CN106548717A

CN106548717A - 磁性介质显示系统及方法

Info

Publication number: CN106548717A
Application number: CN201710062547.8A
Authority: CN
Inventors: 刘文超; 刘海龙; 李宣成; 杨天; 史晓彤; 刘政林
Original assignee: Hubei University
Current assignee: Hubei University
Priority date: 2017-01-24
Filing date: 2017-01-24
Publication date: 2017-03-29

Abstract

本发明实施例提供了一种磁性介质显示系统及方法，涉及磁性介质技术领域。所述系统包括依次耦合的逻辑控制模块、驱动模块、磁极矩阵模块；所述系统还包括磁性介质显示装置。所述磁性介质显示装置与所述磁极矩阵模块连接。所述磁性介质显示装置包括腔体，所述腔体内设置有磁性介质。所述磁性介质用于在所述磁性介质显示装置的所述腔体内显示形状。所述磁极矩阵模块用于吸附所述磁性介质。所述逻辑控制模块用于控制所述驱动模块，使所述磁极矩阵模块吸附所述磁性介质，以使所述磁性介质呈现形状。以此实现用电磁控制的方式使得磁性介质显示多种形状。

Description

磁性介质显示系统及方法

技术领域

本发明涉及磁性介质技术领域，具体而言，涉及一种磁性介质显示系统及方法。

背景技术

ZelfKoelman于2015年设计的一款Ferrolic流体时钟。由于其生产工艺复杂和产品极具创意性等原因，该时钟全球限售24个，单价高达8300美元。同时这款磁流体时钟在其实现技术上有一定的局限性，而且创意还未完全拓展，仅仅用于显示数字时钟。该装置控制磁流体的方法是采用机械结构推动磁铁来吸引磁流体成像的。机械结构显示内容固定，不能随意编辑图案。现有技术中机械结构不能满足图形多样化要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁性介质显示系统及方法，以改善上述问题。为了实现上述目的，本发明采取的技术方法如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种磁性介质显示系统，包括依次耦合的逻辑控制模块、驱动模块、磁极矩阵模块；所述系统还包括磁性介质显示装置。所述磁性介质显示装置与所述磁极矩阵模块连接。所述磁性介质显示装置包括腔体，所述腔体内设置有磁性介质。所述磁性介质用于在所述磁性介质显示装置的所述腔体内显示形状。所述磁极矩阵模块用于吸附所述磁性介质。所述逻辑控制模块用于控制所述驱动模块，使所述磁极矩阵模块吸附所述磁性介质，以使所述磁性介质呈现形状。

在本发明较佳的实施例中，上述磁极矩阵模块包括呈8×8点阵排列的电磁铁。

在本发明较佳的实施例中，上述磁极矩阵模块还包括散热模块，所述散热模块与所述电磁铁电连接。

在本发明较佳的实施例中，上述散热模块为导热硅胶或导热金属片。

在本发明较佳的实施例中，上述系统还包括终端，所述终端与所述逻辑控制模块通过网络连接。

在本发明较佳的实施例中，上述驱动模块包括依次耦合的串并转换模块、光耦隔离模块、数据总线接口、硬件显存模块、功率驱动电路，所述串并转换模块与所述逻辑控制模块耦合，所述功率驱动电路与所述磁极矩阵模块耦合。

在本发明较佳的实施例中，上述逻辑控制模块包括硬核系统模块和组合逻辑模块。所述组合逻辑模块分别与所述硬核系统模块、所述驱动模块耦合。

在本发明较佳的实施例中，上述磁性介质为磁流体。

在本发明较佳的实施例中，上述磁流体包括按照重量份数计的1-3份RO(CH2CH2O)、5-10份磁粉、85-95份全氟烃油。

第二方面，本发明实施例提供了一种磁性介质显示方法，应用于上述的系统，所述方法包括：所述逻辑控制模块接收终端发送的显示形状信息的指令，控制所述驱动模块，使所述磁极矩阵模块吸附所述磁性介质，以使所述磁性介质呈现形状。

