Hollósy Ádám - hollosy.huhollosy.hu/public/szakdolgozat/SZAKDOLGOZAT.pdf · Modern világító diódák (LED-ek) összehasonlító vizsgálata 4 NYILATKOZAT Alulírott Hollósy

Modern világító diódák (LED-ek) összehasonlító vizsgálata

1

SZAKDOLGOZAT

Hollósy Ádám

2010



2

Villamosmérnöki és Információs rendszerek Tanszék

mérnök-informatikus BSc szak

SZAKDOLGOZAT


Hollósy Ádám

Témavezető:

Csuti Péter

2010


3

ide jön a témakírás


4

NYILATKOZAT

Alulírott Hollósy Ádám diplomázó hallgató, kijelentem, hogy a

szakdolgozatot a Pannon Egyetem Villamosmérnöki és Információs Rendszerek

tanszékén készítettem mérnök informatikus BSc diploma (bachelor of science in

information technology) megszerzése érdekében.

Kijelentem, hogy a szakdolgozatban lévő érdemi rész saját munkám

eredménye, az érdemi részen kívül csak a hivatkozott forrásokat (szakirodalom,

eszközök, stb.) használtam fel. Tudomásul veszem, hogy a szakdolgozatban foglalt

eredményeket a Pannon Egyetem, valamint a feladatot kiíró szervezeti egység saját

céljaira szabadon felhasználhatja.

Veszprém, 2010. november 30.

Hollósy Ádám

Alulírott Csuti Péter témavezető kijelentem, hogy a szakdolgozatot Hollósy

Ádám a Pannon Egyetem Villamosmérnöki és Információs Rendszerek tanszékén

készítette mérnök informatikus BSc szak (bachelor of science in information

technology) megszerzése érdekében.

Kijelentem, hogy a szakdolgozat védésre bocsátását engedélyezem .

Veszprém, 2010. november 30.

Csuti Péter


5

KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS

Mindenekelőtt szeretnék köszönetet mondani témavezetőmnek, Csuti

Péternek, hogy tudásával, hasznos tanácsaival és türelmes segítőkészségével

támogatta szakdolgozatom létrejöttét.

További köszönettel tartozom eddigi tanulmányaim során megismert

tanáraimnak, ismerőseimnek is, akik hozzásegítettek azon ismeretek

megszerzéséhez, melyek elengedhetetlenek voltak dolgozatom megírása során.

Külön köszönet illeti a JFreeChart függvénykönyvtárat létrehozó, és azt azóta is

töretlenül lelkesedéssel fejlesztő csapatának, akik nagyban hozzájárultak munkám

elkészítéséhez.

Végül, de nem utolsó sorban, szeretném hálámat kifejezni szüleimnek,

önzetlen támogatásukért, és amiért megteremtették számomra a tanulás lehetőségét.


6

Tartalomjegyzék:

Tartalomjegyzék ............................................................................................................... 6

Tartalmi összefoglaló ....................................................................................................... 7

1. Bevezető ....................................................................................................................... 8

1.1. A kísérlet ................................................................................................................ 8

1.2. Relatív és abszolút fotometria ................................................................................ 9

1.3. Gyorsított öregítés ................................................................................................. 11

2. Az LM-80-as dokumentum, avagy kísérletünk szabványa – kivonat ......................... 14

3. Kísérletünk a gyakorlat tükrében ................................................................................ 21

4. Esettanulmány: A rendszer koncepciójától az implementálásig ................................. 29

4.1. Beolvasó és feldolgozó modul koncepciója .......................................................... 33

4.2. Elektronikus jegyzőkönyv felépítése .................................................................... 34

4.3. Az adatbázis felépítése .......................................................................................... 35

4.4. Beolvasó és feldolgozó modul implementálása .................................................... 39

4.5. Grafikonrajzoló és jelentéskészítő modul koncepciója és megvalósítása ............. 41

5. Az elvégzett munka és a kész szoftver bemutatása ..................................................... 44

5.1. Beolvasó és feldolgozó modul bemutatása ........................................................... 44

5.2. Grafikonrajzoló és jelentéskészítő modul bemutatása .......................................... 52

6. Összefoglaló ................................................................................................................ 62

Irodalomjegyzék .............................................................................................................. 63

Melléklet ......................................................................................................................... 64


7

Tartalmi összefoglaló

Szakdolgozatom témája a Villamosmérnöki és Információs rendszerek

Tanszék Virtuális környezetek és Fénytan Laboratóriumában folyó projektmunkához

kapcsolódik. Ebben vettem részt, mint méréseket végző segítő, illetve elkészítettem

egy szoftvert, mely az adatfeldolgozás automatizálását valósítja meg.

A kísérlet keretén belül tanulmányozzuk, hogy a teljesítmény LED-eket

miképp tudjuk hatékony módon közvilágítási célokra felhasználni. Egyes gyártók

különböző típusú LED-jeit vizsgáljuk, ezek hosszú távú fényerő és

színképváltozását. Valós körülmények között ez rendkívül lassú folyamat, ezért ún.

gyorsított öregítési eljárást alkalmazunk, amely során megfigyelhetjük a kérdéses

paraméterek változásának tendenciáját.

A kísérlet során méréseket végzünk (fényerősség, színkép, nyitófeszültség,

hőmérséklet), a mért adatokat a mérőműszer elektronikus jegyzőkönyvekbe rögzíti.

Feladatom ezen jegyzőkönyveknek feldolgozása; az azokban szereplő adatok

szabványos adatbázisban történő tárolása. Az adatbázisnak a későbbiek folyamán

tetszőlegesen bővíthetőnek kell lennie az újabb mérések adataival.

Az összegyűjtött adatokat elemezzük. Szükséges, hogy grafikonokon is

ábrázolhassuk az adatsorokat, így az idő folyamán mutatkozó eltérések, változási

tendenciák észlelhetővé válhatnak. Az analizálás során felhasználjuk a statisztika

alapvető eszközeit is (átlag, szórás). A kapott eredményekből PDF jelentést

generálunk.

Megoldásom Java nyelven íródott, a JFreeChart grafikonkezelő

függvénykönyvtár felhasználásával.

Kulcsszavak: Grafikon, JFreeChart, MySQL, Java, iText


8

1. Bevezető

A szakdolgozat célkitűzése, LED-eket vizsgáló kísérletsorozat alatt végzett

fényerősségmérések szoftveres támogatása, a belőlük származó adatfeldolgozás

automatizálása. A feldolgozott adatok - logikailag megfelelő struktúrában -, egy

szabványos adatbázisban kerülnek eltárolásra, így ennek tartalma a kísérlet folyamán

folyamatosan bővíthető az újabb és újabb mérésekkel gyűjtött értékekkel. Ezekből, a

felhasználó által megszabott szempontok alapján, grafikonokat és statisztikai

elemzéseket szeretnénk készíttetni a későbbiekben.

Az így felhalmozott adatok analíziséből olyan következtetéseket próbálunk

levonni, melyek a kísérletsorozat központi kérdéskörébe esnek. Ehhez szükséges,

hogy grafikusan ábrázolhassuk az adatsorokat, így az idő előrehaladtával mutatkozó

eltérések, változási tendenciák vizuálisan is - szembeötlően - megmutatkozhatnak. A

vizsgálat során a statisztikai repertoár alapvető eszközeit is felhasználjuk (átlag,

standard szórás), hogy az így kapott eredményekből táblázatos kimutatásokat, PDF

jelentést generálhassunk.

Az elkészült program ennek a szándéknak kíván megfelelni. De mielőtt

részletesen bemutatnám a fejlesztés menetét, az ennek során felmerült kérdéseket és

a program felépítését, a téma – és annak specifikus mivolta - megkívánja, hogy

először magát a projektet, és annak célkitűzését ismertessem. Ez a projekt egyébként

a dolgozat írása pillanatában, jelenleg is folyamatban van.

1.1. A kísérlet

Napjainkban az SSL-ek (Solid-State Lighting, azaz szilárdtest fényforrások),

és az ebbe a típusba tartozó teljesítmény LED-ek (Light Emitting Diode, azaz

fénykibocsátó diódák) népes családja a világítástechnika legkülönbözőbb területein

kerül felhasználásra. Ennek a hazai projektnek keretében konkrétan azt vizsgáljuk,

hogy mennyire alkalmasak közvilágítási feladatok ellátására. Ehhez behatóbban kell

tanulmányoznunk a különböző gyártók széles kínálatában megtalálható teljesítmény

LED-ek közép és hosszú távú stabilitását. Mérnünk kell azok fényerő és színkép

változásait.


9

A modern világító diódák, melyek már így is szinte az élet minden területén

használatosak, - a nem túl távoli jövőben - forradalmasítani fogják a közvilágítást.

Miért szükséges speciális kísérleti módszer alkalmazása és fotometriai mérés a LED-

ek vizsgálatához? Ezek az új technológiák még napjainkban is igen gyors ütemben

fejlődnek, műszaki tulajdonságaik változnak. Az ilyen fényforrásokat tartalmazó

lámpatestek pedig sokban különböznek tradicionális társaikétól. A

világítástechnikában ezért külön módszerek kerültek kidolgozásra paramétereik

vizsgálatára. Ezek a technikák szabványok keretei között lettek rögzítve. Tekintsünk

bele a lényegesebbek tartalmába.

1.2. Relatív és abszolút fotometria

Mint látni fogjuk, SSL lámpatestek esetében (melyek LED modulokat is

tartalmazhatnak) sajnos nem alkalmazhatóak a hagyományos fényforrások mérésére

kidolgozott szokásos technikák. Ez a tradicionális fényforrások és az SSL

lámpatestek felépítése közti eltérésekből, illetve a tulajdonságaik közti alapvető

különbségekből fakad. Emiatt, ha ilyen típusú lámpatestek fotometriai vizsgálatát

szeretnénk végrehajtani, akkor - a hagyományos fényforrások során alkalmazott -

relatív fotometria helyett az abszolút fotometria módszereit kell követnünk. Ezekről a

módszerekről további információkat az LM-79-es szabványban olvashatunk [1].

Érdekességképpen pár kiragadott részt ismertetnék a dokumentumból.

A hagyományos fényforrások vizsgálata általában goniofotométer

segítségével és relatív fotometriai módszerrel valósul meg. Ebben az esetben, az

eljárás alatt a világítótest és a fényforrás tesztelése egymástól elkülönítve történik.

Ezután a fénykibocsátás intenzitás-eloszlás értéket, melyet goniofotométerrel mértek,

egy meghatározott eljárással normalizálják, majd egy relatív skálán ábrázolják (erről

további részleteket a szabvány szövegében találunk). Ez a metódus az SSL-ek

esetében nem megvalósítható, mivel a legtöbb LED-lámpa úgy lett megtervezve,

hogy a lámpatest és a fényforrás egymástól működés közben nem szétválasztható.

Illetve, amikor ez bizonyos kivételes esetekben technikailag lehetséges, a relatív

fotometria akkor sem bizonyul akkurátus eredményt szolgáltató eljárásnak, mivel a

LED fénykibocsátása jelentősen megváltozik, hiszen a fényforrás burkolata nélkül

teljesen más hőmérsékleten üzemel; ez a hőmérsékletkülönbözet pedig döntő


10

mértékben befolyásolja a mért értékeket. Ebből kifolyólag egy másik módszert kell

választanunk. Bizonyos IES szabványok erre abszolút fotometria néven szoktak

hivatkozni. Ebben az esetben a fényforrás abszolút fénykibocsátás intenzitás-

eloszlását mérjük meg anélkül, hogy elválasztanánk a fényforrást annak burkolatától

(ennek részletes ismertetését az LM-35-02 szabványban találjuk). Az SSL

világítótesteket mindig így szokás mérni, azonban érdemes megemlíteni, hogy ritkán,

de előfordul, hogy bizonyos hagyományos fényforrásokat is abszolút fotometria

alkalmazásával vizsgálnak. Ennek részletei azonban számunkra érdektelenek, hiszen

mi most nem SSL lámpatesteket, hanem önálló LED modulokat mérünk. Így a

dolgozat során nem ez a dokumentum lesz meghatározó, hanem az LM-80-as

szabványban szereplő, kifejezetten LED-ek mérésére vonatkozó előírások,

javaslatok.


11

1.3. Gyorsított öregítés

A másik ok, hogy különleges eszközöket és kivitelezési módot igényel

vizsgálatunk, az a LED-ek figyelemreméltóan hosszú élettartamában, és a későbbiek

során tárgyalt sajátos tulajdonságaikban rejlik. A hagyományos fényforrásokhoz

képest extrém hosszúságú, 50000 óra, illetve bizonyos típusok esetén, az akár

100000 órát is meghaladó élettartam miatt, meglehetősen nehézkes - ha nem

egyenesen lehetetlen - próbálkozás lenne „valós körülmények” között megfigyelni a

fényerősség és a színkép változásának tendenciáját. Érdemes belegondolni, hogy ez

hosszú éveket jelentene egy normál körülmények között használt LED esetében (pl.

50000 üzemóra nagyjából ~ 5,7 év folyamatos működést jelent, állandó égetés

mellett!). Nem beszélve arról, hogy nyilvánvalóan értelmetlen vállalkozás is lenne,

hisz tapasztalhatjuk, hogy ennyi idő alatt olyan jelentős fejlődés zajlik le az SSL-ek

piacán, hogy a kísérleti eredményekből levont konzekvenciák már megszületésük

pillanatában „elavultnak” számítanának. Nekünk pedig használható információk

gyűjtése a célunk. Így nem csoda, hogy már a 2000-es évek elején, a figyelem a

LED-ek működés közbeni degradációjának gyorsított szimulációja felé fordult; az

ebből fakadó törekvésekből pedig egy jól bevált eljárás született, mely a

gyakorlatban már bizonyított[2]. A konkrét megvalósítás esetünkben egy LED-égető

berendezés, amely ún. „gyorsított öregedést” valósít meg. Működésének legfőbb

alapelvét az a megfigyelés szolgáltatta, hogy a GaN-alapú foszfor-adalékolt (pc)

fehér LED-ek teljesítményét – úgy, mint a többi félvezető eszköz esetében is –, az

azokat meghajtó áram nagysága, illetve a világítódiódát körülvevő hőmérséklet

döntő mértékben befolyásolja. Ennek következtében, a természetes üzemeltetési

körülmények között lezajló elhasználódási folyamatot a valóságoshoz képest

lényegesen felgyorsítva modellezhetjük. A felhasznált „stressz paraméterek” tehát

elsősorban a meghajtóáram és a hőmérséklet, melynek az adott LED üzemeltetése

során közvetlenül van kitéve.

