FreeRTOS中文入门手册
FreeRTOS中文入门手册方便初学者入门学习，讲的很好，很值得学习第一章任务管理Designed For Micr。 contr。11exs;概览附录中提供了使用源代码的实用信息小型多任务嵌入式系统简介不同的多任务系统有不同的侧重点。以工作站和桌面电脑为例:·早期的处理器非常昂贵,所以那时的多仟务用于实现在单处理器上支持多用户。这类系统中的调度算法侧重于让每个用户公平共享处理器时间。随着处理器功能越来越强大,价格却更偏宜,所以每个用户都可以独占一个或多个处理器。这类系统的调度算法则设计为计用户可以同时运行多个应用程序,而计算机也不会显得反应迟钝。例如某个用户可能同时运行了一个字处理程序,一个电子表格,一个邮件客户端和一个浏览器,并且期望每个应用程序任何时候都能对输入有足够快的响应时间。桌面电脑的输入处珒可以归类为软实时。为了保证用户的最佳体验,计算机对每个输入的响应应当限定在一个恰当的时间范围——但是如果响应时间超出了限定范闱,并不会让人觉得这合电脑无法使用。比如说,键盘操作必须在键按下后的某个时间内作出明显的提示。但如果按键提示超出了这个时间,会使得这个系统看起来响应人慢,而不致于说这台电脑不能使用。仅仅从单处理器运行多线程这一点来说,实时嵌入式系统中的多任务与桌面电脑的多任务从概念上来讲是相似的。但实时嵌入式系统的侧重点却不同于桌面电脑特别是当嵌入式系统期望提供硬实时行为的时候。硬实时功能必须在给定的时间限制之内完成——如果无法做到即意味着整个系统的绝对失败。汽车的安全气囊触发机制就是一个硬实吋功能的例子。安全气囊在撞击发生后给定时间限制内必须弹出。如果响应时间超出了这个时间限制,会使得驾驶员受到伤害,而这原本是可以避免的大多数嵌入式系统不仅能满足硬实时要求,也能满足软实时要求。Designed For Micr。 contr。11exs;术语说明在屮,每个执行线程都被称为任务。在嵌入式社区屮,对此并没有个公允的术语,但我更喜欢用任务而不是线程,因为从以前的经验米看,线程具有更多的特定含义本章的目的是让读者充分了解:在应用程序中,如何为各仟务分配处理时间。●在任意给定时刻,如何选择任务投入运行。●任务优先级如何影响系统行为。●任务存在哪些状态。此外,还期望能够让读者解:●如何实现一个任务。●如何创建一个或多个任务的实例●如何使用任务参数。如何改变一个已创建任务的优先级●如何删除任务。●如何实现周期性处理。空闲任务何时运行,可以用来干什么本章所介绍的概念是理解如何使用的基础,也是理解基于的应用程序行为方式的基础——因此,本章也是这本书中最为详尽的一章Designed For Micr。 contr。11exs;任务函数任务是由语言数实现的。唯一特别的只是任务的函数原犁,其必须返回而且带有一个指针参数。其数原型参见程序清单。void ATaskFunction( void *pvParameters )程序清单任务函数原型每个任务都是在自己权限氾围内的一个小程序。其具有程序入口,通常会运行在一个死循环中,也不会退出。一个典型的任务结构如程序清单所示。仟务不允许以任何方式从实现函数中返回一一它们绝不能有条语句,也不能执行到函数末尾。如果一个任务不再需要,可以显式地将其删除。这也在程序清单展现个任务函数可以用来创建若干个任务—创建出的任务均是独立的执行实例,拥有属于自己的栈空间,以及属于自己的自动变量栈变量,即任务函数本身定义的变量v。 d ATaskFunction(v。1d* pArameters)/*可以像普通函数一样定义变量。用这个函数创延的每个任务实例都有一个属于自己的 vAria1b1 eExamp1e变量。但如果 varial1e3 xample被定义为 static,这一点则不成立-这种情况下只存在一个变量,所有的任务实例将会共享这个变量。int ivariableExample =0;/*仨务通常实现在一个死循环中。*/for(ii)/*完成任务功能的代码将放在这里。*//*如果任务的具体实现会跳出上面的死循环,则此任务必须在函数运行完之前朋除。传入NUL参数表示删除的是当前任务*vTaskDelete( NULL程序清单典型的任务函数结构Designed For Micr。 contr。11exs;顶层任务状态应用程序可以包含多个任务。如果运行应用程序的微控制器只有一个核那么在任意给定时间,实际上只会有一个仼务被执行。这就意味着一个任务可以有一个或两个状态,即运行状态和非运行状态。我们先考虑这种最简单的模型——但请牢记这其实是过于简单,我们硝后将会看到非运行状态实际上又可划分为若千个子状态。当某个任务处于运行态时,处理器就正在执行它的代码。当一个任务处于非运行态时,该任务进行休眠,它的所有状态都被妥善保存,以便在下一次调试器决定让它进入运行态时可以恢复执行。