DDS技術(shù)的電磁閥檢測平臺的設計

引言

隨著(zhù)信息交換技術(shù)的飛速發(fā)展，人們需要掌握的信息激增。一方面，傳統的以紙張為媒介的圖書(shū)出版的弊端越來(lái)越明顯；另一方面，由于計算機時(shí)代的到來(lái)，電子顯示設備的使用范圍越來(lái)越廣泛。雖然它們較傳統紙張具有可重復擦除，環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，但它們易使人產(chǎn)生視覺(jué)疲勞，需持續供電，并沒(méi)有顯著(zhù)地改變人們的閱讀習慣。電子紙兼顧了紙張和其它電子顯示器的優(yōu)點(diǎn)，是一種類(lèi)紙的柔性電子顯示設備。但是，電子紙刷新速度和顯示質(zhì)量不及其它電子顯示設備，這方面也成為了研究的熱點(diǎn)。

國內關(guān)于電子紙的研究起步較晚，且目前主要集中在顯示技術(shù)的研究方面，對電子紙屏幕的測試研究得比較少，對其測試現在沒(méi)有系統的方法，沒(méi)有成型的測試標準。而驅動(dòng)方式對電子紙屏幕的顯示效果影響很大，由此，本文的主要研究工作是設計一個(gè)基于PC 的電子紙屏幕測試系統，動(dòng)態(tài)配置屏幕驅動(dòng)控制參數，對屏幕顯示效果進(jìn)行調節，達到測試的目的。

電子紙屏幕種類(lèi)眾多，本文研究的電子紙為有源矩陣驅動(dòng)的電泳電子紙。

1 電泳粒子運動(dòng)模型

關(guān)于電泳粒子的顯示原理和有源矩陣的顯示控制可在文獻[5]中找到，本文主要對電泳粒子的運動(dòng)模型進(jìn)行進(jìn)一步的討論，得出極板間電壓和通電時(shí)間對屏幕顯示的重要影響，進(jìn)而得出屏幕驅動(dòng)控制參數。

根據Kubelka- Munk 顏色理論，光在均勻媒介內擴散，物體通過(guò)反射光譜決定其顯示的顏色，光在上下兩個(gè)方向被散射和吸收。電泳粒子的理論顯示模型為：有色電泳粒子在電場(chǎng)中運動(dòng)，通過(guò)粒子與極板的距離達到顯示效果。由于電泳粒子被電泳液包圍，所以粒子除了受到電場(chǎng)力作用外，還受到液體黏滯阻力的影響。黏滯阻力與粒子的瞬時(shí)速度有一定關(guān)系，當物體速度不太大時(shí)，黏滯阻力滿(mǎn)足：

f=kv

其中，f 代表黏滯阻力，v 代表粒子的瞬時(shí)速度，k 為系數，根據STokes 定律，其符合：

k=6πrη

其中，r 為電泳粒子的半徑，η 為電泳液的黏度。再考慮到粒子的重力和在液體中受到的浮力，根據牛頓第二定律，最終的運動(dòng)模型為：

其中，q 代表粒子所帶電荷，E 代表極板間電壓，F' 為粒子受到的浮力，mg 為粒子重力。對于特定的粒子，重力和浮力都已經(jīng)確定，主要是電場(chǎng)力和黏滯阻力影響粒子的速度，進(jìn)而影響粒子移動(dòng)的位移。

由于f 總與粒子的運動(dòng)方向相反，隨著(zhù)粒子運動(dòng)速度的增大而增大，因而存在一個(gè)極限速度vm。

當粒子達到這個(gè)速度之后，如果粒子受力不變，則它將做勻速直線(xiàn)運動(dòng)。下式給出v 與vm 的關(guān)系：

由于負指數函數是一個(gè)衰減很快的函數，粒子的加速或減速過(guò)程比較短暫，因此粒子大部分時(shí)間將以vm 做勻速直線(xiàn)運動(dòng)，vm 與電場(chǎng)力的關(guān)系如下式所示：

即vm 與電場(chǎng)力正相關(guān)，根據勻速運動(dòng)時(shí)位移、速度和時(shí)間的關(guān)系可知，通過(guò)控制極板間的電壓和通電時(shí)間，對電子紙屏幕顯示的影響近似線(xiàn)性。