A korábbi tanulmányok alapján az 5 mm-es pc diódák fénykibocsátásának

romlása exponenciális tendenciát mutatott az idő előrehaladtával. Ha az élettartam

alakulását kísérték figyelemmel, akár a meghajtóáram, akár az égetés folyamán

alkalmazott hőmérséklet nagyságának függvényében, mindkét esetben exponenciális

romlási tendenciát tapasztaltak.


12

Bürmen 2007-ben végzett kísérletének eredményei szintén alátámasztották

ezt a viselkedésjelleget, így arra a megállapításra jutott, hogy számos kereskedelmi

forgalomban kapható 5mm-es pc LED élettartamát legjobban egy exponenciális

modell felállításával lehet megbecsülni. Noha a kis áramértékkel (5 mA – 20 mA

között) üzemelő LED-ekhez képest a teljesítmény LED-ek (melyek tipikusan

350 mA, vagy e fölötti meghajtóárammal működnek) lényegesen lassabban

vesztettek fényerejükből, azonban mindkét esetben a már szóban forgó tendencia

érvényesült: exponenciális fényerősségcsökkenés az idő függvényében, és élettartam

csökkenés a hőmérséklet függvényében. A fényerősség degradáció mértéke és a LED

modulra – égetése során – közvetlenül ható hőmérséklet nagysága közötti

összefüggést illusztrálja az 1. ábra[2].

1. ábra: a fényerősség degradáció és a hőmérséklet kapcsolata

Ezt a megfigyelést felhasználva egy, az Egyesült Államokban található ipari

testület, az Alliance for Solid State Illumination System and Technologies (ASSIST)

- mely nemzetközi tagokkal is rendelkezik -, különböző ajánlásokat fogalmazott

meg, és javaslatot tett egy tesztelési eljárás szabványosítására, amellyel különböző

típusú LED-ek élettartamát mérhetjük. A LED-es világítástechnika ipar nem sokkal

később már alkamazta, és azóta is aktívan használja az ASSIST által kidolgozott

módszert, megfelelő ajánlásait szem előtt tartva. Ezek közül áttekintjük a számunkra

kiemelten lényegeseket.


13

A LED élettartamát, általános célú megvilágítási feladatok esetén úgy

definiáljuk, hogy vesszük azt az időintervallumot, mely során az eredeti fényáram

kibocsátásról, annak 70%-ára csökken, erre az L70 jelöléssel utalhatunk (a megadott

százalék küszöbszintként fogható fel). Továbbá az ASSIST javaslata tartalmazza,

hogy a LED-eket, 3 különböző hőmérsékleten üzemeltetve is mérjük, ezáltal

felfedhetjük a világítódióda élettartama, és annak hőmérséklete közti kapcsolatot. A

LED tartó panel (black plate) hőmérsékletének meghatározásához az öregítő

berendezésben elhelyezett hőmérőt használtunk. A LED élettartama, mint tartó

panelének hőmérséklete függvényében változó érték hasznos információ az olyan

OEM gyártóknak (cég, mely több beszállító termékeiből állítja össze saját termékét),

akik pl. LED-eket tartalmazó lámpatesteket, szerelvényeket terveznek és gyártanak.

Hiszen ezen ismeretek birtokában, a fejlesztés során az adott termékhez megfelelőbb

hőelvezetési módszer kerülhet kidolgozásra, mellyel a termék élettartama jelentős

mértékben meghosszabbodhat. Végtére is, egy adott felhasználási területen, a vásárló

számára már inkább a komplett világítórendszer élettartama számít, mintsem az

egyes LED egységek teljesítménye.

Hasznos megjegyezni, hogy az exponenciális degradációs karakterisztika nem

univerzálisan törvényszerű, mivel léteznek LED típusok, melyek életük során eltérő

viselkedésmintát követnek. A modelljeik pedig - jellemzően az első 100 órában -

igencsak változatos viselkedést mutathatnak, mielőtt „stabilabb pályára” állnának.

Előfordulnak olyan esetek, amikor a fényerősség – akár több százalékkal is –

növekedhet átmenetileg. Így nem meglepő, hogy ha ezt relatív skálán ábrázoljuk,

akár 104%-os fényerősséget is tapasztalhatunk.[3])


14

2. Az LM-80-as dokumentum, avagy kísérletünk szabványa –

kivonat

Ahhoz hogy teljes és átfogó képet kaphassunk a kísérletünkről, muszáj

megismerkednünk az ASSIST által kidolgozott LM-80 szabvány bizonyos

részleteivel. Ezért ebben a fejezetben megpróbálom összefoglalni saját szavaimmal a

leglényegesebbnek ítélet részeket.

Amíg az LM-79 az SSL lámpatestek - és azon belül is a számunkra jelen

pillanatban oly lényeges LED-eket tartalmazó világítótestek – mérésének helyes

kivitelezését, ezáltal az eredmények egzaktságát elősegítő ajánlásokat tartalmazza,

addig az LM-80-as szabvány[4] a gyorsított öregítési folyamat kivitelezését

ismerteti, leírja a kontrollált körülmények között történő égetés feltételeit, melyek

lehetővé teszik, hogy a kísérlet eredményei, és annak konklúziói „hordozhatóak

legyenek”. Ugyanis, ha a különböző laborok önkényes feltételeket támasztva, ezáltal

eltérő körülményeket teremtve végeznék effajta vizsgálataikat, akkor ezekből az

autonóm viszonyok között született eredményekből bajosan lehetne általános

érvényű következtetéseket levonni. Viszont, ha követjük a standard előírásokat és

javaslatokat, akkor a kísérletünk konklúziói – akár nemzetközi viszonylatban is –

felhasználhatóak. Így ezt a szabványt érdemes részletekbe menően megismernünk,

mivel mint látható, alapvető jelentőséggel bír a kísérlet relevanciája szempontjából.

Tartalmát kivonatos formában most az olvasó elé tárom.

A bevezetőben általános információkat olvashatunk a LED-ekről, azok

élettartamának illetve fénymegtartó képességének méréséről, mivel ezek nagyrészt

megegyeznek az előző részben már tárgyaltakkal, így nem ismétlem őket meg.

Kiegészítésként megjegyzi, hogy a folytonosan bekövetkező fényerősségcsökkenés

mellett a LED-ek által kibocsátott fény spektrumában (színképe) is fokozatos

változásokat tapasztalhatunk, így a folyamat az idő előrehaladtával akár

elfogadhatatlan megvilágításhoz és színvisszaadáshoz is vezethet. Ezen változások

pedig közvetve hatást gyakorolnak a LED élettartamára, hiszen a színképi

teljesítményeloszlás változása befolyásolhatja a dióda fényerősségét is. A színkép

változásának vizsgálata ugyan a stabilitás fontos kérdése, de jelen dolgozatnak nem

fő célkitűzése, ezért ennél mélyebben ezt a kérdést most nem vizsgálom.


15

A dokumentum nem szándékozik iránymutatást vagy ajánlást nyújtani a

kibocsátott fényáram megtartás jövőbeli alakulása tekintetében a becslés

módszeréből fakadó limitáción túl. Ugyanis a jövőbeli értékek becslését

extrapolálással végezzük az eddigi, jelen pillanatig rendelkezésre álló mérések

értékei alapján, és ennek a módszernek megvannak a maga korlátai.

A terminológiai definíciókat ismertető rész először a méréseink során

használatos mértékegységeket veszi sorra.

villamos mértékegységeink: volt (feszültség), amper (áramerősség), watt

(teljesítmény);

A hőmérséklet mérésére Celsius skálát használunk;

Fotometriai egységünk a lumen (fényáram).

- LED fényforrások: Azok a LED csomagok, füzérek, modulok, melyeket külső

áramgenerátorral táplálunk.

- Fényáram megtartás pillanatnyi értéke: Az új világítótest által kibocsátott fényáram

értékéből, ha kivonjuk az adott pillanatig tartó üzemeltetés során bekövetkező

degradáció nagyságát, akkor megkaphatjuk a megmaradó kibocsátott fényáram

értékét (tipikusan a maximálisan kibocsátott érték százalékaként szokás kifejezni).

Megadják még az égetéssel telt időt órák számában kifejezve, mely során a

világítótest fényáram megtartása egy adott százaléknyi degradációt szenved el. Ekkor

ebbe az óraértékbe nem számít bele azon órák száma, melyeket a világítótest

kikapcsolt állapotban töltött.

- LED fényforrás meghibásodása: Amennyiben az adott világítódióda meghibásodás

következtében fénykibocsátásra képtelenné válik. Korai hibák esetén - mint amilyen

gyártási defektus következtében lép fel – ezek jelentésre kerülnek, de érdemben nem

vesszük őket figyelembe a LED fényforrás élettartamának kalkulációja során.

Azt az (első bekapcsolástól) eltelt üzemeltetési időt, mely során a LED az eredeti

fényáram kibocsátásának megadott százalékát elveszti, és egy bizonyos küszöbszint

alá csökken, a következőképpen jelöljük:


16

- L70 (óra érték): Azon eltelt időn mennyisége, amely után a világítódióda eredeti

fényáramának 70%-ának kibocsátására képes;

- L50 (óra érték): Azon eltelt időn mennyisége, amely után a világítódióda eredeti

fényáramának 50%-ának kibocsátására képes.

- Tokozás-hőmérséklet (Ts): A gyártó által kijelölt, hőmérsékletmérésre kialakított

csatlakozópont, amelyen a LED világítótest hőmérsékletét mérhetjük.

A következő részben a fizikai és a környezettel kapcsolatos megfontolásokat

olvashatunk. Javasolt laboratóriumi iránymutatás, hogy a LED-eket aránylag tiszta

környezetben mérjük és tároljuk a kísérlet során. Mielőtt megkezdenénk a

beüzemelést, a LED modulokat meg kell tisztítani a kezelésük során esetlegesen

rájuk rakódott ujjlenyomatokról és szennyeződésektől. Ezen kívül, feltétlenül

követnünk kell a gyártó által mellékelt kezelési instrukciókat, a LED-ek

károsodásának elkerülése végett (pl. elektrosztatikus kisülés stb.)

Az egyes LED egységek eredményeit külön-külön érdemes figyelemmel kísérnünk a

vizsgálat során. Az egyes világítótesteket érdemes az azonosítás (és későbbi

hivatkozás) megkönnyítése érdekében megjelölni. Másik lehetőség, hogy a

mozgatásuk, szállításuk során felcédulázzuk őket. A legegyszerűbb lehetőség mégis

az, ha az élettartam tesztelésre szolgáló gép belső terében úgy alakítjuk ki a modulok

helyét, hogy azokra elfoglalt pozíciójuk alapján tudjunk hivatkozni. Mindenesetre az

azonosítási módszer kapcsán – amit kiválasztunk –, gondoskodnunk kell a magas hő-

és fénykibocsátással szembeni ellenállóságról. Ennek megfelelő olyan jelölési

módszer vagy anyagok használata indokolt, mint pl. tartósan ellenálló vonalkódok,

kerámiatinta jelölések, magas hőmérsékletnek ellenálló filctollak, vagy bármilyen

más olyan módszer, mely a tesztelési folyamat során szükséges esetben időszakosan

megújítható.

Kiemelten fontos kérdés a LED modulok tesztpéldányainak kiválasztása is.

Ez azért lényeges, mert a tesztelés eredménye a mintapéldányok válogatásának

módszerétől, a minta nagyságától, a tesztelés során fellépő körülményektől és egyéb

befolyásoló tényezőktől függ. A tesztpéldányokat úgy kell megválogatnunk, hogy

azok megfelelő mértékben reprezentálni tudják a tesztelés során használt

diódatípusok összességét. Ezáltal a levont következtetések általánosíthatóak


17

legyenek az összes ilyen típusú LED-re. Az esetek többségében a mintaválasztási

módszer pontos részleteit megfelelő szabvány írja le. A választott válogatási

módszert és a minta nagyságát tartalmaznia kell a kísérleti jelentésünknek.

A kísérlet környezeti feltételeire is tartalmaz előírásokat az LM-80-as

szabvány. Ezek egyike, hogy az élettartam tesztben résztvevő világítótestek ne

legyenek erős vibrációnak kitéve; noha, ez a feltétel LED fényforrások tesztelése

esetében kevésbé minősül kritikusnak. Ennél sokkal inkább fontosabb tényezők a

hőmérséklet és a levegő páratartalma. A mérések közti öregítő égetésre szolgáló

hőmérsékletet, mely a doboz belső terében a tartópogácsáknál uralkodik, úgy kell

megválasztanunk, hogy az megfelelően reprezentálja a vásárlók felhasználási

körülményeit, miközben az ajánlott előírt értékek között marad. Ez normális esetben

három előre meghatározott hőmérsékletértékből kerül ki (55°C, 85°C és egy

harmadik, a gyártó által meghatározott hőmérséklet). A meghajtóáram nagysága is

kövesse a gyártó által megszabottakat. Az élettartam tesztelés alatt a

hőmérsékletingadozás nem haladhatja meg a 2°C-os eltérést, míg a környező levegő

hőmérséklete az 5°C fokos ingadozást. A relatív páratartalom nem haladhatja meg a

65%-ot.

A légáramlatokat minimalizálni kell a megfelelő stabil körülmények között

történő világítóegységek üzemeltetéséhez, mivel az ingadozó légáramlat eltérő

hőeloszlási karakterisztikát hoz létre, mely befolyásolná az egyenletes

diódaöregedést. Ahhoz hogy elkerülhető legyen az egyenetlen hőeloszlás (és

bizonyos területeken történő hő-felhalmozódása), minimális mennyiségű légmozgás

biztosítása szükséges, de arról gondoskodnunk kell, hogy a lámpatest közvetlen

környezetében ne keltsünk légáramlást.

