均匀性。 色温分布(UCS)：在 CIE 1976 u′v′ 图上绘出各角度点的色坐标轨迹与黑体轨迹。 直角坐标 / 极坐标：光强配光曲线（与光强分布共用）。 光谱图：各角度的 SPD 叠加显示，便于比较不同角度的光谱形状。 光谱数据：以表格形式列出波长与各角度点对应的光谱功率值。 图 5 色度分布测试报告 直角坐标 / 极坐标 图 6 色度分布测试报告 色度曲线 / 色温漂移 6.7 打印报告 点击「PDF 报告」生成「LED器件分布测试报告」，封面包含色度参数汇总表与光谱图，正文包含直角/极坐标配光曲线、色度曲线、色温漂移、色温分布(UCS)、光谱图与光谱数据表。 第七章 报告与数据导出 7.1 报告设置 点击工具栏「报告设置」或菜单「文件 → 报告设置」，弹出报告参数对话框：可填写产品名称、产品编号、产品型号、测试人员、测试日期、设备名称、备注等信息，以及选择本次报告中包含哪些图形页面。设置保存后对后续报告生效。 7.2 PDF 报告 点击工具栏「PDF 报告」或菜单「报告导出 → PDF 报告」。 报告标题：自动使用「LED色度分布测试报告」。 报告保存在 reports/ 或 output/pdf/ 目录，文件名含时间戳。 7.3 Excel / CSV 导出 点击「Excel 数据」：将当前测试结果数据表导出为 .xlsx 文件。 点击「光谱数据」：将光谱功率分布数据（波长 + 功率）导出为 .csv 文件。 点击「导出选中行」：仅导出数据表中选中的行。 点击「导入光谱数据」：从 .csv 文件读入光谱数据，便于后续分析。 7.5 报告图片与工程文件 点击「保存图片」：将当前显示的图形页面另存为 PNG 图片。 点击「保存工程」：将当前测试参数与结果保存为 .lhp 工程文件，下次打开可恢复测试状态。 7.6 输出目录 第八章 硬件诊断与辅助功能 8.1 硬件诊断 点击菜单「工具 → 硬件诊断」，进入诊断页面： 8.2 手动操作与专项测试 重复性测试：对同一条件重复多次测量，统计极差与标准差，评估系统重复性。 反向扫描：电机从 +90° 到 −90° 反向扫描，用于验证对称性或排查机械回差。 模拟演示：无需硬件，用程序内置模拟数据跑通整个测试流程，便于演示或教学。 8.3 数据源验证 点击菜单「工具 → 数据源验证」，可验证各数据通道的计算链路，检查标定系数、换算公式与数据流向是否正确。 第九章 常见问题与故障排除 附录 A 结果参数总表 附录 B 通信协议速查 B.1 HP860 电源控制器（RS-232） 帧格式: [0x8D][命令码][数据…][CRC 高字节][CRC 低字节]，CRC16 多项式 0xA001、初值 0xFFFF、高字节先发；发送失败自动重试（最多 3 次）。命令码最高位为 1 表示下位机返回错误。 数值换算（指令编码）: If 按 10 倍编码（上限 800 mA）；Vf、Vr 按 100 倍编码（上限 20.00 V）；回读 Vf = 原始值 ÷ 100 (V)，回读 Ir = 原始值 ÷ 100 (μA)。 电机定位: 脉冲数 = round(角度差 ÷ 360° × 3200)，到位判定容差 0.5°。 B.2 HP-250C /…