一种新型电致变色材料的测试装置的制作方法

本发明涉及功能材料技术领域和嵌入式系统开发领域，尤其是一种新型电致变色材料的测试装置，具体涉及一类由可氧化还原的物质、电解质和pH染料共混组成的电致变色复合材料及基于STM32和FPGA开发的测试装置。材料中的可氧化还原物质能通过自身在测试装置提供的电场作用下的酸性可逆变化，来引起与其接触的pH染料发生结构及光学性质的变化。

背景技术：

LED显示器，是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕，传统的LED显示屏在使用时亮度比较低，长时间的使用颜色的均匀性不好，有色斑，会消耗大量的电能，功耗比较大。

现有技术中，这种新型材料能通过自身在测试装置提供的电场作用下的酸性可逆变化，来引起与其接触的pH染料发生结构及光学性质的变化。以这种材料制作而成的点阵显示屏，通过测试装置对其施加正电压(约1.5v)约5秒钟，即可显色，显示相应字符，且断电后仍能维持相当长一段时间，若施加负电压(约-1v)约10秒钟，即可使其褪色。

在新型材料点阵屏变色过程中，主要基于“电致酸/碱”理论，把酸碱响应材料应用于电致变色器件中，实现了用电刺激取代化学酸/碱刺激。酸碱变色材料具有光学性质优良、种类多样、价格低廉等其它材料不可取代的优越性质，相对于传统的LED和LCD显示器，其显示效果更加稳定，更加节能。

由于该新型材料的显色褪色原理与普通点阵显示屏不同，因此需要设计新型的控制系统，对该材料的性能进行测试。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种新型电致变色材料的测试装置，旨在对新型材料的化学性质进行测试，为以后的产业化及广泛使用奠定基础。

本实用新型是这样实现的，一种新型电致变色材料的测试装置，包括顺次连接的人机对话模块、STM32控制模块、程控电压源模块、开关选择电路模块和新型点阵显示屏模块，其中人机对话模块与控制模块之间为双向连接，还包括FPGA控制模块，FPGA控制模块与STM32控制模块双向连接，与开关选择电路模块单向连接。

进一步地，所述人机对话模块包括液晶显示屏和输入单元，输入单元输入指令传递给所述STM32控制模块，STM32控制模块将处理的信息返回给液晶显示屏显示。

进一步地，所述程控电压源模块由数模转换器DAC0832连接运放LM385构成。

进一步地，所述STM32控制模块与所述FPGA控制模块之间的通信方式为SPI通信。

进一步地，所述开关选择电路模块由ADG442模拟开关构成，包括4个独立的SPST开关。

进一步地，所述新型点阵显示屏模块为ITO线路模板，ITO线路模板上为8×8点阵，在每个点阵点上填充新型电致变色材料制备的电解液。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：能够快速对新材料的致电变色性能进行检测，验证了点阵显示屏制作工艺的可行性与控制技术的可行性，为以后该新型材料的广泛应用实现了基础性研究与应用。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本实用新型作进一步详细的说明：

图1是本发明实施例的总体结构框图；

图2是STM32控制模块与FPGA控制模块的SPI通信原理图；

图3是FPGA控制模块对接收数据的处理流程图；

图4是ADG442模拟开关的功能框图；

图5是点阵部分电路连接图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参考图1，本实施例提供一种新型电致变色材料的测试装置，包括顺次连接的人机对话模块、STM32控制模块、程控电压源模块、开关选择电路模块和新型点阵显示屏模块，其中人机对话模块与控制模块之间为双向连接，还包括FPGA控制模块，FPGA控制模块与STM32控制模块双向连接，与开关选择电路模块单向连接。人机对话模块包括液晶显示屏和输入单元，输入单元输入指令传递给所述STM32控制模块，STM32控制模块将处理的信息返回给液晶显示屏显示。程控电压源模块由数模转换器DAC0832连接运放LM385构成。STM32控制模块与所述FPGA控制模块之间的通信方式为SPI通信。开关选择电路模块由ADG442模拟开关构成，包括4个独立的SPST开关。