当任务恢复执行时,其将精确地从离开运行态时正准备执行的那一条指令开始执行。A tasks that areOnly one tasknot currentcan be in theRunning are in theRunning state atNot Running Stateany one timeNot RunningRunning图顶层任务状态及状态转移任务从非运行态转移到运行态被称为切换入或切入或交换入相反,任务从运行态转移到非运行态被称为切换出或切出或交换出的调度器是能让任务切入切出的唯一实体。Designed For Micr。 contr。11exs;创建任务函数创建仟务使用的函数这可能是所有数中最复杂的函数,但不幸的是这也是我们第一个遇到的函数。但我们必须首先掌控任务因为它们是多任务系统中最基本的组件。本书中的所有示例程序都会用到,所以会有人量的例子可以参考。附录:描述川到的数据类型和命名约定。portBASE TYPE xTaskCreate( paTASK CODE pvTaskCodeconst signed port CHAR conist pcNameunsigned portSHORT usstackDepthunsigned portEASE TYPE uxPriorityxTaskHandle *pxCreatedTask程序清单函数原型表参数与返回值参数名描述任务只是永不退出的函数,实现常通常是个死循环。参数只一个指向任务的实现函数的指针效果上仅仅是函数名具有描述性的任务名。这个参数不会被使用。其只是单纯地用于辅助调试。识别一个具有可读性的名字总是比通过句柄来识别容易得多。应用程序可以通讨定义常量来定义任务名的最大长度—一包括结朿符。如果传入的字符串长度超过了这个最大值,字符串将会自动被截断。Designed For Micr。 contr。11exs;当任务创建时,内核会分为每个任务分配属于任务自己的唯一状态。值用于告诉内核为它分配多人的栈空间。这个值指定的是栈空间可以保存多少个字,而不是多少个字节比如说,如果是位宽的栈空间,传入的值为则将会分配字节的栈空间。栈深度乘以栈宽度的绩果万不能超过~个类型变量所能表达的最人值。应川程序通过定义常量来决定空闲任条任用的栈空间大小。在为微控制器架构提供的应用程序中,赋予此常量的值是对所有任务的最小建议值如果你的任务会使用大量栈空间,那么你应当赋予一个更大的值。没有任何简单的方法可以决定一个任务到底需要多大的栈空间。计算出来虽然是可能的,但人多数用户会先简单地赋予一个自认为合理的值,然后利用提供的特性来确证分配的空间既不欠缺也不浪费。第六章包括了一些信息,可以知道如何去查询任务使用了多少栈空问。仟务函数接受一个指向的指钅的值即是传递到任务中的值。这篇文档中的一些范例程序将会示范这个参数可以如何使用指定任务执行的优先级。优先级的取值范围可以从最低优先级到最高优先级是一个由用户定义的常量。优生级号并没有上限除了受限于采用的数据类型和系统的有效内存空间,但最妊使用实际需要的最小数值以避免内在浪费。如果的值超过了,将会导致实际赋给任务的优先级被自动封顶到最大合法值。Designed For Micr。 contr。11exs;用于传出任务的句柄。这个句枢将在调川中对该创建出来的任务进行引用,比如改变任务优先级,或者删除仟务。如果应用程序中不会用到这个任务的包柄,则川以被设为返回值有两个可能的返回值:表明任务创建成功。由于内存堆空间不足,无法分配足够的空间来保存任务结构数据和任务栈,因此无法创建任务。第五章将提供更多有关内存管理方面的信息。例创建任务附录:包含一些关于示例程序生成工具的信息。本例演示了创建并启动两个任务的必要步骤。这两个任务只是周期性地打印输出守符串,采用原始的空循环方式来产生周期延迟。两者在创建时指定了相同的优先级,并且在实现上除输出的字符串外完全一样—程序清单4和程序清单5是这两个仟务对应的实现代码。Designed For Micr。 contr。11ers;
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基恩士上位机TCP通讯协议