本发明实施例提供了一种磁性介质显示系统及方法，所述系统包括依次耦合的逻辑控制模块、驱动模块、磁极矩阵模块；所述系统还包括磁性介质显示装置。所述磁性介质显示装置与所述磁极矩阵模块连接。所述磁性介质显示装置包括腔体，所述腔体内设置有磁性介质。所述磁性介质用于在所述磁性介质显示装置的所述腔体内显示形状。所述磁极矩阵模块用于吸附所述磁性介质。所述逻辑控制模块用于控制所述驱动模块，使所述磁极矩阵模块吸附所述磁性介质，以使所述磁性介质呈现形状。以此实现用电磁控制的方式使得磁性介质显示多种形状。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图 1为本发明第一实施例提供的一种磁性介质显示系统的结构框图；

图2为本发明第一实施例提供的磁性介质显示系统的磁性介质显示装置的结构示意图；

图3为本发明第一实施例提供的另一种磁性介质显示系统的结构框图；

图4为本发明第一实施例提供的再一种磁性介质显示系统的结构框图；

图5为本发明第一实施例提供的磁性介质显示系统的逻辑控制模块的结构框图；

图6为本发明第二实施例提供的磁性介质显示方法的流程图；

图7为本发明第二实施例提供的磁性介质显示方法的调用驱动设计的API接口的流程图；

图8为本发明第二实施例提供的磁性介质显示方法的Web界面图；

图9为本发明第二实施例提供的磁流体文字显示的示意图；

图10为本发明第二实施例提供的磁流体图案显示的示意图；

图11为本发明第二实施例提供的磁流体时钟显示的示意图。

图中：100-系统；110-逻辑控制模块；111-硬核系统模块；111a-处理器；111b-串口；111c-内存控制器；111d-SD卡控制器；112-组合逻辑模块；112a-IP逻辑；112b-输入输出口；113-内部总线；114-USB转串口；115-SDRAM；116-SD卡；120-驱动模块；121-串并转换模块；122-光耦隔离模块；123-数据总线接口；124-硬件显存模块；125-功率驱动电路；130-磁极矩阵模块；140-磁性介质显示装置；142-腔体；144-塞子；146-磁性介质。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

第一实施例

请参照图1，本实施例提供一种磁性介质显示系统100，其包括依次耦合的逻辑控制模块110、驱动模块120、磁极矩阵模块130；所述系统100还包括磁性介质显示装置140。所述磁性介质显示装置140与所述磁极矩阵模块130连接。

请参照图2，所述磁性介质显示装置140包括腔体142。所述腔体142呈长方体。在本实施例中，长方体的长为L1，L1可以150mm，长方体的宽为L2，L2可以150mm，长方体的高可以为15mm。所述腔体142的壁厚可以为1mm。所述腔体142的表面透明，透光性好。所述腔体142的第一表面设置有通孔，所述通孔处设置有中空的凸块，所述凸块与所述第一表面之间的距离为L3，L3可以为55mm。所述磁性介质显示装置140还包括塞子144，所述塞子144与所述凸块活动连接。所述塞子144用于堵在所述凸块内，以使封闭所述腔体142。

所述腔体142内设置有磁性介质146。所述磁性介质146用于在所述磁性介质显示装置140的所述腔体142内显示形状。所述磁极矩阵模块130用于吸附所述磁性介质146。所述逻辑控制模块110用于控制所述驱动模块120，使所述磁极矩阵模块130吸附所述磁性介质146，以使所述磁性介质146呈现形状。

作为一种实施方式，所述腔体142可以为陈列瓶。陈列瓶表面干净、材质透光性好。优选地，材质为石英。

所述磁性介质146为磁流体。磁流体是由直径为纳米级(10纳米以下)的磁性固体颗粒、基载液(也叫媒体)以及界面活性剂三者混合而成的一种稳定的胶状液体。在本实施例中，所述磁流体包括按照重量份数计的1-3份RO(CH2CH2O)、5-10份磁粉、85-95份全氟烃油。工业磁流体原液的基载液为酯类，易溶于酒精，不具备在乙醇水(悬载液)中的显示应用条件。本实施例中选用全氟烃油作为基载液，并增厚表面活性剂包埋深度。