A felszerelt lámpatestek orientációjának meg kell felelnie a gyártó által

megadottaknak. Általánosságban elmondható, hogy ez LED-ek esetében nem

befolyásolja működésüket – lévén szilárd test fényforrások -, azonban az

elhelyezkedés közvetve hatással lehet a hőeloszlásra, hiszen arra az esetleges

hűtőbordák és az eszköz hőmérséklet menedzsmentje kihatással van.

Ezután, következik egy részletekbe menő villamos és hőmérsékleti

paraméterekre vonatkozó ismertető rész, azonban ezt terjedelmi okokból nem

részletezem. További információk erről az LM-80-as eredeti dokumentum


18

idevonatkozó részében olvashatóak, amely a függelékben megtalálható. Ezek közül

egy említendő ajánlás, hogy LED világítómodulok esetén olyan külső meghajtó-

generátorokat kell használnunk, melyek megfelelnek a gyártók iránymutatásainak.

A tesztelés és mérés helyes kivitelezésének ismertetése következik.

Az élettartam tesztelés során a LED-ek égetésével eltelt üzemeltetési idő precíz

nyilvántartása kritikus jelentőséggel bír. Fontos, hogy az időmérő eszköz, mellyel ezt

mérjük, csak azokat az időintervallumokat számolja, amikor a modulok ténylegesen

áram alatt vannak, így az esetleges áramkimaradásokból fakadó égetéskiesés

időtartamát ne vegye figyelembe. Az időmérő eszköz bizonytalansága nem

haladhatja meg a ±0,5%-ot.

A fotometrikus mérés kivitelezésének meg kell felelnie a LED egységek

mérésére alkalmas kidolgozott laboratóriumi tesztmódszernek. A fényáram mérését

az adott LED-eken olyan meghajtóárammal való táplálás mellett kell elvégezni,

amelyet az élettartam tesztelés során használunk.

Mivel a LED élettartama során tapasztalt színstabilitás a legtöbb világítási

alkalmazásban fontos paraméter, ezért azok színképi tulajdonságait is meg kell

határoznunk. Határozottan javasolt, hogy a fotometriai és színingermetrikai értékeket

spektroradiométerrel mért színképi teljesítményeloszlási adatokból határozzuk meg.

A környezeti hőmérsékletet a fényerősség és színképméréshez 25°C fokos

értékre kell állítanunk ±2°C fokos hibahatárral. A környező hőmérséklet alakulását

egyébként az egész mérőprocesszus időtartama alatt mindvégig naplóznunk kell,

majd a mérési jegyzőkönyvben mellékelnünk kell. A LED fényforrások esetében

szükséges, hogy tesztelésük megkezdése előtt, azok szobahőmérsékletűre hűljenek.

A már korábban meghatározott, öregítésre szolgáló hőmérsékleten

legkevesebb 6000 óráig kell égetni a világítótesteket, ezalatt pedig minimum 1000

óránként mérési adatokat gyűjteni. Javasolt 10000 óráig folytatni az öregítést, annak

céljából, hogy még tökéletesebb élettartambecslést lehetővé tévő modellt állítsunk fel

a mérési eredményekből.

Ellentétben a többi, eltérő típusú fényforrástól, melyek élettartamára és

teljesítményére a be/kikapcsolási ciklusok száma hátrányos befolyással van, LED-ek

élettartamára akár a nagyobb sebességű – villogásszerű – működés is csak


19

elhanyagolható hatást gyakorol. Azonban a meghajtóáram erősségét konstans értéken

kell tartani, csak így kerülhetőek el az annak ingadozásából fakadó, eredménytorzító

kihatások. A tápellátás megvalósítási módja is dokumentálandó.

A kísérlet során az egyes LED egységek meghibásodásáról vizuális úton

(szemrevételezéssel), vagy automatikus monitorozó rendszer segítségével értesülünk,

melyet legalább minden mintavételezés idején ellenőriznünk kell. Minden

hibajelenség hátterét alaposan ki kell vizsgálnunk, hogy biztonsággal

megállapíthassuk, az csak az adott LED világítóegység hibájából fakadt-e, vagy

esetleg tápegység, áramgenerátor, illetve az elektromos csatlakozók helytelen

működéséből. A katasztrofális LED modul hibákról szóló információkat mellékelni

kell a kísérleti jelentésben.

A színképeltolódás (spektrumeltolódás) mértékének megállapítása céljából

javasolt, hogy a színképet a fényerősség vizsgálatakor, egyazon fotometrikus

tesztelés során végezzük.

A szabvány végén egy összefoglaló listát találunk, melyben számba veszik

azokat a paramétereket, melyeket a jelentésnek feltétlenül tartalmaznia kell. A

beszámolóban szerepelnie kell minden olyan lényeges adatnak, amely a teszt

körülményeire, a felhasznált berendezések típusára, és a kísérletben részt vevő LED

modulok pontos típusára vonatkozik.

A következő tételekből álló listát mellékelnünk kell a dokumentációban:

A tesztben résztvevő LED világítóegységek száma;

Az egyes modulok pontos leírása (típus/modell/gyártó);

Leírás a felhasznált segédberendezések típusáról, paramétereiről;

Üzemelési ciklusok (ki/bekapcsolás, ezek időpontjai, hossza);

Környezeti hőmérsékletre, légmozgásra és relatív páratartalomra vonatkozó

adatok;

Tokozás-hőmérséklet: Az a hőmérsékletérték, amit a modulon a gyártó által

megadott termoelem-mérőponton regisztrálunk;

Az egyes világítóegységek meghajtóárama, ezzel az áramerősséggel táplálva

„öregítettük” az élettartam tesztelés során;


20

A világítódióda kezdeti fényáramkibocsátásának értéke, nyitófeszültségének

nagysága, melyet a fotometrikus mérések során mérünk;

Az egyes LED-modulok fénymegtartó képességének adatai, azok

középértékével, standard szórásával, minimum és maximum fénymegtartási

értékével, minden egyes LED-re lebontva.

Megállapítások az esetlegesen bekövetkező LED fényforrás hibák

tapasztalatáról; feljegyzés azok körülményeiről, és a bekövetkezésük

időpontjáról.

A modulok monitorozási intervalluma;

A fotometrikus mérések bizonytalanságának számértéke;

A fellépett színképeltolódás adatai, melyeket a vizsgálatok során mértünk.

Mindegyik teszt során készült jelentésnek tartalmaznia kell legalább ezeket a

listapontokat. A tesztelés eredményeinek bemutatásához javasolt azokat táblázatos

formába rendezni.


21

3. Kísérletünk a gyakorlat tükrében

Most, hogy áttekintő jelleggel megismerkedtünk a kísérlet elméleti hátterével, itt az

ideje, hogy az olvasó elé tárjam a saját szemszögből szerzett gyakorlati

tapasztalataimat, élményeimet. Számomra a munka az öregítést végző gép LED

moduljainak beszerelési fázisában kezdődött, ekkor kapcsolódtam be a tanszék

projektjébe, mint hallgató, a Mérnöki Tervezés című tantárgy keretében.

Első feladatom volt, hogy segítsek a LED modulok azok tartópogácsáihoz

illesztése során esedékes vezetékezésében. Miután rögzítettük a LED-eket a

megfelelő tartóelemekhez, úgy kellett megoldanunk a vezetékek forrasztással történő

csatlakoztatását, hogy a kialakuló vezetéksereg ne zavarja meg majd a mérések során

a fotometriai mérősapka felhelyezését. Ez nem volt könnyen kivitelezhető, mivel a

vezetékek viszonylag nagy felületét blankolni kellett, és a közel elhelyezkedő

világítóegységekhez tartozó vezetékek könnyedén rövidre zárhatták egymást. Ezen

gondos rendezéssel próbáltunk segíteni, de még így is néha előfordult a mérés során

egy-egy modul „pislákolása” a mérősapka felhelyezésekor. Kép, mely az öregítő gép

felépítését szemlélteti:

2. ábra: Az „öregítő gép” belseje


22

Az azonos típusú LED modulokat sorba kapcsoltuk, így a gépen belül összefüggő

oszlopokat kialakítva belőlük. A gép doboza összesen 10 ilyen oszlopot rejt, és egy

oszlopon belül 6 db világítódióda került felszerelésre, mint az ábrán is látható.

A legfontosabb adatokat a következő táblázatban foglaltam össze.

1. táblázat: A gépben található LED modulok főbb adatai

Oszlop Modell Típus Gyártó Áram (mA)

1. XREWHT-L1-4D-Q3 Cree XLamp XR-E CREE 350

2. XREWHT-L1-WG-Q5 Cree XLamp XR-E CREE 350

3. XPEWHT-L1-WM0-Q5 Cree XLamp XP-E CREE 350

4. LUWV5AM - HULUX Golden DRAGON Plus Osram 350

5. LXML-PWC1-0090 Luxeon Rebel Lumileds 350

6. 6000K-1W/HK-LED HK-LED 350



9. XPEWHT-L1-WM0-Q5 Cree XLamp XP-E CREE 700

10. LXML-PWC1-0090 Luxeon Rebel Lumileds 700

11. MC-E CREE 350

12. MC-E CREE 350

13. MC-E CREE 350

14. MC-E CREE 350

15. MC-E CREE 350

16. MC-E CREE 350

Az egyes oszlopok árammal való táplálása két külön tápegység segítségével történik.

Amint azt megfigyelhetjük, az első 7 oszlopot 350 mA-rel, amíg a 8-astól a 10-es

oszlopig 700 mA-rel hajtjuk meg. Az oszlopok eltérő áramértékkel való táplálását 10

db külön meghajtó áramkör biztosítja – melyeket számítógépről vezérelhetünk, -

mindegyik csatornán akár egyedi áramértéket választva. A táblázat utolsó 6 sora

azért van halványabban feltüntetve, mert azok csak logikailag jelentenek külön

oszlopot. Fizikailag csak 2-2 világító dióda alkotja őket, amelyek 1000 óra égetés

után kerültek behelyezésre a 6-7-8-as oszlop megadott pozícióiba, lecserélve ezzel az


23

addig ott helyet foglaló LED-eket. A 10 oszlop mellé bevezetésre került továbbá egy

11. ún. referencia sor is. Ebben minden egyes világítódióda eltérő típusú, az egész

kísérlet alatt szobahőmérsékleten marad, és csak a mérések idejére kapcsoljuk be.

Logikailag külön oszlopként való kezelésük azonban indokolt a szoftveres

adatfeldolgozást elősegítendően. Ennek részletesebb okát a beolvasó szoftver

működését leíró fejezetben ismerhetjük meg.

A 3. ábrán két-két képet láthatunk a felhasznált meghajtó áramkörökről és az

öregítésben nem részt vevő referenciasorról:

3. ábra: a meghajtó áramkörök és a referencia sor

Miután elkészültünk az oszlopok kialakításával, üzemkész állapotba hozásával,

következett az öregítő égetéséhez és a mérések végrehajtásához szükséges

hőmérsékletet biztosító rendszer használatba helyezése. Ez a berendezés egy Julabo

termosztátból és egy hőközvetítő folyadékot (etilén-glikol) cirkuláltató

csőrendszerből áll, melyek az öregítő gép belsejében, a LED tartópogácsáit

tartalmazó alaplapot járják át, így azt a beállított hőmérsékletértéken tartva. A

tartópogácsák és LED modulok között speciális - az egyenletes hőátadás

megvalósulását segítő -, hővezető pasztát helyeztünk el.

A gép csukott állapotában az öregítésre szolgáló égetés 85°C fokos

hőmérsékleten történik, a fotometriai mérések elvégzéséhez pedig 25°C fokot

állítunk be, és megvárjuk, amíg erre az értékre visszahűlnek a világítómodulok. A

méréseket értelemszerűen nyitott fedélhelyzetben végezzük. A megfelelő

hőmérsékletűre beállított cirkuláló folyadék a csöveken keresztül jut el az alaplap


24

azon részeihez, ahol a fő hőátadás történik. Ventilátorok hivatottak arról

gondoskodni, hogy egyenletes hőeloszlású viszonyok uralkodjanak a belső térben.

Mind az áramgenerátor vezérlő-áramköreivel, mind ezekkel a ventilátorokkal

HyperTerminal segítségével soros porton keresztül AT parancsokkal

kommunikálhatunk. A 4. ábrán láthatjuk a termosztátot, illetve a csöveket.

4. ábra: Julabo termosztát és a hővezető folyadékot cirkuláltató csőrendszer

Mielőtt az öregítés élesben elkezdődött volna, számtalan tesztmérést végeztünk el,

hogy az esetleges fennakadások a hivatalos eredményeinket már ne befolyásolják.

Másrészt, ki kellett dolgoznunk egy megbízható mérési protokollt. Ez azt jelenti,

hogy a fényerősség és színképmérést mindig egy olyan előre rögzített lépésekből

álló, jól bevált metódus szerint hajtsuk végre, amely meghatározott eredményt

produkál, determinált adatstruktúrát tartalmazó elektronikus jegyzőkönyv fájlok

formájában. Ennek kulcsfontosságú jelentősége lesz, mivel a beolvasó modul ezt a

strukturált adattartalmat várja el, azok helyes értelmezése és feldolgozása érdekében.

A következő részben ezt az általunk kifejlesztett és használt mérési protokollt fogom

ismertetni.

A fényáram és a színkép mérésének időpontjai az LM-80-as szabvány

irányelveinek megfelelően kerültek megválasztásra. Ekkor kiadva a megfelelő

parancsokat az öregítő égetést megszakítjuk, a LED modulokat lekapcsoljuk, és a


25

85°C fokról a vizsgálat elvégzéséhez előírt 25°C fokra hűtjük, majd elkezdődhet a

LED modulok vizsgálata.

A mérést minden esetben külső labor tápegység segítségével végezzük, és

egyszerre csak egy oszlopot vizsgálunk. Ezt az előírt meghajtóárammal tápláljuk,

majd a generátor feszültségét addig növeljük, amíg az el nem éri a megfelelő

feszültséget, amely már nagyobb, mint az éppen mérés alatt álló LED-ek együttes

nyitófeszültsége. Ez alatt a világítódióda egyáltalán nem, vagy nagyon halványan

világít. Az áram és a feszültség beállításakor minden esetben körültekintően kell

eljárni, mert az extrém nagy feszültség, vagy a rosszul megválasztott áramerősség

jelentősen megrövidítheti a LED-ek élettartamát, illetve akár azonnali tönkremenetelt

is eredményezhetnek.