基恩士上位机TCP通讯协议，有了这份协议就可以实现上位机TCP协议和基恩士PLC直接通信，不需要购买其他软件了！数据结构简单清晰，一目了然。安全使用注意事项本手册对K∨-7500/KV-5500的内置 EtherNet/P功能、 EtherNet/P单元KVEP21V、KVNC1EP的使用方法、操作步骤及注意事项等进行了说明为充分利用KV-EP21∨、K∨NC1EP的性能,请仔细阅读本手册,充分理解后再使用。符号的意义为了防止对人造成危害以及损坏机器,防患于未然,本书对必须遵守的事项作了如下分类A危险表示若不遵守该注意事项,将导致人员伤亡。△警告表示若不遵守该注意事项,可能导致人员伤亡△小心表示若不遵守该注意事项,可能导致人员遭受轻微或中度的伤害。「注意表示若不遵守该注意事项,将导致本产品损害以及财产损失。重要表示使用过程中,必须遵守的注意事项和使用限制等。要点表示正确使用本产品所必须注意的其它信息。口参考门表示为了更好地理解和使用有关信息所给出的一些小诀窍显示应参考的页码以及其它使用手册的参考页码453CN■一般注意事项在开始工作或操作时,应在确认本产品的功能和性能正常后再使用从故障自保的观点上出发,应采用不通过PLC的方法设置安全回路,以便即使PLC本身发生故障时,也能使整个系统实现故障安全。A警告·由于输出回路和内部回路的故障,有时可能无法进行正常的控制动作。火灾等重大事故原因,请务必设置安全回路不能用于保护人体及人体的一部分。本产品并非设计用于防爆区域,因此切不可将其用于防爆区域。△小心通过本手册中的规定方法以外的其它方法使用本公司产品时,可能会有损本产品具备的保护功能。请注意:在标准规格以外使用,或使用改造的产品,将无法保证其功能和性能。「注意·将本公司产品与其它设备组合使用时,根据使用条件、环境等,有时功能和性能将无法满足,请在充分考虑后使用。CE标志/L认证有关CE标志、UL508认证的注意事项,请参见口《KV7000系列用户手册》、《KV550050003000系列用户手册》、《K∨Nano系列(连接器型)用户手册》、《 KV Nano系列(端子台型)用户手册》2KV-EP21VKV-7500/K∨-5500/KVNC1EP用户手册使用手册的构成1章配置与技术规格本章介绍K∨-7500、KV5500的 EtherNet/P功能、K∨EP21V、KVNC1EP的特点、各部分的名称、功能和技术规格2章单元的安装本章介绍KV7500、KV5500的 EtherNet/e功能、K∨EP21V、KVNC1EP的安装环境、安装到CPU单元上的方法、与以太网的连接方法3章单元设定本章介绍 EtherNet/IP单元的单元设定。4章 therNet/IP通讯功能木章介绍EhNe通讯的原理、功能和必要通讯设定2—3—4-5EtherNet/P设定的操使用 KV STUDIO随付的 EtherNet/IP设置,可设定 EtherNet/P I单元与 EtherNet5章作方法P设备间的隐式(O)报文通讯等。本章将对 EtherNet/P设置的操作方法进行说明KV DATALINK+for使用 KV STUDIO附带的 KV DATALINK+ for etherNet/p,只要按照画面的指示,6章法EtherNet/P的操作方输入所需的项目,就可以方便地设置与 EtherNet/P扫描仪之间的数据发送和接收7章传感器应用功能本章介绍传感器应用、功能和必要设定567898章上位链路通信功能本章介绍上位链路通信功能的工作原理、通信设定、命令和应109章Mc协议通信功能本章介绍MC议通信功能的工作原理、通信设定命令与响应10章邮件收发功能本章介绍邮件收发功能的结构和通讯设定。1211章P服务器功能本章介绍如何基于FTP获取CPU单元的软元件值,写入/读取存储卡,运行/停止CPU单元,以及如何使用访问窗口。1312章FTP客户端功能交本童介绍了在与FTP服务器连接后,如何使用FTP客户端功能上传下我14件1513章简易PC连接功能本章介绍如何使用简易PC连接功能实现数据连接1614章N套接字通讯功能介绍Ky套接字通讯功能的结构和套接字通讯时使用的软元件的功能附录15章访问窗本章介绍 EtherNet/P单元访间窗的操作方法。16章监控器本章介绍“ KV STUDIO"的监控功能和使用方法本章介绍了K∨-7500、K∨5500的 EtherNet/P功能,K∨EP21V,KVNC1EP附录的外形尺寸、软元件列表错误列表、故障排查等,同时还介绍了时钟数据自动调整功能。KV-EP21VKV-7500/K∨-5500/KVNC1EP用户手册目录安全使用注意事项使用手册的构成手册的使用方法.16助记符列表的使用方法16术语检查包装内容18KV-EP21V/K∨NC1EP和KV-LE21V的差别19KV-7500/K∨-5500/K∨-5000的内置 Ethernet功能的差分...