具体地，基于以下步骤可以获得磁流体：

将磁粉8g、RO(CH2CH2O)2g、全氟烃油90g的质量百分比重混合，搅拌均匀后，得到黑色流动性的液体；再将黑色流动性的液体密封放置暗处，即获得磁流体。磁流体具有稳定性、流动性以及对磁场的敏感性，而且性能要求都很高。其中，RO(CH2CH2O)为脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO)。根据环氧乙烷(EO)的数量,脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO)可分为AEO3、AEO7、AEO9等类别，各有不同的性质和应用。脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO)可以作为清洗剂、乳化剂，从而广泛应用于合纤、纺织、印染、造纸等过程中；在民用洗涤剂、化纤油剂、纺织、皮革工业、农药、电镀、造纸以及化妆品等行业中均有极为广泛应用。

在本实施例中使用的是AEO-7类别，其结构式可以为RO-(CH2CH2O)n-H，R＝C12-14，用于当做表面活性剂。具体地，基于以下步骤可以获得磁粉：

化学反应方程式(1)为：

Fe²⁺+2Fe³⁺+8OH^-(沉淀剂)＝Fe₃O₄↓+4H₂O(1)

基于化学反应方程式(1)的原理，大致步骤为：在温度65摄氏度下进行反应，用质量比15％氨水碱作为沉淀剂，控制沉淀剂加入速度，使Fe₃O₄缓慢形成沉淀，经干燥洗涤得到纯净的纳米级Fe₃O₄粉末。

具体地，将Fe²⁺(FeCl₂)、Fe³⁺(FeCl₃)的可溶性盐分别配置成0.3mol/l的溶液；按照1Fe²⁺/2Fe³⁺的铁离子的摩尔比例将FeCl₂与FeCl₃的两种溶液混合，分别量取配置好的FeCl₂溶液100ml、FeCl₃溶液200ml搅拌均匀；将混合好的Fe²⁺和Fe³⁺溶液加热到65摄氏度，恒温控制；将50ml沉淀剂(15％质量比的氨水)以每秒1滴的速度缓慢滴入到Fe²⁺和Fe³⁺的混合溶液中；每加入10ml沉淀剂时，则缓慢加入5ml聚乙二醇防止纳米粒子的团聚；沉淀剂添加完毕后，自然冷却到室温；在反应的玻璃底部放置强磁铁，使悬浮的纳米磁粉沉淀在烧杯底部；小心倾倒上层溶液，防止磁粉流出；加入蒸馏水到三分之二烧杯高度，连续洗涤多次，检验洗出溶液的氯离子的浓度到0.001mol/L时停止洗涤操作，将玻璃底部的强磁铁换成磁性较弱的氧化铁磁铁；将底部放有氧化铁磁铁的烧杯放置到真空室里干燥，真空干燥后取出纳米磁粉。由此，获得磁粉。

所述腔体142内还填充有悬载液。悬载液包括按照质量百分比的乙二醇16％、RO(CH2CH2O)4.7％，和纯净水79.3％混合物。具体地，基于以下步骤获得悬载液：

将RO(CH2CH2O)加入水中(70摄氏度)搅拌15分钟完全溶解后，冷却到室温20摄氏度，之后添加挥发性的乙二醇混合，保存在阴凉潮湿的环境中。由此，获得悬载液。

以上制备出的磁流体能够在磁性介质显示装置140的腔体142内的悬载液中稳定存在，满足稳定显示的应用条件。磁流体具有稳定性、流动性以及对磁场的敏感性，而且性能要求都很高，稳定性要求磁流体能在悬载液中不变性的长久存在；流动性要求磁流体在悬载液即显示容器中能够汇聚在一起，且不能粘器皿壁；敏感性要求磁流体对外界磁场的反应快，对磁场的变化做出及时地反应，在磁场变化比较快的情况下，也能够跟上刷新频率。

优选地，所述磁极矩阵模块130包括呈8×8点阵排列的电磁铁。按照固定磁场结构紧密排放，每个电磁铁都能够通过输入电流的方向和大小来表征磁场方向和大小。由于磁流体的成像规则可以类似为磁场线的延伸，磁场发生改变磁流体形状也会发生改变，在相同电流大小不同磁极的磁场中，磁流体分布呈现的图案是有变化的。在经过多次试验后，获得了最佳的电磁铁阵列结构，即呈8×8点阵排列的电磁铁。

