Описание лабораторной установки

Лабораторная установка состоит из блока питания, устройства измерения освещенности и температуры подложки СД-матрицы и ПК, который используется для регистрации световых и тепловых характеристик (рис. 7.3).

Набор из четырех переменных резисторов позволяет производить грубую и точную регулировку тока в цепи питания СД-матриц. Левый двухпозиционный переключатель (2) включает и выключает питание всей установки, правый отвечает за включение и выключение вентилятора (9), если такой расположен на матрице.

Рис. 7.3. Внешний вид передней панели блока питания:

1 – индикатор питания; 2 – двухпозиционный переключатель питания стенда; 3 – кабель питания; 4 – плавкий предохранитель; 5 – точный регулятор тока; 6 – грубые регуляторы тока; 7 – дисплей вольтметра/амперметра; 8 – трехпозиционный переключатель цепей питания СД-матриц; 9 – двухпозиционный переключатель питания вентилятора; 10 – разъем подключения СД-матриц

Для измерения температуры используется термопара (на основе чипа MAX6675), а для измерения освещенности – цифровой люксметр (на основе датчика TSL2561). Оба прибора работают в режиме самописца. Регистрация данных осуществляется в программе LED Monitor (рис. 7.4).

Для настройки LED Monitor необходимо выбрать «Порт» «COMX», где «X» соответствует используемому USB-порту.

В правом левом углу расположена кнопка закрытия программы, которая в том числе разрывает соединение с COM-портом, тем самым освобождая его для работы с другими программами. Чуть ниже расположены графики освещенности и температуры от времени. Оба обладают возможностями автомасштабирования и увеличения с помощью левой клавиши компьютерной мыши. Еще ниже расположены две строки с текущим значением измеряемых параметров.

Рис. 7.4. Внешний вид рабочего окна LED Monitor

В нижнем левом углу расположена кнопка «Начать», предназначенная для запуска программы. Если она нажата, то в процессе работы программы на ней написано «Остановить», что соответствует новой функции данной кнопки и поставит построение графиков на паузу. Если нажать «Остановить», то появится надпись: «Продолжить». В этом случае регистрация продолжится с точки остановки.

Правее расположено выпадающее меню с выбором COM-порта, к которому подключено устройство автоматической регистрации характеристик источников светодиодного излучения. Если оно пустое, то кнопка «Начать» деактивирована. Обратная ситуация, если регистрация значений выполняется: выпадающее меню становится недоступным.

Еще правее находится кнопка «Сохранить значения», которая позволяет сохранить записанные точки в виде текстового документа. При ее нажатии всплывает окно выбора пути и названия файла.

В правом нижнем углу находится кнопка «Очистка графиков», которая сбрасывает содержимое графиков в начальное состояние.

Датчик TSL2561 интегрирует на кристалле два канала измерения интенсивности падающего излучения: канал 0 с откликом в широком участке спектра, включающем видимый и инфракрасный диапазоны, и канал 1 с откликом в более узком инфракрасном диапазоне (рис. 7.5).

Каждый канал имеет первичный оптический датчик – фотодиод с соответствующим спектром чувствительности. Сигналы с фотодиодов каждого канала оцифровываются с помощью встроенных модулей АЦП, преобразование в которых запускается одновременно (рис. 7.6).

Рис. 7.5. Функциональная схема датчика освещенности TSL2561

, нм

I, о. е.

Рис. 7.6. Спектральная характеристика датчика TSL2561

Принципиальная схема измерительного устройства представлена на рис. 7.7. Уровень освещенности в люксах [лк], падающий на датчик TSL2561, может быть вычислен по эмпирической формуле, использующей в качестве исходных данных значения с выходов АЦП двух каналов датчика. Спектральная чувствительность и соотношение коэффициентов усиления каналов датчика подобраны так, чтобы вычисление по указанной формуле в результате давало значение освещенности, максимально приближенное к спектру чувствительности человеческого глаза. Вычисление уровня освещенности в люксах из исходных данных, поступающих от датчика TSL2561 осуществляется управляющей программой микроконтроллера (МК). Передача данных от датчика освещенности к микроконтроллеру осуществляется при помощи двухпроводного последовательного интерфейса I2C.

Микроконтроллер

Термопара

Датчик освещенности

Рис. 7.7. Принципиальная схема устройства.

Обработку сигнала с термопары, пропорционального температуре матрицы, осуществляет микросхема MAX6675, которая учитывает нелинейность характеристики термопары. При этом не требуется дополнительное аналогово-цифровое преобразование сигнала с термопары. На выходе микросхемы получается качественный цифровой сигнал, позволяющий судить о текущем значении температуры (рис. 7.7).