第1章配置与技术规格1-1 EtherNet/IP单元概述12何谓 EtherNet|P1-2EtherNet/P单元功能概述141-2各部分的名称1-3技术规格1-8第2章单元的安装2-1检查安装环境2-22-2安装到CPU单元(基本单元)2-3安装到DN轨道2-92-3连接到以太网2-10所用电缆.2-10所用以太网交换机2-11EtherNe|P单元的连接器2-14EtherNet/|P单元与以太网的连接2-15EtherNet/|P单元和PC的直接连接2-16构建以太网时的注意事项2-172-4维护与保养2-18第3章单元设定3-1单元编辑器的设定.3-2单元编辑器的定义.3-2单元编辑器的设定方法3-2设定项目列表3-43-2各项目设定内容3-6功能3-6基本.3-6端口号3-8路由设定EtherNet/P设定3-11FTP客户端设定3-13FTP服务器设定3-14简易PLC连接设定3-14MC协议通信3-15邮件设定3-15时钟数据自动调整功能3-15K∨套接字通讯功能(仅K∨-7500)3-174K∨EP21V/K-7500KV5500/K∨NC1EP用户手册第4章 EtherNet/P通讯功能4-1 EtherNet/P通讯功能概述4-2EtherNet/|P通讯功能概述4-24-2 EtherNet/P通讯功能和设定工具概述4-5EtherNe|P通讯的各种功能与设定工具的关系4-54-3隐式(/O)报文通讯功能4-6概述4-6将隐式(/O)报文通讯设定到运转的流程4-9与隐式(O)报文通讯功能相关的单元编辑器设定4-11扫描列表的设定4-12目标设备端 EtherNet/|P设备的设定4-15EtherNet/P单元(发起设备端)主机的设备设定4-19隐式(/O)报文通讯的开始和停止4-21连接设定4-24标签设定4-38隐式(/O)报文通讯数据的软元件分配4-42cPU软元件和通讯数据的刷新.4-50通讯负荷(负荷率)的计算和限制.4-56使用外围功能时的通讯负荷率标准.4-60隐式(O)报文通讯的消息交换时间(延迟时间)4-62隐式(/O)报文通讯中使用的软元件和程序…4-63隐式(O)报文通讯的停止请求和重新开始请求4-67隐式(O)报文通讯用的专用指令4-69RESCI隐式(/O)报文通讯输入刷新4-70RFSCO隐式(/O)报文通讯输出刷新4-74U CSTOP指定隐式(/O)报文通讯停止请求对象…4-78U CSTRT隐式(/O)报文通讯重新开始请求对象指定4-80U CREG读取隐式(/O)报文通讯登录节点表…4-82U CERR读取隐式(/O)报文通讯错误节点表4-84隐式(O)报文通讯用的专用函数4-86RFSCI隐式(/O)报文通讯输入刷新………4-88RESCO隐式(O)报文通讯输出刷新4-90U CSTOP隐式(O)报文通讯停止请求目标节点指定……4-92U CSTRT隐式(/O)报文通讯重新开始请求目标节点指定4-93U CREG读取隐式(O)报文通讯登录节点表4-94U CERR读取隐式(/O)报文通讯错误节点表4-954-4显式报文通讯(客户端)功能4-96概述4-96显式报文通讯(客户端)功能的数据格式4-97与显式报文通讯(客户端)功能相关的单元编辑器的设定4-98显式报文通讯中使用的软元件4-99报文发送的步骤4-102显式报文通讯(客户端)功能的示例程序..…4-103显式报文通讯用单元专用指令4-105U MSGTO显式报文通讯对象写入4-106U MSGSND显式报文通讯发送数据写入4-108U MSGRCV显式报文通讯接收数据读取4-110U MSGST显式报文通讯完成代码读取4-112显式报文通讯用单元专用函数4-114U MSGTO显式报文通讯对象写入4-115U MSGSND显式报文通讯发送数据写入4-116K∨EP21V/K-7500KV5500/K∨NC1EP用户手册U MSGRCV显式报文通讯接收数据读取.4-117U MSGST显式报文通讯完成代码读取,4-1184-5显式报文通讯(服务器)功能4-119概述4-119显式报文通讯(服务器)功能相关的单元编辑器设定.4-121通讯格式和处理流程4-122各对象表的使用方法4-125PLC对象(类D:65H)4-126Identity对象(级别|D:01H)….4-141Message Router对象(类|D:02H).4-144Assembly对象(类|D:04H)4-145Connection Manager对象(类ID:06H)…4-146TCP/IP Interface对象(类|D:F5H)4-148Ethernet link对象(类ID:F6H)4-151C|P的一般状态一览4-1544-6节点状态获取功能4-156概述.4-156与节点状态获取功能相关的单元编辑器设定4-157节点状态获取功能中使用的软元件4-158节点状态获取功能的步骤和参考程序4-160节点状态获取功能用的单元专用指令4-162U NDtO节点状态获取对象指定4-163U NDSTAT读取节点状态获取结果4-165U SLREG登录节点表读取4-167节点状态获取功能用单元专用函数4-169U