Miután az adott oszlop üzemel, 5 percet várakozunk, mert tapasztalataink

szerint ennyi ideig tart, amíg stabilizálódnak az egyes LED modulokon mérhető

nyitófeszültség és fényáram értékek, mely egyébként a modulok működése miatt

bekövetkező hőmérsékletemelkedésből fakad. Emlékezzünk, a szabvány 0,5%-os

határon belüli bizonytalanságot tolerál feszültségméréskor, így ennek

bekövetkezéséig várunk (termikus kiegyenlítődés).

Azért, hogy elkerüljük a teszt során a felesleges 5 perces „üresjáratokat”

minden egyes oszlop mérése előtt a következőket tesszük. Mivel tudjuk, hogy egy

oszlop LED-sorának lemérése kb. 5 percig tart, így annak megkezdésekor egy másik

oszlopot is bekapcsolunk, természetesen – egy második áramgenerátort felhasználva

– a neki előírt meghajtóárammal táplálva. Tehát amíg mérjük az első oszlopot, addig

„bemelegítjük” pl. a 6. oszlopot, így mikor az elsővel végeztünk, azonnal kezdhetjük

is mérni a hatodikat. Ezzel jelentős időt spórolunk, hiszen 10 oszlop esetén ez 50

percet jelentene tétlenséggel töltve, ezzel pont a kétszeresére növelve a

mérésprocedúra időigényét.

A mérések két speciális mérősapkával történnek. Egyik a fényáram, másik a

színkép mérésére szolgál. A mérősapka felépítése biztosítja, hogy pontosan

illeszkedjék a LED modulok tartópogácsáira, ezáltal a külvilágból származó zavaró

fényhatásokat kizárja. Az eszközben található detektor(okat), csak az adott LED által

kibocsátott fény érheti el, mely fotoáramot indukál a detektorban. Ennek értékét

regisztráljuk a mérések során.


26

A következő képeken láthatjuk a fényerősség vizsgálat során alkalmazott

mérősapkát (5.1. ábra), (a fényerősségmérő) számítógépes vezérlőprogramját (5.2.

ábra), illetve az egyik külső áramgenerátort (5.3. ábra), mellyel a vizsgálat során az

adott oszlopot meghatjuk.

5.1. ábra

5.2. ábra 5.3. ábra

A műszer az értéket az USB kapcsolaton (pontosabban egy emulált soros porton

keresztül) továbbítja a kezelőprogramjának, amely azt később az elektronikus

jegyzőkönyvfájlba menti. A LED modulokat az adott oszlopban, sorban egymás után

mérjük le, oszloponként ezt 5-ször megismételve. Így az egy oszlopba tartozó

értékek a jegyzőkönyvfájlban is összefüggően kerülnek elmentésre. A LED modulok

többszöri lemérésének az a célja, hogy később ezen értékek átlagát és szórását

képesek legyünk meghatározni. Segítségükkel az esetleges mérési hibákból fakadó

torzulások csökkenthetőek. Minden egyes oszlop fényerősség vizsgálata előtt


27

nyitófeszültség mérést végzünk, majd a vizsgálat után ezt megismételjük. A kapott

értékeket az aktuális méréskor követett oszlopsorrend feltüntetése mellett egy (papír)

jegyzőkönyvlapon vezetjük. Az adott oszlop tényleges fényáram mérésének

megkezdését megelőzően, először egy ún. sötétáram értéket mérünk. Ez egy olyan

fotoáram érték, melyet mindig – a speciálisan erre a célra kijelölt – kikapcsolt

állapotban lévő LED-re felhelyezett fényerősség mérő alatt uralkodó „sötétség” idéz

elő. Ezt az értéket hibakorrekciós célokra használják, de az én beolvasó modulom

számára fontos „elválasztójelként” is funkcionál, az egyes oszlopokhoz tartozó

fényáram értékek között. Így a fájl tartalma (az egyes oszlopokhoz tartozó

világítódiódáknak megfelelő) 6*5 fotoáramérték sor melyet mindig két sötétáram

értéket tartalmazó sor fog közre. Ez a struktúra a vizsgálat során mért oszlopok

számának megfelelően ismétlődik. Miután lemértük az összes oszlopot

(emlékezzünk! 10 fizikailag létező oszlopunk van + 5 logikai + referencia sor) a

kezelőprogramban mentjük a jegyzőkönyvet. A 6.1. és 6.2. ábrán példát láthatunk a

papíralapú jegyzőkönyvlap és az elektronikus formátumú jegyzőkönyvfájl tartalmára

(16 oszlop került beolvasásra):

6.1. ábra: elektronikus jegyzőkönyvfájl 6.2. ábra: papír alapú jegyzőkönyvlap

Mivel a kísérlet jelenleg is folyamatban van, ezért a jövőben további jegyzőkönyvek

fognak készülni. Ezeket az adatokat (és még néhány további fájlt) fogjuk


28

felhasználni a kiértékelést és kimutatást végző program bemeneteként. Az eddigi

mérések adatairól vezetünk egy további kimutatást is, mely online hozzáférhető és

szerkeszthető, Google SpreadSheet[5] dokumentum formájában. Ebben többek

között megtaláljuk a mérések pontos időpontjait, különböző oszlopokhoz és LED

modulokhoz tartozó nyitófeszültség értékeket, az égetett órák számának alakulását, a

leállítások/újraindítások körülményeit, illetve számos további információt a

kísérlettel kapcsolatban. Erről a dokumentumról egy - jelenlegi állapotát tükröző -

pillanatképet helyeztem el a mellékletekben.

Működés közben - illusztráció


29

4. Esettanulmány: A rendszer koncepciójától az

implementálásig

A fejezetben a program fejlesztésének fázisait úgy próbálom ismertetni, ahogy azok

a folyamat során lépésenként felmerültek. Ha áttekintjük a feladatkiírásban szereplő

elvárásokat, két olyan fő feladatkört emelhetünk ki, melyekre az elkészült

szoftvernek megoldást kell nyújtania.

Mérések során elektronikus jegyzőkönyv formájában keletkezett adatok

beolvasása és feldolgozása automatikus módon;

Jelentés készítése felhasználó által kiválasztott adatokból - a megadott

szempontok alapján - táblázat és grafikon formájában.

Mivel ez a két rész elég jól elkülöníthető egymástól, ezért tervezéskor úgy

döntöttem, moduláris felépítésű programot fejlesztek megoldásukra. Ezen

megfontolásból, két fő modul íródott; egy, grafikonkészítésre és jelentésgenerálásra

és egy, beolvasási és feldolgozási műveletek végrehajtására. Illetve ezek mellett

írtam még pár kisebb segédkomponenst is, melyek a fénymérés-jegyzőkönyveken

kívüli, egyéb adatfájlok (hőmérséklet, dióda nyitófeszültségek) automatikus

beolvasását támogatják.

A komplex egész elemibb részekre bontásának több indokát is láttam. Egyrészt,

ha az összes szolgáltatást egyben kínáló monolitikus szoftvert hozok létre, annak

kezelőfelülete óhatatlanul túlbonyolódik. Az átláthatóság csökkenése miatt, a

felhasználók számára kezelése jóval kényelmetlenebbé, akár nehézkessé is válhat.

Illetve, amennyiben laborunkban olyan speciális igény merül fel, hogy szimultán

szeretnénk az egyik munkaállomáson adatbevitelt végezni, miközben egy másik

gépen kollégánk különféle adatokból már a grafikonokat szeretné tanulmányozni,

akkor ez a koncepció erre lehetőséget ad.

De nem csak felhasználói szempontból közelítettem meg a kérdést. Az objektum-

orientált paradigma pont arra ösztönzi a programozókat, hogy lehetőleg

komponensekre (objektumokra) bontsák a feladatot, így a már elkészült osztályok

segítségével lehetőségük nyíljon a kód újrafelhasználhatóságában rejlő előnyök

kiaknázására. Ennek szellemében, a beolvasó modulom igen kevés módosítással


30

képes lenne másfajta mérésekből származó, de hasonló felépítésű jegyzőkönyvek

beolvasására, és feldolgozására is (ugyanez igaz a beolvasó segédmodulokra).

Az adatbázis szerkezete – szintén követve az eddigi koncepciót – autonóm táblák

halmaza. Így könnyedén – egy adatbázis-adminisztrációs program segítségével –, pár

új tábla és oszlop létrehozásával/módosításával tetszőleges hasonló feladathoz

hangolhatjuk az adatbázist és a beolvasó modult.

Hasonlóképp a grafikon ábrázolására és a táblázatok létrehozására szolgáló

modul írásakor is szem előtt tartottam, hogy amennyiben a későbbiekben felmerül a

továbbfejlesztés igénye, vagy akár másfajta mérések értékeinek vizuális

ábrázolásának kívánsága, akkor kicsiny módosításokat végezve az osztályon,

bevethető legyen ilyenfajta célokra is.

Így összességében elmondható, hogy a program hasznos segítség lehet majd

általánosabb (de hasonló lépésekből álló) problémák megoldására, amennyiben a

megfelelő kódrészleteket a kívánalmakhoz igazítjuk.

Az objektumorientált filozófia nyújtotta előnyök gyakorlatban történő

kamatoztatása céljából a Java[6] nyelvet választottam munkaeszközömként.

Természetesen C++, illetve C# nyelven is megvalósítható lett volna a feladat, de

saját programozási ismereteimet, illetve a grafikus felület Java nyelven történő

viszonylag egyszerű kivitelezhetőségét mérlegelve, végül ez tűnt számomra

kézenfekvőbbnek. A programnyelv kiválasztásának másik fontos aspektusa volt,

hogy lehetőleg egy olyan mellett törjek lándzsát, mely rendkívül széles körű (akár

harmadik fél által fejlesztett) függvénykönyvtár repertoárral rendelkezik, ezáltal a

gyakorlatban már bevált, jól működő komponensek felhasználásával gyorsíthassam a

munkát, és a „kerék újbóli feltalálása” helyett inkább a kiírásban megfogalmazott

érdemi problémák algoritmizálásra összpontosíthassak. Nem lehet szó nélkül hagyni

azt a tényt sem, hogy programom oroszlánrészét – jellegéből fakadóan - az

adatbevitel, konvertálás és adatkivitel (adatbázisba importálás) részek teszik ki. Így

mindenképpen egy olyan programozási nyelven szerettem volna létrehozni, mely

lehetőleg külső függvénykönyvtár hozzáadása nélkül ezekre a műveletekre rugalmas

lehetőséget képes biztosítani. Ezen kívánalmakat pedig a Java tökéletesen kielégíti.

Primitív, illetve objektum változótípusai között kényelmesen konvertálhatunk

szimplán néhány megfelelő tagfüggvény meghívásával, a fájlok beolvasása/írása


31

adatfolyamok (streamek) segítségével egyszerűen megvalósítható, az adatbázis

kapcsolat létrehozása és a kétirányú adatáramlás pedig a MySQL Connector/J

komponens[7] felhasználásával könnyűszerrel kivitelezhető.

Bár mostani esetünkben a platformok közötti hordozhatóság nem volt kritikus

szempont, de a kész szoftver a nyelv tulajdonságának köszönhetően teljes egészében

platformfüggetlen lett (Windows, GNU/Linux, MacOS X, *BSD, Solaris és egyéb

Unix-szerű operációs rendszerek alatt legalábbis biztosan működőképes)

A nyelv kiválasztása után felmértem, hogy a feladat milyen jellegzetes

részfeladatokra bontható le, amelyek megoldására már „kész” eszközök állnak

rendelkezésre. Kezdjük magával a szoftveres infrastruktúra elemeivel: kellett egy

szabványos adatbázis-platform, melyet kényelmesen és gyorsan képes vagyok

adminisztrálni. Az utóbbi feltétel egyébként elengedhetetlennek bizonyult a

tényleges fejlesztés során. Egyrészt, mivel egy interaktív adminisztrációs felület

segítségével lehetett gördülékenyen (és fájdalommentesen) létrehozni az adatbázis

szerkezetét, másrészt a tesztelés folyamán rengeteg félregépelésből illetve egyéb

okból fakadó hibára derült fény, szimplán az adminisztrációs felületen az események

végigkövetésével. A tradicionális konzolos SQL parancsokkal való operálás a

hibalehetőségek számát megnövelte volna, és lassított is volna a fejlesztés során.

A választott programok: MySQL[8] adatbázis szerver, phpMyAdmin[9] +

Apache HTTP szerver[10] a webes felületen történő adminisztráláshoz.

Windowsos környezetben ezeket legkényelmesebben egy XAMPP[11] nevű

szervercsomag feltelepítésével érhetjük el. Én is ezt alkalmaztam.

A beolvasó modulhoz szükséges komponensek után a másik modult vettem

szemügyre, főképp, hogy milyen lehetőségeim vannak a grafikonrajzolás

témakörében. Elsőre, egy gondolat erejéig felmerült bennem, hogy a

java.awt.Graphics2D csomag segítségével saját magam fogok skálát, és értékeket

rajzolni, de ezt az ötletet hamar elvetettem. Belegondoltam, hogy milyen finom

beosztású skálán is kell majd dolgoznom, ahol néhány százezred (vagy akár

milliomod) pontosságú hiba sem tolerálható, mivel ilyen nagyságrendbe eső

változásokat is szeretnénk figyelemmel kísérni. Illetve a kezdetektől fogva igényként

szerepelt, hogy lehetőleg a grafikon legyen interaktív. Semmiképpen sem csak egy

statikus képet akartam előállítani, sokkal inkább egy olyan objektumot szándékoztam


32

a felhasználó elé tárni, amelynek tulajdonságait futási időben képes változtatni.