为了保证系统100能够长时间的稳定运行，所述磁极矩阵模块130还包括散热模块。所述散热模块与所述电磁铁电连接。由于每个电磁铁的驱动电流比较大，在8×8点阵电磁铁点阵模块中，结构紧凑，每个电磁铁在工作过程中都会有工作热量。可以在电磁铁外围加上散热模块，散热模块用于辅助散热。所述散热模块为导热硅胶或导热金属片。

请参照图3，所述驱动模块120包括依次耦合的串并转换模块121、光耦隔离模块122、数据总线接口123、硬件显存模块124、功率驱动电路125。所述串并转换模块121与所述逻辑控制模块110耦合。所述功率驱动电路125与所述磁极矩阵模块130耦合。

在本实施例中，串并转换模块121包括多个74HC595芯片。74HC595芯片是一个带有锁存功能的8位移位寄存器。它主要通过存储器输出时钟输入RCK、移位寄存器时钟输入SCK、数据线输入SER三根功能线完成数据的移位和锁存，从而实现了将逻辑控制模块110输出的串行数据转换为并行数据的功能。

光耦隔离模块122包括PC-817_4DIP16芯片。具有上下级电路完全隔离的作用，相互不产生影响。可以增加安全性，减小电路干扰，减化电路设计。主要是保证控制信号的传输，并起到控制信号与驱动电路的保护隔离，防止驱动电路的电压脉冲干扰到控制板。。PC-817_4DIP16包括输入端和输出端，输入端与所述串并转换模块121电连接，所述输出端与所述数据总线接口123电连接。当输入端加电信号时，发光器发出光线，照射在受光器上，受光器接受光线后导通，产生光电流从输出端输出，从而实现了"电-光-电"的转换。

数据总线接口123是一个数据转接插槽，用于将通过光耦隔离模块122的数据信息传送给硬件显存模块124。数据总线接口123包括数据转换接口和地址解析模块。数据转换接口分别与所述光耦隔离模块122和地址解析模块电连接。地址解析模块与所述硬件显存模块124电连接。

在本实施例中，地址解析模块为74ls138译码器芯片。数据总线接口123用于将由光耦隔离模块122输出的地址数据经过数据转换接口输入给74ls138译码器，74ls138译码器对输入的地址数据进行译码，输出8个不同的状态，然后对硬件显存模块124进行片选，实现数据处理和地址解析的功能。

硬件显存模块124包括多个74HC573芯片。74HC573芯片是由八个锁存器构成的透明D型锁存器，当使能端(LE)为高时，输出端(Q)将随数据输入端(D)的输入而变。当使能端为低时，输出端将锁存在已建立的数据电平上，这时的输出控制不影响锁存器的内部工作，即原始数据可以保持不变，这种电路可以直接与系统总线接口并驱动总线，而不需要外接口。特别适用于缓冲寄存器，I/O通道，双向总线驱动器和工作寄存器。在本实施例中，硬件显存模块124包括8个74HC573芯片，实现了8×8点阵所需数据的锁存功能。

功率驱动电路125包括ULN2804a芯片。ULN2804a芯片是一个高电压、大电流输出的达林顿管阵列。它由8个NPN达林顿晶体管组成，拥有连续驱动负载的额定电流为500mA，最大驱动电压可为50V。它非常适合应用在底层逻辑电路和多个外围功率负载之间的接口，典型的负载包括电磁继电器、电磁阀、螺线管、磁打印锤或其他类似的负载等。

ULN2804a芯片内部的每一组达林顿管的基极都串联一个2.7K电阻，在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据，该电路为反向输出型，即输入低电平电压，输出端才能导通工作。其中复合管ULN2804a内部的公共端COM10可作为保护接口，当COM10接电源正极，可减小电压冲击，从而减少了电磁线圈的两端口的并联电容(1000pf/1kv)；当公共端COM10接地时，同样可以起到保护电磁线圈的作用。