NDTO节点状态获取对象指定.4-170U NDSTAT读取节点状态获取结果4-171U SLREG扫描列表登录节点表读取.4-1724-7附录..4-173数据类型和软元件的存储方式4-173C|P的数据相关指令4-175CPMSETC|P消息创建4-176CPMGETC|P消息获取4-181RCPSASCC|P字符串型数据反转换4-185CPSASCC|P字符串型数据转换4-187C|P数据相关函数4-189CPMSETC|P消息创建4-190CPMGETC|P消息获取.4-192RCPSASCC|P字符串反转换4-194CPSASCC|P字符串转换4-195第5章 EtherNet/P设定的操作方法5-1关于 EtherNet/P设定….5-2何谓 EtherNet/E设定5-2EtherNet/|P设定的功能5-3设定流程5-45-2启动和退出 EtherNet/P设定∴5-7启动 EtherNet|P设定5-7退出 EtherNet/P设定5-3画面各部分的名称和功能6K∨EP21V/K-7500KV5500/K∨NC1EP用户手册5-4扫描列表区域扫描列表区域概述5-9扫描列表区域的显示内容..5-10向扫描列表登录设备5-12EtherNet/P设备的删除5-145-5 EtherNet/P设备区域…∴5-15EtherNet/P设备区域概述5-15设备列表”选项卡5-16设备设定”选项卡5-22设备查找"选项卡5-245-6设定..5-31连接设定5-31选项卡设定5-32软元件分配设定…5-33传感器设定备份设定5-35传感器设定成批传送设定.5-355-7输出窗口5-36输出窗口的概述15-36“消息”选项卡5-36“校验”选项卡5-37“设定列表”选项卡…5-385-8文件5-46导入5-46应用.5-47关闭5-475-9编辑5-48剪切/复制/粘贴5-48删除5-48扫描列表5-495-10转换∴5-51跳转至错误行5-51自动分配所有单元.5-51单元内自动分配5-51设定检查5-525-11通讯/工具5-53与实机校验.5-53显式报文通讯5-54传送适配器设定5-55启动 KV DATALINK+ for etherNet|P5-55计算隐式(O)报文通讯负荷5-555-12传送适配器设定5-56传送适配器设定功能的特点5-56传送适配器设定功能的启动与退出5-56传送适配器设定的各部分名称和功能…5-57文件5-61传送适配器设定的执行(通讯)5-63通讯选项5-665-13计算隐式(/O)报文通讯负荷.5-67计算隐式(/O)报文通讯负荷的概述5-67显示隐式(O)报文通讯负荷计算对话框5-67计算隐式(/O)报文通讯负荷对话框各部分的名称和功能5-68K∨EP21V/K-7500KV5500/K∨NC1EP用户手册5-14视图/帮助.5-72工具栏/状态栏/输出窗口…5-72编程区域切换5-73EtherNet/P设定的使用方法5-73第6章 KV DATAL|NK+ for etherNet/p的操作方法6-1 KV DATALINK+ for etherNet/P的概述6-2KV DATAL|NK+ for ethernet/P”的功能6-2设定流程6-36-2 KV DATALINK+ for etherNet/e的启动和退出6-4启动退出6-46-3画面各部分的名称和功能.6-56-4数据链接设定的流程…….6-7数据链接设定的流程6-76-5设定向导的操作方法6-11设定向导的操作方法6-11可以通过设定向导设定的发送接收数据6-156-6设定视图6-19登录扫描器视图..6-19标签设定视图6-21连接设定视图6-25更新到 KV STUDIO项目的连接设定6-336-7更新到 KV STUDIO项目…6-34更新到 KV STUD|O项目6-346-8其他功能6-37文件6-37编辑6-41视图6-44转换6-47工具6-48帮助6-49第7章传感器应用功能7-1传感器应用功能简介7-2概述7-27-2传感器应用功能的设定步骤7-3传感器应用功能的设定步骤7-3传感器应用功能的通用内容7-4与传感器应用功能相关的单元编辑器设定7-4传感器应用功能的同时执行传感器应用功能的兼容性检查7-5ⅥT传感器应用画面强制切换继电器7-6监控传感器应用功能的进度和日志.7-67-4传感器设定备份功能7-7概述7-7传感器设定备份文件.7-10传感器设定备份功能的设定内容7-11执行使用了VT3系列的传感器设定备份功能.17-148K∨EP21V/K-7500KV5500/K∨NC1EP用户手册
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TracePro应用实例详解-
