DDS技術的電磁閥檢測平臺的設計

引言

隨著信息交換技術的飛速發展，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出版的弊端越來越明顯；另一方面，由于計算機時代的到來，電子顯示設備的使用范圍越來越廣泛。雖然它們較傳統紙張具有可重復擦除，環保等優點，但它們易使人產生視覺疲勞，需持續供電，并沒有顯著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點，是一種類紙的柔性電子顯示設備。但是，電子紙刷新速度和顯示質量不及其它電子顯示設備，這方面也成為了研究的熱點。

國內關于電子紙的研究起步較晚，且目前主要集中在顯示技術的研究方面，對電子紙屏幕的測試研究得比較少，對其測試現在沒有系統的方法，沒有成型的測試標準。而驅動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基于PC 的電子紙屏幕測試系統，動態配置屏幕驅動控制參數，對屏幕顯示效果進行調節，達到測試的目的。

電子紙屏幕種類眾多，本文研究的電子紙為有源矩陣驅動的電泳電子紙。

1 電泳粒子運動模型

關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模型進行進一步的討論，得出極板間電壓和通電時間對屏幕顯示的重要影響，進而得出屏幕驅動控制參數。

根據Kubelka- Munk 顏色理論，光在均勻媒介內擴散，物體通過反射光譜決定其顯示的顏色，光在上下兩個方向被散射和吸收。電泳粒子的理論顯示模型為：有色電泳粒子在電場中運動，通過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速度有一定關系，當物體速度不太大時，黏滯阻力滿足：

f=kv

其中，f 代表黏滯阻力，v 代表粒子的瞬時速度，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，重力和浮力都已經確定，主要是電場力和黏滯阻力影響粒子的速度，進而影響粒子移動的位移。

由于f 總與粒子的運動方向相反，隨著粒子運動速度的增大而增大，因而存在一個極限速度vm。

當粒子達到這個速度之后，如果粒子受力不變，則它將做勻速直線運動。下式給出v 與vm 的關系：

由于負指數函數是一個衰減很快的函數，粒子的加速或減速過程比較短暫，因此粒子大部分時間將以vm 做勻速直線運動，vm 與電場力的關系如下式所示：

即vm 與電場力正相關，根據勻速運動時位移、速度和時間的關系可知，通過控制極板間的電壓和通電時間，對電子紙屏幕顯示的影響近似線性。

2 電子紙屏幕驅動控制參數

前一小節已經討論了電泳粒子勻速直線運動的近似模型，通過改變極板間電壓和通電時間可以影響電子紙的顯示效果。有源矩陣驅動方式電子紙，可以控制屏幕上每個像素的顯示，因此屏幕測試參數應該可以針對屏幕上的每個像素點。由于屏幕的刷新是一個由當前圖案變化到希望顯示圖案的動態過程，對于每個像素，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。根據電子紙驅動控制方式，得到屏幕驅動控制參數為：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）。

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

的含義是：在第n 幀時，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。

前面已經介紹過，加在極板上的電壓只能是幾個離散的值。實際上硬件只產生一種電壓，設為V,加上符號以后，共有三種電壓值+V,- V 和0,可以用二進制位00 代表0,01 代表+V,10 代表- V,因此可以用兩個二進制位來表示WF 矩陣中的一個值。另外可以將矩陣壓縮到原來大小的1/4,其中每一個字節表示4 個電壓值，這可以縮短數據傳輸過程的時間。

（2）VCOM 矩陣（控制上極板的參數）。

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

當某幀含有停止位時，該幀為停止幀，此時，屏幕將不再繼續刷新。由于兩個二進制位可以表示4 個字，可以用11 表示停止位。因此也可以用兩個二進制位代表一個VCOM 中的值，也可以將矩陣壓縮至原來的1/4,以減少數據傳輸量。

通過上下極板的控制矩陣便可得到極板間的電壓，其關系為：

圖1 為它們之間的關系，由圖可知，極板間的電壓將會有+2V,+V,0,- V,- 2V五個值。

（3）測試圖像數據。

首先，為了通過配置WF 矩陣和VCOM 矩陣來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。