所述驱动模块120还包括电源模块。电源模块是驱动模块120的供电枢纽。通过电源模块可以实现给整个驱动模块120进行稳定供电。为了满足本系统100的供电要求，本系统100需要提供两路电源电压，一路是采用MORNSUN公司的1000VDC隔离非稳压单输出系列DC-DC模块，专门针对布板空间狭小且输入电压变化范围大、输入输出必须隔离的电源电路等应用场合而设计。另一路选用了以LM2596为核心搭建的电路模块，实现了电路所需要的工作电压。

LM2576系列是由美国国家半导体公司生产的输出电流可达3A的降压开关型集成稳压电路，它内部包含固定频率52kHz的振荡器、1.23V的基准稳压电路、热关断电路、电流限制电路、放大器、比较器及内部稳压电路等，利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路。该电路可提供包括3.3V(-3.3V)、5V(-5.0V)、12V(-12V)、15V(-15V)及可调(-ADJ)等多个档次的电压，若电压有偏差，则可用放大器控制内部振荡器的输出占空比，从而使输出电压保持稳定。

请参照图4，所述逻辑控制模块110包括硬核系统模块111和组合逻辑模块112。所述组合逻辑模块112分别与所述硬核系统模块111、所述串并转换模块121耦合。

本实施例选择了DE1-SOC开发板，其核心模块为Altera的Cyclone V SoC FPGA芯片。在本实施例中，所述逻辑控制模块110为DE1-SOC开发板的FPGA芯片。该芯片内集成了FPGA逻辑和硬核系统(Hard Processor System，HPS)。

请参照图5，所述逻辑控制模块110还可以包括内部总线113。所述硬核系统模块111通过内部总线113与所述组合逻辑模块112耦合，使得所述硬核系统模块111与所述组合逻辑模块112进行交互通讯。进一步地，所述逻辑控制模块110还可以包括USB转串口114、SDRAM115以及SD卡116。所述USB转串口114、SDRAM115以及SD卡116均与所述硬核系统模块111耦合。其中，SDRAM115为板载DDR3SDRAM(Synchronous Dynamic Random AccessMemory)。SD卡116为Secure Digital Memory Card的简称，是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备。

所述硬核系统模块111为硬核系统(Hard Processor System，HPS)。所述硬核系统模块111包括均与内部总线113电连接的处理器111a、串口111b、内存控制器111c以及SD卡控制器111d。其中，所述串口111b与所述USB转串口114电连接。所述内存控制器111c与所述SDRAM115电连接。所述SD卡控制器111d与所述SD卡116电连接。在本实施例中，处理器111a为ARM Cortex-A9双核处理器。串口111b主要用于打印调试信息和输入控制命。在ARMCortex-A9双核处理器上运行Linux操作系统。SDRAM115为所述硬核系统模块111和所述组合逻辑模块112共用内存，便于信息交换。SD卡116通过SD卡控制器111d的控制下，为处理器111a提供uboot、内核和文件系统等。

所述组合逻辑模块112为FPGA逻辑。所述组合逻辑模块112包括IP逻辑112a和输入输出口112b。IP逻辑112a包括FPGA的逻辑块或者数据块。IP逻辑112a从SDRAM115中读取硬核系统模块111缓存的数据，然后进行解码缓存，再经过编解码按照串行数据结构输出至输入输出口112b。硬核系统模块111通过LW_H2P(LightWeight HPS-to-FPGA Bridge)与组合逻辑模块112进行通信，读取数据的地址和数据位宽都是在组合逻辑模块112实现。

所述系统100还可以包括终端，所述终端与所述逻辑控制模块110通过网络连接。所述终端可以包括PC(personal computer)电脑、平板电脑、手机、电子阅读器、笔记本电脑、智能电视、机顶盒、车载终端等用户终端设备或者在用户终端设备上安装的浏览器。在本实施例中，终端为网页或APP。

本实施例提供了一种磁性介质显示系统100，所述系统100包括依次耦合的逻辑控制模块110、驱动模块120、磁极矩阵模块130；所述系统100还包括磁性介质显示装置140。所述磁性介质显示装置140与所述磁极矩阵模块130连接。所述磁性介质显示装置140包括腔体142，所述腔体142内设置有磁性介质146。所述磁性介质146用于在所述磁性介质显示装置140的所述腔体142内显示形状。所述磁极矩阵模块130用于吸附所述磁性介质146。所述逻辑控制模块110用于控制所述驱动模块120，使所述磁极矩阵模块130吸附所述磁性介质146，以使所述磁性介质146呈现形状。以此实现用电磁控制的方式使得磁性介质146显示多种形状。