Ezáltal lehetőséget teremtve pl. a koordinátarendszer adott régiójának kinagyítása

funkcióra, a tengelyskálák finomságának kézi felülbírálására, egérrel kijelölt

értéktartomány kirészletezésére, az aktuális állapot nyomtatóra küldésére vagy

képfájlba mentésére. Mindezeket szem előtt tartva tudatosult bennem, hogy az AWT-

vel való rajzolás nem kifizetődő, mivel a részletek implementálása igencsak

nehézkes lenne, nem beszélve a határidő rövidségéről. Emiatt áttekintettem a

grafikonkezelő segédkönyvtárak meglepően széles választékát, hogy kiválaszthassak

egy olyat, amely felhasználása által lehetőségem van minden fenti kívánalom

kielégítésére. Természetesen jogi szempontokat is figyelembe kellett vennem, hiszen

hiába volt számos kereskedelmi – figyelemreméltóan gazdag szolgáltatáskörrel bíró

– termék; jelentősebb pénzösszeget elkölteni, illetve törvényt sérteni nem állt

szándékomban. Emiatt valami Open-Source (nyílt forráskódú, és általában szabad

felhasználású) függvénykönyvtár tűnt jobb választásnak. Még így is rengeteg

lehetőség maradt, azonban néhány órányi olvasgatás után végül a JFreeChart[12]

mellett döntöttem. Mindenre képes, amire szükségünk van, emellett az LGPL (Lesser

General Public License) lehetővé teszi, hogy – bizonyos megkötésekkel - szabadon

felhasználható legyen a saját programok fejlesztése során.

A modul másik fő funkciója egy egyszerű jelentés generálása. Ez tulajdonképpen

szöveget, táblázatos formába rendezett adatsorokat, és persze grafikont tartalmaz. A

lehetőségek áttekintése után, ennek formátumaként a PDF-et választottam, mivel ez a

különböző tanulmányok, laboratóriumi kimutatások közkedvelt elektronikus

formátuma. Hordozhatósága miatt méltán vívta ki a „dokumentumok ipari

szabványa” jelzőt. Java nyelven, ha PDF kimenetet szeretnénk előállítani, azt több

módon is megtehetjük; én ezek közül az iText[13] (PDF fájlok tartalmának

előállítására és manipulálására szolgáló) sokszínű lehetőséget biztosító

függvénykönyvtár mellett döntöttem.


33

4.1. Beolvasó és feldolgozó modul koncepciója

Most, hogy már részletesebben megismertük a projekt során felmerülő

kérdéseket, átfogó képet kaphattunk a rendszeresen elvégzendő mérési feladatokról

is; láthattuk, hogy ezek minden alkalommal rengeteg adatot generálnak.

Méréseink során a különböző szenzorok által regisztrált adatokat a

mérőműszerek elektronikus formátumú jegyzőkönyvekben rögzítik. Ezek esetünkben

kivétel nélkül sima szöveget tartalmazó -„plain-text”- fájlok. Felépítésük szerencsére

meglehetősen egyszerű, így előnyös a későbbi feldolgozás szempontjából. Viszont

ezzel a „nyers” formátummal dolgozni meglehetősen kényelmetlen, hisz bármilyen

elemzést, vagy kimutatást szeretnénk készíteni, ahhoz először importálnunk kell

őket, egy adatsorokat már kezelni képes programban (pl. Microsoft Excel,

OpenOffice.org stb.), majd logikailag rendezni kell őket valamilyen formába, és csak

ezután tudunk érdemben foglalkozni magával az adattartalommal. További tipikus

feladat ilyenkor, hogy megfelelő feltételek, függvények segítségével csak azokat az

adatokat „válogassuk ki”, melyekre egy adott kimutatás esetén éppen kíváncsiak

vagyunk.

Konkrét példa: Az 1. sor 5. LED és a 7. sor 3. LED fényerősségének időbeli

alakulására az első 7000 órában. Ezek átlagértékének és szórásának kiszámítása.

Illetve a két LED egymással való összehasonlítása, relatív százalékos skálán történő

ábrázolás alkalmazásával.

Ebben az esetben az adatsorból ki kellene valamilyen módon válogatnunk a

megfelelő elemeket. Esetleg segédtáblázatokat is érdemes lenne létrehoznunk a már

meglévő adatokból, majd ezek értékeit felhasználva tudnánk grafikont konstruálni.

Ez nem minden esetben triviális feladat, ráadásul a fenti csak egy egyszerűbb példa.

Nem beszélve arról, hogy mivel a jelen pillanatban is zajló kísérleti folyamat

időszakosan bővülő adathalmazáról beszélünk, annak újabb és újabb értékeit is be

kell illeszteni a megfelelő helyekre; a szinkronban tartás nem csak kényelmetlen, de

időigényes munka.

Tehát viszonylag hamar tudatosult az adatbázis szükségessége, ahová képesek

vagyunk menteni az egyes mérések során gyűjtött új adatokat, olyan strukturált

formában, mely megkönnyíti a későbbi célzott lekérdezéseket. A mérési alkalmakkor


34

létrejött jegyzőkönyvek feldolgozását, majd adatbázisba exportálást pedig jó lenne

automatizálni, hogy lehetőleg minimális felhasználói interakciót igényeljenek. Ez

nem csak téves értékek bevitelétől, egyéb hibalehetőségektől kímélné meg a

méréseket végző személyt, de nem utolsó sorban rengeteg idejét is megspórolná.

Ezáltal lehetővé téve, hogy a legfrissebb mért adatokkal rugalmasan és gyorsan tudja

bővíteni az adatbázist, csupán egy kis gépeléssel, és néhány kattintással. Ennek

szellemében született meg a Feldolgozó és beolvasó modul terve, mely ezeket az

igényeket képes kielégíteni.

4.2. Elektronikus jegyzőkönyv felépítése

Mielőtt rátértem volna a modul fejlesztésére, gondosan elemezni kellett a

„bemenetet”, hisz ezen fogunk minden további műveletet végezni. Programom jelen

feladatkiírás keretében a fénymérés jegyzőkönyveinek feldolgozására lesz

felkészülve, így innentől érdemben ezzel foglalkoztam. A mellékletben elhelyeztem

az általam rendelkezésre álló összes jegyzőkönyvfájlt, a következő illusztráció

segítségével pedig demonstrálnám az egyes sorokban található adatokat:

7. ábra: elektronikus jegyzőkönyvfájl felépítése

Mint láthatjuk, ez a töredék egy fénymérés jegyzőkönyvfájl elejéből származik. Így

az első sor nem meglepő módon egy sötétáram érték. Az utána található sorok, pedig

az adott oszlopban helyet foglaló LED modulok fényáram értékei.

Az egyes sorok felépítése:

Mérés ID száma – tabulátorkarakter – mért fényáram számértéke –

tabulátorkarakter - Timestamp (mérés dátuma és időpontja)

A Mérés ID száma: Egy számláló értéke, melyet a mérőműszer minden egyes mérés

elvégzésekor léptet eggyel. Így ezt az értéket indexként használva kényelmesen


35

tudunk hivatkozni az egyes mérési műveletre a későbbiek folyamán. Bár programom

ezeket az értékeket beolvassa és el is tárolja az adatbázisban, nincs egyéb hatással

annak működésére. Megemlítendő, hogy a 6.2. ábrán szereplő jegyzőkönyvlapon a

táblázat „sorozatszámok” oszlopában feltüntettük ezek intervallumait az

egyértelműség kedvéért.

Fényáram számértéke: Leglényegesebb adatunk. Mind azt korábban már

tárgyaltuk, a világítódióda által kibocsátott fényáram, amely kísérletünk tárgyát

képezi; segítségével a dióda fényáram megtartó képességének és élettartamának

alakulását vizsgáljuk.

Timestamp: Ez egy időbélyeg, mely az aktuális mérés dátumát és pontos időpontját

tartalmazza. Felhasználhatjuk olyan esetekben, amikor pl. csak megadott

időintervallumban történt mérések értékeit akarjuk ábrázolni, tanulmányozni.

4.3. Az adatbázis felépítése

Mielőtt nekiláthattam volna a program írásának, még szükséges volt, hogy az

adatbázis logikai szerkezetét kialakítsam, hiszen a beolvasó modul minden

feldolgozott adatának ez fog „kimenetéül”, és tárolóhelyéül szolgálni. Mint már a

bevezetőben tárgyaltuk, kezdettől fogva egymástól független táblák létrehozásában

gondolkodtam. Az, hogy jelenleg a fényerősség mérésre koncentrálunk, nem jelenti

azt, hogy a programot megvalósító osztályt ne lehetne más mérések által előállított,

de hasonló szerkezetű jegyzőkönyvek feldolgozására használni a későbbiekben (pl.

színmérés). Mindössze bizonyos kódrészleteket kell csak módosítani, illetve új

adattáblákat létrehozni. Ennek tükrében talán már érthető a minimalista adatbázis-

szerkezetre való törekvésem. Jelenleg 12 tábla van, de a jövőben valószínűleg - a

funkciók gyarapítása mentén - számuk tovább fog bővülni:


36

8. ábra: az adatbázis táblái

Mivel a 12 tábla szerkezetének mélyreható ismertetése nagyon nagy terjedelmű

lenne, ezért azt a megoldást választottam, hogy részletesen csak azokat a táblákat

ismertetem, amelyek kulcsfontosságúak az épp bemutatott modul működése során. A

kevésbé lényeges táblák szerkezetét áttekintő jelleggel említem csak, néhol

jelentősen leegyszerűsítve tartalmuk magyarázatát. (Természetesen a mellékletben

megtekinthető az összes tábla részletes felépítése, illetve a sample.sql fájl

tartalmazza a komplett adatbázist, valós mérésekből származó adatokkal feltöltve.)

A beolvasó modul a 12 táblából 10-et fog használni. A maradék két táblát

(temperature, temporarytemperature) az egyik – hőmérséklet adatok beolvasására

szolgáló – kisegítő modul fogja kezelni.

Kulcsfontosságú táblánk az ydata, mivel ez tárolja a méréseink során mért

összes fényáramértéket (mely a legfontosabb adat jelen kísérletünkben), másrészt a

többi ydata* előtaggal rendelkező tábla tartalma ebből lesz - a modul által

automatikusan - legenerálva, így ennek felépítésével érdemes megismerkednünk:


37

9. ábra: az ydata tábla szerkezete és tartalma

Mint láthatjuk, szerkezete alkalmas a jegyzőkönyvfájl egy sorában található adatok

tárolására, annyi kiegészítéssel, hogy 4 további mezőt adtam hozzá a táblához.

Vegyük sorra ezeket. Az elapsedhours (integer típusú) mezőben fogjuk tárolni, hogy

az adott mérés során keletkező jegyzőkönyvben található értékek az öregítő égetés

hányadik órájában keletkeztek. A col (integer) és row (integer) mezők pedig azt

tárolják majd, hogy az adott LED modul fizikailag a gép melyik oszlopában és

sorában foglal helyet. A type (string) mező pedig egy rövid azonosító

karaktersorozatot tartalmaz, mely a LED modul pontos tulajdonságait határozza meg

(típus, gyártó, táplálására használt meghajtóáram). Ezt úgy valósítottam meg, hogy

létrehozásra került egy ledtype tábla, mely tartalmazza a szimbólumok és a pontos

leírások közötti megfeleltetést, így hash táblaként használhatjuk majd az ydata

táblában található LED modulok adatainak lekérdezésére. Mint azt látni fogjuk, a

többi ydata* tábla automatikusan ki fog egészülni az ydata-ból származtatott

értékekkel. Ezek a táblák egyébként relatív és statisztikai adatokat tartalmaznak majd

az egyes LED modulokról és oszlopokról, illetve egy (később kifejtett) módszerrel

ezekből konvertált relatív értékeket, melyek a relatív skálás ábrázoláshoz és a

százalékos értékeket tartalmazó táblázatok generálásához szükségesek. A

darkcurrent tábla fogja tartalmazni a beolvasás során talált sötétára mértékeket,

felépítése hasonló, mint az ydata esetében. Az elektronikus jegyzőkönyv adatbázisba

exportálásánál lehetőséget fogunk teremteni, hogy a lapon található (mérés

előtti/utáni) nyitófeszültségek is bevitelre kerüljenek. Ezeket a felhasználónak kell

begépelnie. Az értékek a diodeforwardvoltage táblában kerülnek elmentésre.


38

10. ábra: a diodeforwardvoltage tábla szerkezete

Ennek felépítése: kezdő időbélyeg, záró időbélyeg (az adott oszlop mérésének

kezdetének és végének ideje), égetésből eltelt óra, kezdetkor, záráskor mért

nyitófeszültség értéke, és az oszlopazonosító. Az oszlophoz tartozó nyitófeszültségek

mellett automatikusan lemérésre kerülnek a LED modulok nyitófeszültségei is 3

különböző hőmésékleteken: 25°C, 55 °C, 85 °C hőmérsékleteken. Szerencsére,

ezeket nem kell kézzel bevinnünk, mivel automatikusan egy fájlba menti őket a

berendezés, adatbázisba exportálásukat pedig megvalósítja egy későbbiekben

elkészült beolvasó segédmodul. Ezzel együtt a felhasználói felületen lehetőséget kell

teremtenünk ezek kézi bevitelére is, mivel erre szükség lehet.

Ejtsünk néhány szót az ydata táblából származtatott többi adattábláról.

Ezekben mind statisztikai és relatív értékeket tárolunk. Emlékezzünk, hogy a

mérésekkor minden LED modult összesen 5-ször mértünk le. Ezzel az volt célunk,

hogy csökkentsük a mérési hibák hatásait, átlagértéket és szórást számíthassunk

belőlük. Ennek elvégzését egyébként a szabványban is előírják, hisz a vizsgálatok

célja pontosan olyan változások és trendek megfigyelése, ahol alapvető szerephez

jutnak az átlagértékek, szórások. Amint befejezésre kerül egy ydata táblába irányuló

író lekérdezés, automatikusan beíródnak a származtatott táblába is a generált értékek.

A relatív értékek akkor kerülnek majd felhasználásra, ha a fényáram értékeket egy

relatív (százalékos skálán) akarjuk majd ábrázolni. A gyakorlatban ez annyit tesz,

hogy amikor az adott LED legelső fényáramát regisztráltuk az adatbázisban (ezt a

kritériumot időbélyeg alapján döntjük el), ezt az értéket 100%-nak tekintve, az összes

későbbi értéket ennek százalékában fogjuk kifejezni. Ezen értékek által relatív

százalékos skálán is ábrázolhatóvá válik a fényáram változás, akár több LED modul

egymáshoz képesti összehasonlítására is lehetőséget adva.