STM32控制模块是本测试装置的主控CPU，根据控制时序、数据传输及IO端口容量，选择FPGA控制模块作为辅助控制，新型点阵显示屏模块是本实例的测试对象。

人机对话模块由一个LG12864液晶显示屏和键盘组成，通过键盘扫描形式向STM32控制模块发送指令，经过处理显示在LG12864液晶显示屏上，实现实时信息传输，方便用户操作。LG12864显示屏显示内容包括：测试装置所提供的电压大小、通电时间、需要显示的字符以及显色或褪色功能。LG12864内部不含字库，需要自行取模且左右半屏采用独立控制方式，左半屏像素64*64，右半屏像素64*64，需要对左右半屏分别驱动。

STM32控制模块是整个测试装置的主要控制器，程控电压源模块由数模转换器DAC0832构成，STM32控制模块根据从人机对话模块中的键盘输入获得的电压大小数据，驱动转换器DAC0832输出所需电压。基于新型显示屏在正电压下显色，在负电压下褪色，不施加电压时保持不变且显色褪色电压受环境影响的特性，需要根据输入的电压大小驱动转换器DAC0832在单缓冲方式下输出双极性的电压，DAC0832的8脚接参考电压，参考电压为5V。通过键盘输入给定值，以数模转换器DAC0832将数字量转换成模拟量，输出参考电压，通过运放LM358将DAC0832输出的模拟电压值放大，通过控制两个DAC0832及LM358实现程控电压源双极性输出。

根据输入的通电时间、需要显示的字符和显色或者褪色功能，如图2所示，STM32控制模块通过SPI通信将这些数据传输给FPGA控制模块，从而产生控制信号，控制开关选择电路模块的通断。具体实现方式为：如图3所示，FPGA控制模块从STM32控制模块获得的数据包括：通电时间、需要显示的字符、显色或者褪色功能，在FPGA接收完STM32发出的数据后，通过FPGA的内部时钟进行通电延时，若接收到“显色”信号，则根据需要显色的字符，在通电延时时间内，产生对应“点”接通正电压的控制信号；若接收到“褪色”信号，则根据需要褪色的字符，在通电延时时间内，产生对应“点”接通负电压的控制信号；通电延时时间到了之后，断开开关电路，若既不需要“显色”也不需要“褪色”，则对点阵不施加电压。

开关选择电路模块主要由ADG442模拟开关组成，如图4所示，ADG442包含四个独立的SPST开关，在逻辑高电平时接通，ADG442开关切换时间快，功耗低，漏电流小，导通电阻小。在具体实施例中，每两个独立开关分别连接至一个点阵点和正负电源上，如图5所示，在上述FPGA控制模块的控制信号作用下，若“显色”，则连接正电压的开关闭合，通正电；若“褪色”，则连接负电压的开关闭合，通负电；若既不需要“显色”也不需要“褪色”，则不通电，从而实现对点阵的点亮、褪色或保持。

新型点阵显示屏模块是由这种新型电致变色显示材料制作而成，规格是8*8，由于这种新型点阵显示屏的点亮方式与传统点阵不同，即施加正电压几秒钟显色，施加负电压几秒钟褪色，而传统点阵是通过循环扫描的方式点亮，故需要对这种新型点阵显示屏的64个点单独控制。

下面为新型点阵显示屏模块的具体制作过程：

(1)材料的特性

ITO膜层的主要成分是氧化铟锡。在厚度只有几千埃的情况下，氧化铟透过能力高，氧化锡导电能力强。新型显示屏所用的ITO玻璃正是具有高透过率的导电玻璃。由于ITO具有很强的吸水性，所以会吸收空气中的水份和二氧化碳并产生化学反应而变质，因此在存放时要防潮。ITO层在活性正价离子溶液中易产生离子置换反应，形成其它导电和透过率不佳的反应物质，所以在加工过程中，尽量避免长时间放在活性正价离子溶液中。ITO层由很多细小的晶粒组成，晶粒在加温过程中会裂变变小，从而增加更多晶界，电子突破晶界时会损耗一定的能量，所以ITO导电玻璃的ITO层在600度以下会随着温度的升高，电阻也增大。

(2)ITO玻璃的割取

用玻璃刀割取两块(40×40)ITO玻璃，分别用二氯甲烷，无水乙醇清洗大约15分钟，用氮气将其吹干，以保证其在无水的条件。

(3)新型点阵屏的制作

在计算机上绘制出8×8点阵的线路模板，利用激光打印机在一块ITO玻璃上刻蚀出8×8点阵，在每个点阵点上填充新型电致变色材料电解液，用另一块ITO玻璃密封。