第二实施例

请参照图6，本实施例提供一种磁性介质显示方法，应用于上述的系统100，所述方法包括：

步骤S200：所述逻辑控制模块接收终端发送的显示形状信息的指令；

在本实施例中，终端可以为网页。用户可以在网页上输入形状信息，比如文字、数字或其他信息。

步骤S210：所述逻辑控制模块控制所述驱动模块，使所述磁极矩阵模块吸附所述磁性介质，以使所述磁性介质呈现形状。

作为一种实施方式，应用于上述的系统100，本实施例在软件架构上采用分层的思想。软件架构包括驱动层、应用程序层和Web操作层。Web操作层用于web页面设计，定义用户交互的界面；应用程序层用于具体的功能设计；硬件编程就是自定义IP层。底层为硬件抽象层，这一层是实际硬件设备的抽象，由底层驱动和自定义IP核协调控制底层硬件设备的详细工作，向上对系统调用提供访问硬件设备的接口。

在Linux嵌入式系统的基础上开发应用程序，应用程序按照常规的设备文件操作步骤、调用Linux操作系统的API进行功能设计。嵌入式驱动开发的分层思想，驱动的上层是系统调用API，驱动的下层是自定义IP核，另外驱动本身也是有分层的应用。驱动硬件的部分也采用分层的思想，译码逻辑固化为FPGA组合逻辑电路，再经过FPGA的输入输出口112b即GPIO输出进行控制磁极矩阵模块130驱动磁流体呈现形状。

采用这种模块化的设计思想，符合新硬件推广的流程，硬件厂商在推出一款新硬件的同时也会推出硬件的驱动程序，用户不需要明白底层的详细设计，只需要明白具体的API功能，就可实现磁性介质显示装置140这款新硬件的应用开发。

在本实施例中，自定义IP核由四部分组成，包括依次耦合的IP核、数据检验解析、分析存储器以及协议串行转换模块。通过IP核将Linux驱动程序的16位地址输入口挂载到内部总线113上，供上层驱动程序写入数据，使硬核系统模块111能够通过地址映射跟组合逻辑模块112进行交互。数据校验解析模块是对输入数据按照自定义协议进行校验解析，增加数据传输的可靠性。分析存储器的本质是将数据按照地址储存到一个双口8×8RAM中，为协议串行转换模块提供数据输入。协议串行转换模块就是将8×8的RAM数据按照给定频率串行输出至输入输出口112b，并提供帧数据完结信号和辅助时序信号。

在本实施例中，驱动部分需要完成一下三个主要功能，一是硬件初始化，对磁性介质显示装置140的加电自检、逻辑刷新以及一些基本电路的初始化工作；二是读取组合逻辑模块112中正在输出时序的字符；三是硬件关闭，对基本数据和执行状态的保存，以便设备使用时出现问题可以现场恢复。

磁性介质显示装置140驱动设计的对应具体API接口为：

(1)open，打开设备文件节点；

(2)write，向设备文件中写入数据；

(3)read，从设备文件中读出数据；

(4)close，关闭操作的设备文件。

磁性介质显示装置140驱动设计的难点主要包括两点，一为与自定义IP核的协同设计，这样可以降低ARM端的CPU使用率，将ARM的控制功能和FPGA并行处理数据的能力结合在一起，体现一种嵌入式驱动异构开发的思想，这种方法能够加强硬件的执行效率，同时也能降低驱动开发的难度；二为在驱动中利用信号量机制解决磁性介质显示装置140的并发访问，在底层驱动中增加特定的业务逻辑，可以大大减小应用层软件开发的难度。

逻辑控制部分主要通过调用驱动设计的API接口，实现具体的使用功能，软件开发的功能实现是基于Linux操作系统的，基本流程符合Linux系统文件IO操作的思想，带属性的打开文件，往IO文件中写入将显示的数据，驱动按照协商好的频率输出，具体步骤如图7所示：