TracePro应用实例详解-压缩版（内容不变）目录绪论光学设计基础知识1第一章导光管设计实例6第二章背光源设计实例12第三章LED设计实例-..1.18第四章手电筒设计实例由南南由南虚由由面鱼出面量自音s面自自鱼自自西由自由由由由由面由垂型由面由昏音面垂香量看证自音西垂45第五章积分球设计实例,54第六章LED设计实例二…第七章分光棱镜模拟实例……---77第八章LED汽车前照灯设计实例影中中中着,着看e,第九章简易荧光灯模型设计实例……100第十章投影仪设计实例…11111114第十一章红外光气体检测系统设计实例140第十二章荧光粉模拟实例150第十三章LED色温模拟实例…--1160第十四章消除杂散光模拟实例……167第十五章二级复合抛物面聚光器设计实例177第十六章矩形路灯聚光器的优化设计198第十七章一种LED植物生长灯的设计与制作…207第十八章简易筒灯的模拟与设计216绪论光学设计基础知识在开始本书前,我们需要了解一些基础的光学知识。一、光度学基本概念光通量:单位时间内光辐射能量的大小。它表示光源的发光能力。光通量单位:流明(lm),指lcd的均匀点光源在lsr内的光通量。发光强度(光强);光通量的角(空间的)密度,即在一定方向上的单位立体角内所发出的光通量。常用于说明光源和灯具发出的光通量在空间各方向或选定方向上的分布密度。发光强度的单位:坎德拉cd,lcd=1mSr,是国际单位制的基本单位。立体角:是任意一封闭的圆锥面内所包含的空间。单位是球面度(Sr),即以锥顶为球心,以r为半径作一圆球,如果锥面在圆球上截得的面积A为r的平方,则该立体角为一个单位立体角,而一个球体包含4π球面度。1979年10月第10届国际计量大会透过的坎德拉定义为:一个光源发出频率为540.0E1Hz的单色辐射(对应于空气中波长为550nm的单色辐射),若在一定方向上的辐射强度为1/683Wsr,则光源在该方向上的发光强度为1cd照度:单位面积(被照射面)上入射的光通量。照度单位;勒克斯(1x)注:1kx的照度是比较小的,在此照度下仅能大致辨认周围物体。晴朗的盈月夜晚,地面照度大约为0.2x;白天采光良好的室内照度为100-500x;晴天室外太阳散射光下,地面的照度约为10001x;中午太阳光照射下,地面的照度可达100001x光出射度:单位面积(发光面)上发射的光通量。其单位:辐射勒克斯(rlx)。亮度(台湾又称辉度):在一个广光源上取一个单元面积dA,从与表面法线成角的方向上去观察,在这个方向上的光强与所可见的光源面积之比,定义为光源在该方向的亮度。单位:尼特(坎德拉每平方米,cdm2)。注:太阳的亮度为1.6*10E9以上,碳极弧光灯(1.8-12)*10E8,钨丝灯(2.0-20)*10E6,蜡烛(0.5-1.0)*10OE4,蓝天0.8*10E4暗适应:由光亮处进入到黑暗处,开始一切都看不见,经过一段时间才能看见物体轮廊。所需时间较长,一般几分钟以上。明适应:有暗处进入到亮处时,开始也不能辨别物体,几秒到几十秒后才能看清物体。在有明暗变化的视场内,应考虑照明的过渡。后像:在高亮度的闪光之后,往往会感到有一连串的影像,以不规则的强度和不断降低的频率正负交替出现,即后像。强烈的后像对视力工作有很大害处。应避免。眩光:视场中有极高的亮度或强烈的亮度对比时,会造成视觉下降和眼睛的不舒适,这种现象称为眩光。前者为失能眩光,后者为不舒适眩光。不舒适眩光取决于视场内的尺寸亮度数量位置以及背景亮度等原素。注:一个明亮光源发出的光线,被一个有光泽或半光泽的表面射入观察者眼睛,可能产生轻度分散注意力甚至不舒适的感觉。当这种反射发生在作业面上时,称为“光幕反射”,如发生在作业面以外时,称为“反射眩光”。颜色:眼睛能够辨别背景上的被观察对象(细节),必须满足以下两个条件之对象与背景有不同的颜色(颜色对比),或者对象与背景在亮度上有一定的差别(亮度对比)。可见度(能见度,视度):表示被识别对象看清楚的程度。反射,折射,透射,吸收:1.据能量守衡定律,材料的反射系数+透射系数+吸收系数=1铝(普通)的反射系数为60-73%,吸收系数为2740%。铝(电解抛光)的反射系数为75-84%(光泽),62-70%(无光)。铬反射系数为65%,吸收系数为35%2.光的反射分类:定向反射( Specular reflection),散反射( Spread Reflection),漫反射( )effuse Reflection),混合反射( Compound Reflection)3.折射:水的临界折射角为48.5°,玻璃的临界折射角为30°到40°。玻璃的折射率为1.5左右。4.