39

Az ydatarelative tábla szerkezete épp ezért szinte teljesen megegyezik az

ydata tábláéval, csak a valós értéket konvertáltuk át - a fent említett módon –

százalék értékekké. Az ydataaverage pedig az átlagot és a standard szórását

tartalmazza az ydata tábla értékeinek. Ezekből az átlagokból aztán ismét

számolhatunk egy átlagot, mely megadja a teljes oszlop átlagát, ezt a

ydatarelativecol-ban tároljuk.

4.4. Beolvasó és feldolgozó modul implementálása

Most hogy a fontosabb táblákat kialakítottam, illetve a modul feladatát is

pontosan ismerjük már, kezdődhet az implementálás. A grafikus felhasználói felület

létrehozásával kezdtem. Nem akartam nagyon összetett felületet tervezni; egy

letisztult, egyszerű felület létrehozása volt a célom. Indítás után a program első

teendője, hogy a felhasználó számára lehetővé tegye egy jegyzőkönyvfájl

kiválasztását, melyet ezután soronként megjelenít, a tartalom szerkezeti áttekintése

céljából. Itt a felhasználó ellenőrizheti, hogy a fájl, – tartalmát tekintve – megfelelő-

e, nincs benne esetleg oda nem illő sor, vagy olyan szerkezeti eltérés, amely

meghiúsíthatná a megfelelő értelmezést. Ha az előző fejezetben ismertetett mérési

protokollunkat betartva végeztük a mérést, akkor a létrejött jegyzőkönyvfájl

sötétáram értékkel kezdődik, és azzal is végződik, másrészt minden mért oszlophoz

tartozó fotoáram értéksor két sötétáram értékkel van közrefogva. Ilyen tartalmat

kell(ene) mutatnia minden jegyzőkönyvnek, de persze a valóságban előfordulhatnak

hibák. Olyasmiket kell ellenőriznünk, hogy nincsenek-e többszörös sötétáram

értékeket tartalmazó sorok egymás után, illetve a mérőműszer működésére

vonatkozó hibakódok (pl. helytelen méréstartomány, megszakadt kommunikációs

kapcsolat stb.), vagy bármilyen sor, amely érvénytelen értékeket tartalmaz. Ha ilyet

találunk egy szövegszerkesztővel egyszerűen törölnünk kell ezeket a sorokat, majd

megismételni a beolvasást.

A program a legelső beolvasott sötétáram érték alapján kísérletet tesz a

sötétáram értékhatárt becslésére (amelybe nagy valószínűség szerint a további

sötétáram értékek beleesnek majd), ezt fogjuk alkalmazni a fájl további értelmezése

során, hogy megállapítsuk, hol kezdődnek és hol végződnek az egyes oszlopokhoz


40

tartozó értéksorok. Ha a becslés helytelennek bizonyulna, a későbbiekben lehetőséget

kell adnunk a felhasználónak a kézi korrekcióra.

Ennek a funkciónak van egy másik lényeges feladata. Nem csak a fájl

tartalmának áttekintése, hanem – amint látni fogjuk –, a jegyzőkönyvfájlhoz

létrehozott/betöltött profil illeszkedésének tesztelése is is. De mi az a profil, és mit

értünk illeszkedés alatt? Nos, ha az előző fejezetben a 6.2 ábrán lévő jegyzőkönyv

lapot szemügyre vesszük, látható, hogy az egyes oszlopokat nem sorrendben mértük.

Viszont erről a jegyzőkönyvfájlban nincs semmiféle információ, így amikor a

program beolvassa a fájlt, nem tudhatja, milyen sorrendet követtünk a mérés során. A

helyzetet tovább bonyolítja, hogy a kísérlet során bármikor tönkremehet egy véletlen

pozícióban található LED modul (méréskor ezt nem mérjük, hanem ugrunk a

következőre), illetve cserélhetünk is egy adott pozícióban lévőt LED-et más típusúra.

Nyilvánvalóan megoldást kellett találni, hogy a beolvasó modul valamilyen

formában „értesüljön” arról, hogy a beolvasott adatsor mely oszlopok és azon belül

mely pozícióban helyet foglaló LED-ekről tartalmaz adatokat, és ezek a fizikai

pozíciók milyen sorrendben(!) követik egymást (Gondoljunk bele pl., hogy

felborítaná a sorrendet, ha egy adott oszlopon belül „kiégne” 2 db LED). Ekkor jött

az ötlet, hogy készítek egy profilt, mely „megmondja”, hogy a beolvasásból

származó sor éppen mely oszlop mely pozíciójára vonatkozik, és itt milyen típusú

LED modul található. Ezt 3 db 16x6 mátrixként implementáltam:

public static int[][] mapcol = new int[17][6];

public static int[][] maprow = new int[17][6];

public static String[][] mapvalue = new String[16][6];

A beolvasáskor, minden egyes beolvasott sor értelmezésekor a mátrixokból is

kiolvassuk az oszlop (mapcol), sor (maprow), típus (mapvalue) értékeket, majd

növeljük eggyel az indexet. Összesen 16 oszlop adatainak tárolására van lehetőség

ezekben a mátrixokban. Bejárásukkor ügyelnem kell, hogy ne fussak ki a

tartományokból.

A profilt nekünk kell létrehoznunk az adott jegyzőkönyvhöz, így ennek

megfelelően a felhasználó felületen lehetőséget kellett biztosítanom erre, majd a

létrehozott profil fájlba mentéséről/adatainak visszaolvasásáról is gondoskodnom


41

kellett. Ez lehetővé teszi, hogy szükség esetén több eltérő profilt is készíthessünk, és

mindig azt töltsük be, amelyik illeszkedik az éppen beolvasásra váró jegyzőkönyvre.

Így már tényleg automatikus az adatbevitel. Miután az adott profilt betöltöttük, újra

ki kell jelölnünk a jegyzőkönyv fájlt, és ekkor ellenőrizhetjük, hogy megfelelnek-e az

összeegyeztetett értékek a valóságnak. Ha rossz profilt adunk meg, az hibaüzenetet

produkál. Miután kijavítottuk a hibánkat, folytathatjuk az adatbázisba exportálással.

4.5. Grafikonrajzoló és jelentéskészítő modul koncepciója és

megvalósítása

Mivel a Beolvasó és feldolgozó modulban az alapkoncepciót már körüljártuk,

illetve az adatbázis szerkezetét tárgyaltuk, az idevonatkozó részeket újból nem

ismételném meg. Nézzük azokat a szempontokat, amelyeket ennek a modulnak

tervezése során kellett figyelembe venni.

Miután elkészültem a beolvasó modullal, amely a tesztelésre szánt

jegyzőkönyveket képes volt feldolgozni, és az adatbázisban már helyes értékek

jelentek meg, izgatottan kezdtem tervezgetni a grafikonrajzolás megvalósítását.

Kezdetnek tanulmányoztam az egyéb kísérletek szakirodalmában szereplő ábrákat,

hogy megállapítsam, milyen típusú grafikonokat használnak. Úgy találtam, hogy a

Microsoft Excelben is megtalálható diagramszerkesztő által létrehozott pont (X, Y)

típusú grafikonokat alkalmazták az esetek többségében. Ezek után számba vettem - a

JFreeChart fejlesztői dokumentációjának áttekintésével -, hogy az API segítségével

milyen lehetőségeim vannak. Örömmel tapasztaltam, hogy ez a típus Scatter Plot

néven támogatva van. Értelemszerűen, ilyenkor az X tengely az égetett órák számát,

az Y tengely pedig a fényáram értékeket fogja tartalmazni.

Ezen kívül még egy fajta grafikontípust találtam, melyet fel tudtam használni

a munkám során, ez a TimeChart. Olyan adatsorok megjelenítésére alkalmas, melyek

rendelkeznek egy időbélyeg-érték párral. Így az abszcisszán az időskála, az

ordinátatengelyen pedig az mért értékek helyezkednek el. Ezt a megoldást használja

fel a hőmérséklet megjelenítésére szolgáló segédgrafikonom, melyről példaképeket a

mellékletben lehet találni homerseklet*.png nevű fájlok formájában.

Mivel a grafikonrajzolási feladatokat a JFreeChart API-ján keresztül

kényelmesen biztosította, a köré építendő felhasználói felület megtervezése

következett. Úgy gondoltam, előnyösebb, ha hasonló arculatot mutat, mint a


42

beolvasó modul GUI-ja, ezért felépítésekor ugyanazt a sémát alkalmaztam. Ez azért

hasznos, mert aki a beolvasó modult már ismeri, az intuitív módon átlátja a

grafikonrajzoló és jelentéskészítő modul felépítését is (nem beszélve arról, hogy az

előzőleg írt kódomat újra fel tudtam használni, így ennek a felületnek a megvalósítási

ideje már jócskán lerövidült).

Az adatbázis séma értelemszerűen ugyanaz, mint amit a beolvasó modulnál

tárgyaltunk. Nyilván itt az adatokat, adatbázisba írásuk helyett, onnan lekérdeznünk

kell – megadott kritériumok alapján –, majd értelmeznünk, illetve kapcsolatot

teremtenünk köztük. Erre szemléletes példa az yvalue és a ledtype táblák közös

használata. Amikor adott pozícióban lévő LED modul adatait lekérdezzük, akkor az

ahhoz tartozó - típusát jelölő - szimbólumot, és a szimbólumhoz rendelt pontos

leírást össze kell kapcsolnunk, majd az ennek megfelelő információt kell

visszaadnunk adott világítódiódáról. Ezt a programom egy egyszerű hash táblával

fogja megoldani. Indításkor lefut egy metódus (buildSymbolTable()), mely a ledtype

táblában definiált értékpárokkal feltölti a hash táblát, amelyet majd akkor fogunk

használni, amikor egy LED pozícióról információkat kérünk le. Így működik a

grafikonon megjelenő jelmagyarázat rész is.

A grafikonok konstruálása a következőképp zajlik. Van egy ún. XYSeries

objektum, melyhez értékpárokat (X, Y) lehet hozzáadni. Ez tulajdonképpen

logikailag összetartozó, azonos módon ábrázolandó grafikonpontokat meghatározó

adatsor létrehozására alkalmas. Egy adott LED modulnál, ha lekérjük összes eddigi

fényáram értékét (és a méréshez tartozó óraszámokat), akkor az így létrejövő

(értékpárokból álló) adatsort érdemes ilyen objektumban eltárolni. Ha több

ábrázolandó adatforrásunk (pl. LED modul, oszlop nyitófeszültségek stb.) van, adja

magát, hogy több XYSeries objektumot hozzunk létre tárolásukhoz, hiszen egy ilyen

objektumban csak a logikailag is összetartozó típusú adatok tárolása szerencsés

(mivel megjelenítéskor minden egyes objektum adatai egyedi jelzéssel lesznek

elhelyezve a grafikonon). Az objektumokat „felcímkézhetjük” utalva ezzel

tartalmukra, ez a szöveges információ a jelmagyarázat szekcióban lévő jelzések

leírására szolgál. Így amennyiben több XYSeries objektumot szeretnénk egyszerre

megjeleníteni, segítségül kell hívnunk egy XYSeriesCollection objektumot is. Ez az

objektumtípus az XYSeries objektumok halmazaként fogható fel. Tetszőleges számút


43

elhelyezhetünk benne, végül magát a halmazt adjuk át a chart objektumnak

megjelenítésre. Ekkor az összes adatsor egyedileg eltérő grafikonpontokat

alkalmazva kirajzoltatható. A felhasználói felület úgy lett kialakítva, hogy a

felhasználó tetszés szerint tudja összeállítani ennek a halmaznak a tartalmát.

Természetesen a fényáram értékekről át lehet váltani az egyes diódák nyitófeszültség

értékeinek ábrázolására is. Ekkor a program automatikusan 3 XYSeries objektumot

hoz létre minden egyes adatsorhoz, (amennyiben mindhárom hőmérsékletértékhez

rendelkezésre áll mérési adat) majd ezeket pakolja bele a halmazba.

A modul másik feladata, hogy az éppen megjelenített grafikon adatairól PDF

formátumú jelentést hozzon létre. Ennek kivitelezése rendkívül egyszerű. Úgy

oldottam meg, hogy amikor az egyes adatforrások adatait beolvasom, amellett, hogy

az XYSeries objektumhoz hozzáadogatom az értékeket, egyúttal nekik megfelelő

típusú üres vektorokhoz is hozzáadom. A PDF generálása során a vektorok tartalmát

iterátor segítségével bejárva, egyszerű táblázatos formában íratom a fájlba.

A JFreeChart szerencsére kiválóan képes együttműködni az iText-tel, így a grafikon

exportálása a riport fájl utolsó oldalára különösebb nehézség nélkül kivitelezhető.


44

5. Az elvégzett munka és a kész szoftver bemutatása

A projekt jellegéből fakadóan az elvégzett munka felét – a múlt félév során –

a laborban töltött segédkezés, majd a mérések bizonyos hányadának elvégzése tette

ki. Sok új gyakorlati ismerettel gazdagodtam a labormunka során, melyek – érzésem

szerint – látókörömet is szélesítették. Ennek mozzanatait, és a megszerzett

ismeretanyagot a dolgozat első harmadában bemutattam, így most munkám második

részének megvalósult eredményeit demonstrálom. Az általam elkészített szoftver

tartalmazza mindazokat a funkciókat, melyeket a feladatkiírás elvárt, így ezeket

szeretném most működés közben illusztrálni, ezzel az utolsó pontnak is eleget téve

(„Valósítsa meg, és tesztelje az elkészült programot a valódi mérési

eredményekkel!”).