2 電子紙屏幕驅動(dòng)控制參數

前一小節已經(jīng)討論了電泳粒子勻速直線(xiàn)運動(dòng)的近似模型，通過(guò)改變極板間電壓和通電時(shí)間可以影響電子紙的顯示效果。有源矩陣驅動(dòng)方式電子紙，可以控制屏幕上每個(gè)像素的顯示，因此屏幕測試參數應該可以針對屏幕上的每個(gè)像素點(diǎn)。由于屏幕的刷新是一個(gè)由當前圖案變化到希望顯示圖案的動(dòng)態(tài)過(guò)程，對于每個(gè)像素，測試參數應給出由當前圖案上的像素值變化到希望顯示圖案上的像素值極板間的電壓和通電時(shí)間的變化。對于那些當前圖案上的像素值與希望顯示圖案上的像素值都相同的像素，其變化規律是一樣的，可統一處理。根據電子紙驅動(dòng)控制方式，得到屏幕驅動(dòng)控制參數為：下極板控制矩陣、上極板控制矩陣、測試圖像數據。

（1）waveform（WF）矩陣（控制下極板的參數）。

由電子紙驅動(dòng)方式，下級板可精確地控制到每個(gè)像素，因此，下極板控制矩陣主要負責每個(gè)像素上粒子的移動(dòng)。由于實(shí)驗中的電子紙可以顯示16 階灰度圖像，即共有16 個(gè)不同的像素值。又因為通電時(shí)間需要用離散的值來(lái)代表，假設在時(shí)間T 內一定可以完成屏幕的刷新，則將T 分成N 段，每段時(shí)間為T(mén)/N,將其中的每段稱(chēng)為一幀。因此WF 矩陣的大小為N*16*16,其中對于WF 矩陣的每一個(gè)值WF[n][i][j]

的含義是：在第n 幀時(shí)，屏幕上像素值為i 的粒子要變成像素值為j 的粒子，在下極板所要加的電壓值。

前面已經(jīng)介紹過(guò)，加在極板上的電壓只能是幾個(gè)離散的值。實(shí)際上硬件只產(chǎn)生一種電壓，設為V,加上符號以后，共有三種電壓值+V,- V 和0,可以用二進(jìn)制位00 代表0,01 代表+V,10 代表- V,因此可以用兩個(gè)二進(jìn)制位來(lái)表示W(wǎng)F 矩陣中的一個(gè)值。另外可以將矩陣壓縮到原來(lái)大小的1/4,其中每一個(gè)字節表示4 個(gè)電壓值，這可以縮短數據傳輸過(guò)程的時(shí)間。

（2）VCOM 矩陣（控制上極板的參數）。

由于上極板并不能提供每個(gè)像素點(diǎn)的精確控制，整個(gè)極板在同一幀時(shí)是等電勢的，因此VCOM矩陣大小為N*1*1.其中N 的含義和VCOM 的含義與WF 矩陣中含義類(lèi)似，即VCOM 的每個(gè)值代表在該幀要加在上級板上的電壓值。與waveform 不同的是，VCOM 矩陣中還有一個(gè)停止位，其含義為：

當某幀含有停止位時(shí)，該幀為停止幀，此時(shí)，屏幕將不再繼續刷新。由于兩個(gè)二進(jìn)制位可以表示4 個(gè)字，可以用11 表示停止位。因此也可以用兩個(gè)二進(jìn)制位代表一個(gè)VCOM 中的值，也可以將矩陣壓縮至原來(lái)的1/4,以減少數據傳輸量。

通過(guò)上下極板的控制矩陣便可得到極板間的電壓，其關(guān)系為：

圖1 為它們之間的關(guān)系，由圖可知，極板間的電壓將會(huì )有+2V,+V,0,- V,- 2V五個(gè)值。

（3）測試圖像數據。

首先，為了通過(guò)配置WF 矩陣和VCOM 矩陣來(lái)測試屏幕的顯示效果，必須讓電子紙顯示不同的圖像，因此需要將不同的圖像數據傳遞給控制器端。其次，由于屏幕刷新只涉及屏幕當前顯示的圖像和屏幕希望顯示的圖像，而屏幕當前顯示的圖像可以保存在控制器端的固定存儲中，因此每次傳遞給硬件的圖像數據只需是希望顯示圖像的數據。再者，由于當前測試的屏幕能顯示的最大灰階為16,因此只需要16 階灰度圖片的圖像數據即可。