光的透射分类:定向透射,散透射( Spread Transmission),漫透射( DiffuseTransmission),混合透射( Mixed Transmission)5.光在玻璃表面垂直入射时,入射光在入射面被反射4%,在透过面被反射3-4%,被吸收2-8%,透过率为80-90%6.材料的表面的光反射和光透射具有光谱选择性。二、LED光学设计基础知识为了使LED芯片发出的光能够更好地输出,得到最大程度的利用,并且在照明区域内满足设计要求,需要对LED进行光学系统的设计。其中,在封装过程中的设计被称为一次光学设计;而在LED之外进行的光学设计被称为二次光学设计①一次光学设计LED芯片只是一块很小的固体,它的两个电极要在显微镜下才能看见,加入电流后它才会发光。在制作工艺上,除了要对LED芯片的两个电极进行焊接,从而引出正、负电极之外,同时还要对LED芯片和两个电极进行保护。因此,这就需要对LED芯片进行封装。在封装的过程中,为了能够最高效率地输出可见光的功能,需要进行光学设计,合适选择封装材料的形状、结构和材料,这种设计在业内被称为一次配光设计次配光设计主要是决定发光器件的出光度、光通量大小、光强大小、光强分布等。而影响封装出光效率的高低、效果的好坏,主要是由芯片、支架和模粒三要素来决定的。②二次光学设计在使用LED发光器件时,整个系统的出光效果、光强、色温的分布状况也必须进行设计,把器件发出的光线集中到期望的照明区域内,从而让整个LED照明系统能够满足设计的需要,这被称为二次光学设计。二次光学设计必须在LED发光器件次配光设计的基础上进行。一次配光设计是保证每个LED发光器件的出光质量,考虑将LED芯片中发出的光能尽量多地取出。而二次配光设计是考虑怎样把LED器件发出的光线集中到期望的照明区域上,从而让整个系统发出的光能满足设计需要。从某种意义上来说,只有封装设计即一次配光设计)合理,才能保证系统的二次配光设计顺利实现,从而提高照明和显示的效果。基于LED的二次配光设计,对最终的照明器件和产品的性能起着至关重要的作用。第一,部分光线未能达到有效的照明范围从而导致能量的损失,需要使用大数值孔径的光学系统对光线进行汇聚,进一步提高光能利用率;第二,封装之后,像面照度分布均匀性达不到改计要求,难以在每一点的照度值都大于要求的最低照度值,这都需要对LED进行二次配光设计。日前市场上常用的光学设计和分析程序主要有美国焦点软件公司开发的ZEMAX、 Optical Research Associates的 CODE V和 Light Tools、 Breault ResearchOrganization的ASAP以及 Lambda research的 TracePro等。ZEMAX是美国焦点软件公司所发展出的光学设计软件,可做光学组件设计与照明系统的照度分析,也可建立反射、折射、绕射等光学模型,并结合优化,公差等分析功能,是套可以运算 Sequential及Non- Sequential的软件。 ZEMAX不仅功能强大,而且具备直观性、软件灵活、优化快速、容易操作使用等优点,与其他软件不同的是 ZEMAX的CAD转档程序都是双向的,如IGES、STEP、SAT等格式都可转入及转出。当前有三种不同的版本: ZEMAX-SE(标准版); ZEMAX-XE(展版)ZEMAX-EE传专业版)。 ZEMAX在成像光学,特别是透镜设计方面应用十分广泛。CODE V是应用非常广泛的光学设计和分析软件,是世界上分析功能最全、优化功能最强的光学软件,为各国政府及军方研究部门、著名大学和各大光学公司广泛采用,并广泛适用于照相设备、摄影机和医疗器具等,功能强大使用简单灵活。其功能主要包括变焦结构优化和分析、环境热量分析、MIF和RMS波阵面基础公差分析、用户自定义优化、干涉和光学校正准直、非连续建模、矢量衍射计算及偏振、全球综合优化光学设计方法等。ASAP是 Breault Research Organization研制的一套不受限制的、非序列光线追迹软件。它具有对物理光学、成像系统和照明系统进行建模分析的强大功能,它的图形工具允许用户进行截图分析,或者对几何模型、光线追迹、分析结果进行三维演示。ASAP还可以分析散射、衍射、反射、折射、吸收、偏振、非序列光线追迹和高斯光束传播。Light Tools.是 Optical Research Associate制的一套全新的具有光学精度的交互式三维实体建模软件体系,它提供最现代化的手段直接描述光学系统中的光源、透镜、反射角、分束器、衍射光学元件、棱镜、机槭结构以及光路。由 Light Tools把光学和机械元件集合在统一的体系下处理,并配置“放置”光源、发射光线的非序列追迹强大功能,使它在系统初步设计、复杂系统设计规划、光机一体设计、杂光分析、照明系统设计分析、单位各部门间学术交流和数据交換、课题论证或产品推广等各环节中发挥重要的作用。