Mint az olvasó tapasztalni fogja, ebben a fejezetben kompromisszumot kellett

kötnöm a képméret és az olvashatóság szempontjai között. Nem akartam képekkel

túlságosan zsúfolt oldalakat létrehozni, de a láthatóságot sem szerettem volna

megnehezíteni. Emiatt a mellékletben minden itt látható ábrát teljes méretében

csatoltam, ott egyéb ábrákat is mellékeltem. Erre azért volt szükség, mert a

terjedelmi korlátok nem tették lehetővé, hogy minden szolgáltatást kép formájában

be tudjak mutatni a dolgozat keretében. Így csak a legfőbb eredményeimet tudom az

érdemi részben bemutatni. A további megvalósult funkciókról a melléklet

áttekintésével kaphat teljesebb képet a kedves olvasó.

5.1 A beolvasó és feldolgozó modul bemutatása

Bemutatom a beolvasó modult működés közben egy jegyzőkönyv bevitelének

tipikus lépéseinek végrehajtásával. Majd a kísérlet során gyűjtött (már valós)

adatokból fogunk grafikonokat rajzoltatni, illetve egy példajelentést elkészíteni. Az

összes jegyzőkönyv és az elkészített jelentés is megtalálható a mellékletekben.

A program futtatása során feltételezzük, hogy a feltelepített XAMPP

szervercsomagból a MySQL és az Apache szerver már fut, és az adatbázist is

létrehoztuk a megfelelő paraméterekkel. Miután elindítjuk a programot a következő

felület fogad minket:


45

11. ábra: a beolvasó és feldolgozó modul főablaka

A felső panelen található gombokkal vezérelhetjük a program működését. A

„jegyzőkönyv megnyitása” gombra kattintva feljön egy fájlkiválasztó

párbeszédpanel, itt tudjuk kijelölni a beolvasandó jegyzőkönyvfájlt. A megadott fájl

beolvasásra kerül és megjelenik az alsó szövegterületen. Itt ellenőrizhetjük (szükség

esetén a csúszkával visszagörgetve) a tartalmat):

12. ábra: jegyzőkönyv beolvasása utáni áttekintő nézet

Minden sor a jegyzőkönyvfájl egy megadott sorának felel meg. Amennyiben az adott

fotoáram értéke a sötétáram éktartományába esik, úgy a program automatikusan új


46

oszlop értéksoraként érzékeli az utána következő adatokat, ezáltal felismerve és

szétválasztva a különböző oszlopok adatait. Mint megfigyelhetjük, jelen

jegyzőkönyvfájlból 16 oszlop LED moduljainak mérési eredményeit ismerte fel, ezt

összehasonlítva a 6.2 ábrán található jegyzőkönyvlappal ellenőrizhetjük, hogy ezen

mérés során valóban ennyi oszlopot vizsgáltunk, így ez rendben van. Következő

lépés, a méréshez tartozó profil szerkesztése. A program három beépített

üzemmódban képes működni:

Alapértelmezett besorolás: az oszlopok sorszáma 1-től indul, és sorrendben

növekszik automatikusan a beolvasott oszlopok számáig;

Egyéni besorolás: ebben az esetben - a fent található szövegmezőbe írt

számok felsorolásával - mi adhatunk meg egyéni oszlopsorrendet (vesszővel

elválasztva), ekkor annyi oszlop kerül csak beolvasásra, ahány számot

megadtunk;

Layout mode: profil használatának engedélyezése, mi szinte mindig ebben az

üzemmódban használjuk a programot, így ez az alapértelmezetten kiválasztott

mód. Ekkor lehetőség van új profil létrehozására, vagy egy korábbi – fájlba

elmentett - visszatöltésére.

Kattintsunk a „LED térkép megadása” gombra. Ekkor előjön a következő ablak:


47

13. ábra: LED profil megadására szolgáló panel

Amint azt látható, 16 oszlopnyi, soronként 6-6 érték bevitelére alkalmas

szövegmező található a panelen. Az egyes mezők a következő formátumban várnak

adatot: (X,Y):TÍPUS. Ahol X az oszlop (1-16), Y az oszlopon belüli LED pozíciója

(1-6), Típus pedig az adott pozíciót elfoglaló LED modult meghatározó szimbólum.

A kényelem érdekében, a mezők alapértelmezett pozíció értékekkel már kitöltöttek,

de ezek szükség esetén megváltoztathatóak. Most mi is így cselekszünk, és a 6.2.

ábrán szereplő jegyzőkönyvlap oszlopsorrendjének megfelelően módosítjuk őket.

Megemlíteném, hogy az adatbázisban található LED modultípusokhoz tartozó

szimbólumok a „LED típusok” fülre kattintással érhetőek el. Ezen a panelen

kilistáztathatjuk a rendelkezésre álló típusokat, illetve továbbiakat adhatunk hozzá a

meglévőekhez:


48

14. ábra: LED típusok lekérdezésére és hozzáadására való panel

Az innen kiolvasott szimbólumok és a jegyzőkönyvlap alapján

megszerkeszthetjük az adott méréshez tartozó profilt. Így meghatározzuk, hogy az

egyes oszlopok egyes pozícióiban, milyen típusú LED modulok találhatóak.

A szimbólumhoz társított leírás felépítése: „Modul Típusa/Gyártó

megnevezése@Égetése során ezen a meghajtóáram értéken üzemel”.

Amennyiben egy adott pozícióban lévő LED kiégett (vagy épp nem tartalmaz

modult), ezt a tényt a „null” szimbólum megadásával jelezhetjük. Ennek hatására a

program az adatbeolvasáskor tudni fogja, hogy ezt a pozíciót nem szabad kiosztania

(hiszen itt nem mértünk), így azt átugorja és a következő érvényes pozícióra lép.


49

15. ábra: profil szerkesztésének eredménye

Miután elkészítettük a profilunkat, érdemes azt fájlba menteni, mivel tipikusan

következő méréseink sem fognak (legalábbis nem jelentős mértékben) eltérni a

mostanitól. Ezt a „Mentés” füllel előhívható panel segítségével tehetjük meg.

Érdemes megfontolni, hogy a fájl nevében - a dátum segítségével - jelezzük, melyik

méréshez készült az adott profil, a későbbi könnyű visszakeresés érdekében. Mostani

esetünkben pl. 20100527.led néven. Legközelebb, amikor beolvastatunk egy újabb

jegyzőkönyvet, nincs más teendőnk, mint a „Betöltés” fül alatti panelen megkeresni a

most elkészített profilt.

Ha a profilt mentettük, próbáljuk ki, hogy megfelelően illeszkedik-e a

jegyzőkönyvfájlunkhoz (nyilván igen, hiszen ez alapján készítettük, de a későbbi


50

mérések jegyzőkönyveivel való használat előtt ez a lépés feltétlenül szükséges!)

Ehhez menjünk át a „Nyitófeszültség és sötétáram” fülre. Ez fogjuk látni:

16. ábra: Nyitófeszültség és sötétáram panel

Ezen a panelen tudjuk bevinni az egyes oszlopok fényáram vizsgálata előtt/után

mért nyitófeszültség értékeket (Formátuma: sorelőttiérték;sorutániérték). Szükség

esetén itt tudunk korrigálni a sötétáram értékhatáron is. A legalsó mezőben adhatjuk

meg, hogy a mérés az öregítő égetés hányadik órájában történt. Nyomjuk meg a

„Bevitel”* gombot! Visszatértünk a főablakhoz, tehát most olvastassuk újra a

jegyzőkönyvet a „Jegyzőkönyv megnyitása” gomb újbóli használatával.

Probléma esetén piros színűre vált a hibát kiváltó jegyzőkönyv tartalma, és egy

hibaüzenetben tájékoztatást ad a kiváltó okról. Az ok általában, hogy olyan profilt

használunk, melyben kevesebb oszlopot definiáltunk, mint ahányat a beolvasott

*Az, hogy a „Bevitel” gomb ezen a panelon van, helytakarékossági és praktikai megfontolás is

egyben. Mivel egy jegyzőkönyv beolvasásánál általában (bár nem kötelezően) az oszlopok

nyitófeszültségei is megadásra kerülnek, az óraértéket pedig kötelezően meg kell adnunk a helyes

adatbevitel érdekében.


51

jegyzőkönyv tartalmazott, vagy rosszul lett megállapítva a sötétáram értékhatár, így a

program nem képes szétválasztani az adott oszlopokhoz tartózó adatsorokat. Mindkét

esetben kézzel korrigálnunk kell a beállításokon, majd újból próbálkozni, ameddig a

jegyzőkönyv tartalma ismét fekete nem lesz (sikeres illeszkedés). Ennek

megvalósulását láthatjuk a 17. ábrán.

17. ábra: a jegyzőkönyvfájl újbóli, profilra illeszkedő beolvasása

Mint láthatjuk, a jegyzőkönyv beolvasása és feldolgozása itt már a profil alapján

történt (erre utaló jel, hogy mind a 16 oszlop adatsora megfelelő pozíciókat és típus

értékeket kaptak). Az „Exportálás” gombot megnyomva, az adatok exportálásra

kerülnek az adatbázis megfelelő tábláiba. Erről pl. a phpMyAdmin felületén

meggyőződhetünk. A többi jegyzőkönyv beolvasása innentől kezdve – amennyiben a

LED-ek kiosztása a gépen belül változatlan maradt és a mérési sorrendet sem

variáltuk – 2 kattintással realizálható. Igaz, az oszlop nyitófeszültségek értékeit a

papírról be kell gépelnünk. A programnak még további funkciói is megvalósultak,

ezeket terjedelmi okokból ebben a fejezetben nem ismertetem (ezekről képeket

helyeztem el a mellékletben). Két további kisegítő beolvasó modul is elkészült

(egyik a világítódiódánkénti nyitófeszültség értékeket, másik, a gép belsejében

alakuló hőmérsékleti adatokat tartalmazó fájlokat képes önállóan feldolgozni és


52

beilleszteni az adatbázisba. Ezek külön grafikus felülettel nem rendelkeznek, így

parancssorból indítandóak.

5.2. A grafikonrajzoló és jelentéskészítő modul bemutatása

Az előzőekben bemutatott módszer alapján 14 valódi, a kísérletekből származó

adatokat tartalmazó jegyzőkönyvet vittem be az adatbázisba, hogy segítségükkel

demonstrálni tudjam a Grafikonrajzoló és jelentés készítő modul képességeit. Miután

elindítottuk a programot, a következő ablak fogad bennünket:

18. ábra: a grafikon és jelentéskészítő modul főablaka

A főablakot látjuk, alul a grafikon rajzterülete helyezkedik el, a felső panelen

pedig a vezérlőgombok, illetve egyéb beállítási célokra szolgáló jelölőnégyzetek,

szövegmezők találhatóak. Ezek szerepét a bemutató későbbi lépései során

ismertetem.

Ahhoz hogy rávegyük a programot valamilyen adat ábrázolására, először

adatforrásokat kell hozzáadnunk a grafikonhoz. Hogy ezt megtegyük, nyomjuk meg

a „Beállítások” gombot; ismerős felépítésű, fülekkel elérhető paneleket tartalmazó

ablak fogad minket. Itt kattintsunk át a „Sor nyitófeszültségek” fülre.

* Megjegyzés: a „sor nyitófeszültsége” fül a mi esetünkben igazából az oszlopok nyitófeszültségét

jelenti; mivel a szakirodalom inkább a sor kifejezést volt használatos, jobbnak láttam így elkészíteni a


53

19. ábra: LED modulok, mint adatforrások kiválasztása

Mint látjuk, a gépben található minden egyes LED pozíciót egy annak megfelelő

jelölőnégyzet szimbolizál. Ezek bekapcsolásával adhatunk hozzá egy adott LED-

modult az ábrázoláshoz, mint adatforrást. Választhatunk egyetlen konkrét pozícióban

található LED-et, vagy több LED tetszőleges kombinációját is. A panel alján

található kék jelölőnégyzetek segítségével egy egész oszlop ábrázolását

kapcsolhatjuk be/ki. Ez nagyon kényelmessé teszi az adatforrások kiválogatását, ha

mondjuk több oszlopnyi LED-modult akarunk egymással összehasonlítani. Miután

ezek közül valamelyiket bekapcsoltuk, az adott oszlopon belül bármelyik

jelölőnégyzet értékét kézileg negálhatjuk. Ha pedig egy adott oszlop „kék

kapcsolóját” kikapcsoljuk, akkor minden egyes modul jelölőnégyzete kikapcsolt

állapotba kerül.

szoftver szövegezését. Elég, ha megjegyezzük, hogy esetünkben 16 oszlop és oszloponként 6 db LED

modul helyezkedik el, így egyértelmű marad, hogy mikor mire hivatkozunk.


54

Jelöljük ki pl. az 5. oszlopot, és nézzük meg a grafikonon! Ehhez egyszerűen

csak kapcsoljuk be a neki megfelelő kék kapcsolót, majd lépjünk át a „Sor

nyitófeszültségek” fülre. Ekkor a következő ábrán látható panel tárul elénk.

20. ábra: Sor nyitófeszültségek ablak

Itt pedig az „Alkalmaz” gomb lenyomásával visszatérhetünk a főablakhoz. Most

már nincs más dolgunk, csak újrarajzoltatni a grafikont a „Grafikon frissítése

gombbal”. Miután ez megtörtént, az alábbi ábrán látható eredményt kapjuk.


55

21. ábra: az 5. oszlop LED moduljainak fényerősség grafikonja

Ahogy az látható, meg is jelentek az 5. oszlop egyes LED moduljainak fényáram

értékei. Itt most az abszolút ábrázolási módot láthatjuk (a konkrét valós

számértékeket megjelenítve). A grafikon alján található a jelmagyarázat. Itt láthatjuk,

hogy a kirajzolt pontok melyik LED modulhoz tartoznak. A nyíl után pedig a modul

leírását olvashatjuk. Formátuma: „típus/gyártó/meghajtó áram nagysága”.

Váltsunk át relatív ábrázolásmódra, hogy százalékértékekben jelenjen meg a

fényáram változás! Ezt két módon tudjuk megtenni. Visszalépünk a beállítások

ablakba, és a „Statisztika & relatív ábrázolás” fület kiválasztva, a megjelenő panelen

bekapcsoljuk az „Áttérés relatív százalékos skálán való ábrázolásra” jelölőnégyzetet.

