DDS技术的电磁阀检测平台的设计

引言

随着信息交换技术的飞速发展，人们需要掌握的信息激增。一方面，传统的以纸张为媒介的图书出版的弊端越来越明显；另一方面，由于计算机时代的到来，电子显示设备的使用范围越来越广泛。虽然它们较传统纸张具有可重复擦除，环保等优点，但它们易使人产生视觉疲劳，需持续供电，并没有显着地改变人们的阅读习惯。电子纸兼顾了纸张和其它电子显示器的优点，是一种类纸的柔性电子显示设备。但是，电子纸刷新速度和显示质量不及其它电子显示设备，这方面也成为了研究的热点。

国内关于电子纸的研究起步较晚，且目前主要集中在显示技术的研究方面，对电子纸屏幕的测试研究得比较少，对其测试现在没有系统的方法，没有成型的测试标准。而驱动方式对电子纸屏幕的显示效果影响很大，由此，本文的主要研究工作是设计一个基于PC 的电子纸屏幕测试系统，动态配置屏幕驱动控制参数，对屏幕显示效果进行调节，达到测试的目的。

电子纸屏幕种类众多，本文研究的电子纸为有源矩阵驱动的电泳电子纸。

1 电泳粒子运动模型

关于电泳粒子的显示原理和有源矩阵的显示控制可在文献[5]中找到，本文主要对电泳粒子的运动模型进行进一步的讨论，得出极板间电压和通电时间对屏幕显示的重要影响，进而得出屏幕驱动控制参数。

根据Kubelka- Munk 颜色理论，光在均匀媒介内扩散，物体通过反射光谱决定其显示的颜色，光在上下两个方向被散射和吸收。电泳粒子的理论显示模型为：有色电泳粒子在电场中运动，通过粒子与极板的距离达到显示效果。由于电泳粒子被电泳液包围，所以粒子除了受到电场力作用外，还受到液体黏滞阻力的影响。黏滞阻力与粒子的瞬时速度有一定关系，当物体速度不太大时，黏滞阻力满足：

f=kv

其中，f 代表黏滞阻力，v 代表粒子的瞬时速度，k 为系数，根据STokes 定律，其符合：

k=6πrη

其中，r 为电泳粒子的半径，η 为电泳液的黏度。再考虑到粒子的重力和在液体中受到的浮力，根据牛顿第二定律，最终的运动模型为：

其中，q 代表粒子所带电荷，E 代表极板间电压，F' 为粒子受到的浮力，mg 为粒子重力。对于特定的粒子，重力和浮力都已经确定，主要是电场力和黏滞阻力影响粒子的速度，进而影响粒子移动的位移。

由于f 总与粒子的运动方向相反，随着粒子运动速度的增大而增大，因而存在一个极限速度vm。

当粒子达到这个速度之后，如果粒子受力不变，则它将做匀速直线运动。下式给出v 与vm 的关系：

由于负指数函数是一个衰减很快的函数，粒子的加速或减速过程比较短暂，因此粒子大部分时间将以vm 做匀速直线运动，vm 与电场力的关系如下式所示：

即vm 与电场力正相关，根据匀速运动时位移、速度和时间的关系可知，通过控制极板间的电压和通电时间，对电子纸屏幕显示的影响近似线性。

2 电子纸屏幕驱动控制参数

前一小节已经讨论了电泳粒子匀速直线运动的近似模型，通过改变极板间电压和通电时间可以影响电子纸的显示效果。有源矩阵驱动方式电子纸，可以控制屏幕上每个像素的显示，因此屏幕测试参数应该可以针对屏幕上的每个像素点。由于屏幕的刷新是一个由当前图案变化到希望显示图案的动态过程，对于每个像素，测试参数应给出由当前图案上的像素值变化到希望显示图案上的像素值极板间的电压和通电时间的变化。对于那些当前图案上的像素值与希望显示图案上的像素值都相同的像素，其变化规律是一样的，可统一处理。根据电子纸驱动控制方式，得到屏幕驱动控制参数为：下极板控制矩阵、上极板控制矩阵、测试图像数据。

（1）waveform（WF）矩阵（控制下极板的参数）。

由电子纸驱动方式，下级板可精确地控制到每个像素，因此，下极板控制矩阵主要负责每个像素上粒子的移动。由于实验中的电子纸可以显示16 阶灰度图像，即共有16 个不同的像素值。又因为通电时间需要用离散的值来代表，假设在时间T 内一定可以完成屏幕的刷新，则将T 分成N 段，每段时间为T/N,将其中的每段称为一帧。因此WF 矩阵的大小为N*16*16,其中对于WF 矩阵的每一个值WF[n][i][j]

的含义是：在第n 帧时，屏幕上像素值为i 的粒子要变成像素值为j 的粒子，在下极板所要加的电压值。

前面已经介绍过，加在极板上的电压只能是几个离散的值。实际上硬件只产生一种电压，设为V,加上符号以后，共有三种电压值+V,- V 和0,可以用二进制位00 代表0,01 代表+V,10 代表- V,因此可以用两个二进制位来表示WF 矩阵中的一个值。另外可以将矩阵压缩到原来大小的1/4,其中每一个字节表示4 个电压值，这可以缩短数据传输过程的时间。

（2）VCOM 矩阵（控制上极板的参数）。

由于上极板并不能提供每个像素点的精确控制，整个极板在同一帧时是等电势的，因此VCOM矩阵大小为N*1*1.其中N 的含义和VCOM 的含义与WF 矩阵中含义类似，即VCOM 的每个值代表在该帧要加在上级板上的电压值。与waveform 不同的是，VCOM 矩阵中还有一个停止位，其含义为：

当某帧含有停止位时，该帧为停止帧，此时，屏幕将不再继续刷新。由于两个二进制位可以表示4 个字，可以用11 表示停止位。因此也可以用两个二进制位代表一个VCOM 中的值，也可以将矩阵压缩至原来的1/4,以减少数据传输量。

通过上下极板的控制矩阵便可得到极板间的电压，其关系为：

图1 为它们之间的关系，由图可知，极板间的电压将会有+2V,+V,0,- V,- 2V五个值。

（3）测试图像数据。

首先，为了通过配置WF 矩阵和VCOM 矩阵来测试屏幕的显示效果，必须让电子纸显示不同的图像，因此需要将不同的图像数据传递给控制器端。其次，由于屏幕刷新只涉及屏幕当前显示的图像和屏幕希望显示的图像，而屏幕当前显示的图像可以保存在控制器端的固定存储中，因此每次传递给硬件的图像数据只需是希望显示图像的数据。再者，由于当前测试的屏幕能显示的最大灰阶为16,因此只需要16 阶灰度图片的图像数据即可。