TracePro是美国 Lambda Research公司开发的一款基于蒙特卡罗法( Mante Carlo)的非序列光线追迹(Non- Sequential Ray Tracing)软件,它是一套以符合工业标准的ACIS固体建模引擎为核心所发展出来的光学机构仿真软件,是一套结合了真实固体建模、强大光学分析功能、信息转换能力强及易上手的使用界面的仿真软件,它可将真实立体模型与光学分析紧密结合起来。目前,国际上在照明系统分析、传统光学分析、辐射度以及光度分析,在镜头杂散光分析、背光板、LED设计及应用、照明灯具、车灯、投影显示器等众多领域中已经大量采用该软件进行计算机辅助设计。本书主要采用该软件进行模拟设计(读者需对 TracePro软件的使用有一定了解,可以参考《 TracePro7.0中文使用手册》)。TracePro用于照明设计的一般流程如图1所示。建立模型□>建立模型建立光源优化属性结果不符合定义属性光线追迹结果分析图1模拟设计流程图三、几个知名品牌的LED模型下载地址下面是各个种类的LED模型下载地址,模型包括用在 Trace Pro里面的,也有Light Tools,,也有 ZEMAX的,下载下来直接在相应的软件上调用就可以了,十分方便。1.mh:http://www.philipslumileds.com/resources/design/listing.cfm?catoptical然后打开 Optical Design Resources点击LE链接2.lim(Cree):http:/www.cree.com/products/ledlamps.asp.然后打开 LED Components页面点击LED3.欧司朗http://www.osram-os.com/ray-filcs然后点击LED下载。第一章导光管设计实例在 TracePro中进行导光管设计,将使用到面平扫功能。主要步骤如下:打开 Trace Pro软件2.在下拉工具菜单 Insert选择实体模型 Insert/Primitive solids命令3.在基本实体模型设置对话框中,选择 Cylinder/Cone设置栏4.选中 Cylinder,在Bae下的 Major栏输入底面半径为2,在1op下的 Length输入30。如图1.1所示。■ nsert Pr盈itSolidsBlock Cylinder/Cone Torus I Sphere Thin Sheet IName: Obiect 1C Cylind. C Cone厂 EllipticalBTMajMajMinor aLength 30Base Posi tionBase rotationx:0Y:0Y:o2:in Degreesset,□li图1.15.点击 Insert插入,再点击缩放工具图标二如图1.2所示。ladel: [UntitledSurface 1tity 4Cyl/C图下一步将使用 Revolve对上面建立的导光管右端面进行旋转延伸操作:1.选中导光管右端面,即 Object 1下的 Surface22.执行下拉菜单 Edit/Surface/ Revolve命令。在 Revolve surface Selection对话框设置旋转角度为90度,半径为25mm。4.在位置坐标栏输入(0-2530);(100)。具体见图1.3所示。5.点击 Revolve surface插入旋转延伸。如图14所示。Revolve Surface Selection DXAngle 90planar suIfaces on副yDraft angle oin DegreesRadius250Positicn on axis of revolution Axis cf RevolutionPosition X 0Axis X 1Positon丫AxisY 0Position Z30Axis20Get Position fiom last mouse clickCalculate a Position using selected surfaceRevolve Surface图1.3Fuel: [Untitled1]回xobject I中 ur tace 0中 Surtace2Entity 4Model Source Radi anee图1最后将进行Swep面平扫,完成导光管的实体模型:1.选中端面 Surface3,执行下拉菜单 Edit/Surface/Sweep命令。2.在 Sweep Surface Selection对话框中,输入 Distance为l5mm,Draf为-2度。
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