Vagy használhatjuk a gyors eszköztárat. Ez a főoldal tetején található gombok

melletti komponenseket jelenti:

22. ábra: A gyors eszköztár

A „PDF Riport generálása” gomb megnyomásakor egy fájlkiválasztó

párbeszédpanelen megadhatunk egy fájlt. Ezen a néven fog elkészülni az

automatikusan generált jelentésünk az éppen megjelenített grafikonon

szereplő adatokról (maga a grafikon is exportálásra kerül a PDF fájlba);


56

A relatív jelölőnégyzettel kényelmesen átválthatunk százalékos

megjelenítésre, illetve onnan vissza abszolút ábrázolásra.

A harmadik gyorseszköz arra szolgál, hogy egy megadott intervallum az

ordinátatengelyen mindenképpen megjelenítésre kerüljön. Itt tudjuk kézileg

kijelölni az α és Ω mezőben megadott értékekkel az intervallum kezdő és vég

pontjait. A jelölőnégyzet bekapcsolásával tudjuk a funkciót aktiválni.

(Figyelem! Ha olyan intervallumot adunk meg, amin kívül is vannak értékek,

akkor a grafikon automatikusan úgy fog skálázódni, hogy minden - a

grafikonon szereplő - érték látszódjék.)

Kapcsoljuk be a „relatív” jelölőnégyzetet és frissítsük a grafikont. A

következőt kapjuk:

23. ábra: az 5. oszlop LED moduljainak relatív fényerősség grafikonja

Mint láthatjuk, minden LED modul fényárama tényleg 100%-tól indul, így sokkal

szemléletesebben tudjuk az egyes modulok értékeinek változását egymással

összehasonlítani. Most próbáljuk ki a statisztikai modul szolgáltatásait is. Ehhez nem

kell mást tennünk, kattintsunk a Beállítások ablak „Statisztika & relatív ábrázolás”

fülére, majd kapcsoljuk be a statisztikai modult. Ekkor elérhetővé válik a következő

terület:


57

24. ábra: Statisztika & relatív ábrázolás panel

Ahhoz hogy megnézhessük az átlag és a standard szórás értékeit, célszerűbb

kevesebb LED modul adatforrást kiválasztani, hogy áttekinthetőbb legyen a grafikon.

A következő ábrához 4 db különálló LED-et választottam csak ki. Nézzük az

eredményt:

25. ábra: fényerősség grafikon az átlag és a standard szórás értékek

bekapcsolásával


58

A 25. ábrán már szerepelnek az átlag és szórás értékek is. Azonban, hogy ezeket

alaposabban szemügyre vehessük, meg kell ismerkednünk a nagyítás/kicsinyítés

funkcióval, mely segítségével ki tudunk részletezni egy adott intervallumot. Ezt az

egér segítségével tudjuk megtenni, ilyenkor értelemszerűen csak ez az intervallum

fog látszani a grafikonon. Tegyünk egy próbát, nagyítsuk ki a 846 órában mért 6.

oszlop 3. pozícióban lévő LED modul fényáram értékeit az egér bal gombját

lenyomva, fentről-lefelé balról-jobbra kijelölve a kérdéses területet. (Az eredeti

grafikonhoz a lentről-felfelé jobbról-balra történő kattintással juthatunk vissza).

Szükség esetén nagyítsunk többször, amíg a 25. ábrához hasonlót nem látunk.

Látható, hogy az adott LED modul 5 mérési iterációjából származó kék pontokkal

jelölt értékei mellett további 3 különböző jelölés is megjelent. Ezek közül egyik az

átlag, mely itt most szürke háromszöggel van jelölve. A másik kettő pedig a standard

szórás (kék háromszög, piros négyzet). Lehetőség van csak az átlag érték

megjelenítésére is, ha az eredeti értéket megjelenítését a „Statisztika és relatív

ábrázolás” fülön kikapcsoljuk. Az egyes szimbólumokat, melyeket az ábrákon

láthatunk, automatikusan generálja, majd adja hozzá a grafikonhoz az objektum. Ha

egy adott pont fölé visszük az egeret, akkor automatikusan megjelenik, hogy az

melyik adatforráshoz tartozik és mik a pontos koordinátái. Jobb kattintás esetén a

menüben további beépített (JFreeChart-os) funkciók is elérhetőek, többek között a

grafikon képfájlba mentése.

26. ábra: a fényerősség grafikonon szereplő átlag és standard szórás értékei


59

Természetesen nem csak fényáram értékeket tud a program megjeleníteni, hanem a

jegyzőkönyv lapokról bevitt oszlop nyitófeszültségeket, illetve az adott LED

modulok egyenkénti nyitófeszültség értékeit is. Ehhez annyit kell tennünk, hogy a

„Beállítások” ablak „Sor nyitófeszültségek” fülére kattintva bejelöljük az „Y érték

ábrázolás helyett nyitófeszültség diagram módba kapcsolok” rádiógombot. Ennek

hatására megváltozik a grafikon címsora, és szerkeszthetővé válik az oszlopokra és

világítódiódákra lebontott nyitófeszültségek adatforrások kiválasztására szolgáló

panel is. Az egyes LED-ekre vonatkozó nyitófeszültség ábrázoláshoz lépjünk át a

„LED nyitófeszültségek fülre”. Természetesen, a teljes oszlopon mért és a diódák

nyitófeszültségei együtt is ábrázolhatóak, hiszen egyazon értelmezési tartományon

vesznek fel értékeket. Nézzünk meg példaként 6 tetszőlegesen kiválasztott

világítódióda nyitófeszültség értékét. Ehhez jelöljük ki őket, alkalmazzuk a

beállításokat, majd frissítsük a grafikont. Mint látható, az egyes LED-ek mindhárom

hőmérsékleten mért nyitófeszültsége ábrázolásra kerül, a jelmagyarázatban

feltüntetve, az adott grafikonpont esetében melyik LED nyitófeszültség értéket

melyik hőmérsékleten mértük. Megemlíteném, ezeket az értékeket egyébként - a már

korábban említett beolvasó segédmodulom - segítségével vittem be a mérőműszer

által generált fájlból.

27. ábra: nyitófeszültség érték grafikon 6 tetszőlegesen választott LED modulra


60

Hasznos segítség lehet még az idő alapján megjelenítendő grafikonpontok szűrése.

Ezt a funkciót az „Időintervallum-filter beállítása” fül alatti panelen lehet aktiválni.

28. ábra: az időintervallum szűrő beállítás ablaka

Két időbélyeget megadva, csak ebbe az időintervallumba eső értékek kerülnek

megjelenítésre. Ez akkor lehet célravezető, ha nem óraértékek alapján akarjuk egy

adott adatforrás értéksorát vizsgálni, hanem konkrétan, csak két abszolút időpont

közötti változására vagyunk kíváncsiak.

Következik az utolsó főfunkció bemutatása. Amikor egy grafikont

létrehoztunk, lehetőségünk van automatikus jelentést generálni róla. Nyomjuk meg a

„PDF Riport Generálása” gombot, majd adjunk meg egy fájlnevet, végül mentsük a

dokumentumot. A 29. ábrán lévő grafikonból (8. oszlop LED moduljainak fényáram

változása) fogjuk a PDF fájlt generáltatni.


61

29. ábra: a 8. oszlop fényáram változása, melyből jelentést fogunk készíteni

A következő ábrákon látható PDF fájltartalmat állítja elő a program.

Természetesen, ha az átlagot, illetve a standard szórást is bekapcsoljuk a grafikonon,

akkor azok értékei is megjelennek a PDF dokumentum lapjain, táblázatos formában.

A 30.-31.-32.-33. ábra az automatikusan generált jelentés tartalmát mutatja be. A

„PDF Riport Generálása” gomb megnyomásakor a fájlnév megadása után a program

meghívja a megfelelő iText tagfüggvényeket, mellyel létrehozza a PDF fájlt és

feltölti a táblázatokkal, majd a grafikonképpel.

A 31.-31. ábra mutatja a táblázatos formátumban kimentett fotoáram

értékeket. Annak függvényében, hogy mi van a grafikonon megjelenítve,

hozzáadódnak az átlagok és a standard szórási értékek adatai is a fájl tartalmához.

A 32. ábrán magát, az exportált grafikont láthatjuk.

A 33. ábrán pedig annak jelmagyarázatát.

Jelenleg ez a szolgáltatás még erőteljes fejlesztés alatt áll, ki szeretném

terjeszteni funkcionalitását a nyitófeszültség grafikonokkal való együttműködésre is.

Illetve megoldást kell még találnom az oldalakon időnként fellépő tartalom

elrendezési problémákra.


62

30.-31.-32.-33. ábra


63

6. Összefoglaló

A témakiírásnak megfelelően létrehoztam egy olyan szoftvert, amely képes

teljesíteni az elvárt feladatokat, ezen kívül egyéb plusz szolgáltatásokkal is

kiegészítettem az alapfunkciókat.

Bízom benne, hogy hasznos segítséget nyújthat olyan szakemberek számára,

akik LED modulok közép és hosszú távú stabilitását vizsgálják tesztmérésekkel, és

ennek keretében rendszeresen dolgoznak fényáram és nyitófeszültség értékekkel.

Célom az volt, hogy a rendszeres mérések során keletkező, nagyobb mennyiségű

adat kézi feldolgozásából fakadó monotonitásától megkíméljem őket, egyúttal az

automatizálás hatására a hibalehetőségek száma is csökkenjen. Törekedtem arra,

hogy az információk szabványos adatbázisban kerüljenek eltárolásra, hogy így

könnyen kezelhetővé és megoszthatóvá váljanak mások számára is.

A Virtuális környezetek és Fénytan Laboratóriumban jelenleg zajló KÖZLED

projekt[14] keretében végzett kísérlet fényáram változás eredményeit már ezzel a

programmal is megtekinthetik az érdeklődők.

Ugyanakkor fontosnak tartom megemlíteni, hogy a szoftver felépítése során

úgy próbáltam eljárni, hogy hasonló mérési feladatokból keletkezett adatok

feldolgozására is képessé válhasson, ha valaki ehhez igazítja a beolvasó modul

adatfeldolgozó metódusát, illetve a megjelenítő modul grafikonkonstruálási részét. A

lehetőség adott, hogy például a jövőben, a program jelenlegi állapotát kibővítve

képessé válhasson a színképváltozás mérések adatainak beolvasására, feldolgozására,

azok grafikus prezentálására. Ennek lépései meglehetősen hasonlítanak az aktuális

probléma megoldásához, bár meg kell jegyeznem, hogy ebben az esetben más típusú

ábrázolási módszert és eltérő típusú grafikont kellene kialakítani. Természetesen nem

csak a világítástechnika területén kerülhet felhasználásra.

Ajánlom tanulmányozás céljából mindazok számára, akik valamilyen hasonló

problémát szeretnének automatizálni.


64

Irodalomjegyzék

[1] IES-LM-79-08 – Electrical and Photometric Measurements of Solid-State

Lighting Products

[2] Narendran, N., Y. Gu, L. Jayasinghe, J.P. Freyssinier, and Y. Zhu. 2007.

Long-term performance of white

LEDs and systems. Proceeding of First International Conference on White

LEDs and Solid State

Lighting, Tokyo, Japan, November 26-30, 2007, P174–P179.

[3] PHOTOMETRIC AND COLORIMETRIC STABILITY OF LEDS

Csuti P1, Kránicz B1, Krüger U2, Schanda J1, Schmidt F2

1. University of Pannonia, Hungary; 2. TechnoTeam Bildverarbeitung

GmbH, Germany

[4] IES-LM-80-08 - Approved Method: Measuring Lumen Maintenance of LED

Light Sources

[5] Google Spreadsheet dokumentum (a mellékletben megtalálható)

[6] http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/downloads/index.html

[7] http://www.mysql.com/downloads/connector/j/

[8] http://dev.mysql.com/downloads/mysql/

[9] http://www.phpmyadmin.net/home_page/index.php

[10] http://projects.apache.org/projects/http_server.html

[11] http://www.apachefriends.org/en/xampp-windows.html (letöltés dátuma

2010. december 6.) XAMPP for Windows

[12] http://www.jfree.org/jfreechart/ (letöltés dátuma 2010. december 6.)

[13] http://itextpdf.com/itext.php (letöltés dátuma 2010. december 6.)

[14] KOZLED Projekt -

http://www.eet.bme.hu/new/index.php?option=com_content&task=view&id=

266&Itemid=252 (letöltés dátuma 2010. december 6.) Célkitűzés:

Energiatakarékos közvilágítási LED-es lámpatestcsalád fejlesztése


65

Mellékletek

A szakdolgozatom során felhasznált dokumentumok, képek, forráskódok,

szoftverek mind megtalálhatóak a CD mellékleten.

A CD tartalma a Főkönyvtár: Szakdolgozat_Hollosy_Adam_2010 könyvtárban

található. Az ebben szereplő alkönyvtárak és ezek tartalma:

Szakdolgozat: A szakdolgozatot doc és pdf formátumban tartalmazó

könyvtár.

Dokumentumok: Az irodalomjegyzékben hivatkozott, fájl formátumban

rendelkezésre álló dokumentumok.

Programok: A szoftver fejlesztése során felhasznált szoftverkomponensek.

XAMPP telepítő csomag, JFreeChart grafikonkezelő

függvénykönyvtár, iText PDF-fájlkezelő függvénykönyvtár.

Forraskodok: A szoftver minden komponensének forráskódja.

Egyeb_fajlok: Példa fájlok. LED-kiosztási profilok (*.led), jegyzőkönyvek

(*.txt), az adatbázis eredeti üres szerkezetét tartalmazó

database.sql, a példaként mellékelt, jegyzőkönyvekkel

feltöltött adatbázis sample.sql. Google Spreadsheet fájl. Egyéb

fájlok.

Kepek: A szakdolgozat folyamán felhasznált összes képfájl eredeti

méretben (*.png). Ezen kívül a Tovabbi_kepek alkönyvtárban

olyan képeket találhatunk, melyek a szoftver további funkcióit

hivatottak bemutatni, de a dolgozatban terjedelmi korlátokra

való tekintettel nem szerepeltek.

Documents

Hollósy Ádám - hollosy.huhollosy.hu/public/szakdolgozat/SZAKDOLGOZAT.pdf · Modern világító diódák (LED-ek) összehasonlító vizsgálata 4 NYILATKOZAT Alulírott Hollósy