一种辐射光谱稳定的LED光源及其控制装置

摘要

一种辐射光谱稳定的LED光源包括LED芯片、铝基板、铝散热片、温度传感器、半导体制冷片和风扇，将LED芯片焊接在LED铝基板上，用导热硅胶将铝基板与铝散热片紧密相贴，在铝散热片上打孔，将温度传感器塞入孔内，引出温度传感器导线后用导热硅胶将孔密封，用导热硅胶将铝散热片的另一面贴在半导体制冷片上，半导体制冷片的另一面再与另一个装有风扇的铝散热片相贴；LED光源控制装置以单片机为控制核心，采用了半导体制冷片作为控温元件，半导体制冷片的工作电流由电流负反馈构成的恒流源电路提供，恒流源输出电流大小由单片机进行PID运算后的结果控制D/A转换器输出的电压来控制。本发明用于开放光路污染气体光谱探测系统中，为测量系统的浓度反演提供稳定光谱。

主权项

一种辐射光谱稳定的LED光源控制装置，其特征在于包括：辐射光谱稳定的LED光源、单片机、LED恒流源及限流保护电路、半导体制冷片恒流源及限流保护电路、温度采集电路、电源变换电路、RS‑232通信接口电路、EEPROM存储电路、LCD显示电路、键盘接口电路、时钟电路以及复位电路；其中：所述LED光源由LED芯片、铝基板、铝散热片、温度传感器、半导体制冷片和风扇构成；LED 芯片焊接在LED铝基板上，用导热硅胶将铝基板与铝散热片紧密相贴，在铝散热片上打孔，将温度传感器塞入孔内，引出温度传感器导线后用导热硅胶将孔密封；用导热硅胶将铝散热片的另一面贴在半导体制冷片上，半导体制冷片的另一面再与另一个装有风扇的铝散热片相贴，然后再用导热硅胶固定；单片机，负责整个系统的控制功能，协调各个部分工作，完成温度采样、温度控制PID算法运算，根据PID算法运算结果控制D/A转换器输出的模拟电压，来控制半导体制冷片恒流源输出电流值，从而控制LED光源温度；LED恒流源及限流保护电路，用于提供辐射光谱稳定的LED光源在0～2500mA范围内恒定的工作电流，所述LED恒流源带有限流保护电路，当辐射光谱稳定的LED光源输出的电流由于某种原因而超过设定范围时，LED恒流源输出电流值会限制在给定上限，从而保护辐射光谱稳定的LED光源因过流而损坏；LED恒流源输出电流值的大小可以设定，由单片机控制其中的D/A转换器输出的模拟电压来控制；半导体制冷片恒流源及限流保护电路，用于提供辐射光谱稳定的LED光源中半导体制冷片0～5000mA的工作电流，所述半导体制冷片恒流源还有限流保护电路，半导体制冷片恒流源输出电流值的大小是由单片机进行温度控制PID运算后来决定的，根据PID运算结果单片机控制其中的D/A转换器输出模拟电压来控制；温度采集电路，用于将LED光源温度、环境温度转换成电压信号供单片机采样；电源变换电路，用于将输入的12V直流电压源变换成3.3V、5V和±12V，分别给单片机及其外围电路供电；RS‑232通信接口电路，用于实现将LED光源温度数据上传到监控计算机上，以便后台处理；EEPROM存储电路，用于存储系统上次关机时的LED工作电流和工作温度，系统每次重启时，LED默认的工作电流和工作温度都以上次为准，也能够通过按键进行修改；LCD显示电路，用于显示LED光源控制装置的参数，包括显示LED恒流源输出电流设定 值和实际值、LED温度设定值和实际值，以及环境温度值；键盘接口电路，用于连接5个操作按键，以供单片机识别；时钟电路，产生22.1184MHz脉冲信号，用作单片机的工作时钟；复位电路，用于保证LED光源控制装置启动时能正常复位，从而使其从一个确定的状态开始运行；所述单片机上电启动时，首先通过总线接口访问EEPROM存储器，从中读取上次系统工作时的LED电流设定值和温度设定值，再根据LED电流设定值控制其D/A转换器输出相应的电压，从而控制输出相应的电流；然后单片机通过其A/D转换器分别采集LED光源的实际温度和环境温度，计算LED光源设定温度与实际温度的偏差，作为PID算法的输入，并结合环境温度值更新PID算法输出，根据PID输出控制其D/A转换器输出相应的电压，从而控制输出相应的电流；同时，单片机还通过键盘接口电路监控5个按键K1～K5，并结合LCD显示电路，完成LED光源工作电流和工作温度的设定操作。