步骤S300：打开驱动设备文件；

步骤S310：设置属性；

步骤S320：设置打开方式；

步骤S330：写入待显示数据；

步骤S340：关闭设备。

在本实施例中，应用程序层用于响应Web层，设计出具体功能。具体地，Web层发来的数据包括命令和数据两个部分。数据解析主要分为两部分，一是按帧解析显示屏数据，经过数据重组之后加上帧地址；二是解析功能命令，功能命令支持扩展。目前支持的功能命令有循环显示字符组和显示指定内容。最后就是按照驱动设备文件的操作步骤S300-步骤S340把数据写入到下层。

在本实施例中，Web操作层的功能设计目标在于利用网络来控制磁性介质显示系统100，给整个系统100按照制定的协议进行网络通信，并且实现了跨平台的通信。在软件层次方面的主要工作分为三块：移植Lighhttpd网页服务器、设计Web页面和制定数据交互协议。

Lighttpd服务器是一套开源的网页服务器，相较其他类似的开源网页服务器，它仅需要少量的内存及CPU资源即可达到同样的性能，同时在支持静态对象时，例如图片文件，Lighttpd响应速度更快、更理想。为后续实现更加复杂的web端控制方式留有余地。移植步骤及配置过程在此就不详细描述，主要步骤包括下载源码、编译、修改配置文件等。数据交互主要通过Linux中的Bash Script来捕捉输入参数值再传给Linux C应用程序，为了加强数据交互的可靠性及规范性，本实施例自定义数据交互协议，增加奇偶校验、隔离码等常用手段。

本实施例涉及到知识范围比较广，模块结构也较多，整个架构囊括了硬件电路设计、可编程逻辑器件设计、双核异构芯片接口设计、Linux驱动设计、Linux C应用程序设计、web页面设计。整体开发模型选用瀑布模型，设计方面严格按照从顶自下设计，在测试方面也是遵循瀑布模型思路，从单元测试、集成测试、再到系统测试。

本发明实施例中涉及到的软件部分主要包括：FPGA硬件编程、Linux驱动编程、Linux C编程及Web页面设计。整体的编程都是以需求为导向，模块输出结果为标尺。现阶段各模块的软件测试都是黑盒测试，以输入输出是否达标为检测标准，对整体软件架构的可行性做实践测试，程序健壮性和安全性暂不作为主要测试目标。在软件功能测试的过程中，设计难度较大的主要为bash/html页面设计和Linux编程，相应的测试难度也有所增加，再设计过程中不断通过各种定位工具进行过程校验证，其中涉及到的主要有gdb断点定位、Makefile脚本定位、查看/proc和/sys系统接口数据、Strance跟踪等等一些调试工具手段。

请参照图8，在经过测试后的web页面如图8所示。最终效果是通过网页端的设定使屏幕显示出对应的文字或图案。D1表示用于用户可以设定的文字或者图案。用户在D1里面设定了信息如“马”字，再点击D2发送，逻辑控制模块110接收发送的显示形状信息的指令，所示指令中携带有“马”字信息，控制所述驱动模块120，使所述磁极矩阵模块130吸附磁流体，以使磁流体呈现“马”形状，如图9所示，黑色的磁流体呈现出“马”字。

例如，在本实施例中，可以使程序中的贪吃蛇形态同时展示在磁流体屏幕上。如图10所示，使得游戏中的小蛇更具有活力，感觉如同具有生命一样。

此外，该系统100可以显示时钟与图文，并可以通过网页控制校时、模式切换、动画效果等。如图11所示，显示“4:29”。时钟显示模式可以完成震荡显示、流动显示、流动震荡显示、网络校时等功能。图文模式可以实现，流动显示阿拉伯数字，与英文字母组成的语句。重点在于时钟模式下新增的磁流体震荡逻辑，使显示效果得到显著的提升。

WOT(Web of Things)是基于web的物联网。通过在DE1-SoC开发板上移植Lighttpd轻量级服务器，实现了网络的跨平台控制，无需开发不同平台的APP，同时兼容了IOS、Android等一系列移动终端。本发明实施例采用bash/html混合编程和自定义数据通信协议来实现需求，开发效率高，数据交互速度快等特点。以此实现电磁控制的方式使得磁流体呈现多种变化形状。还可以通过网页控制，更方便、简单、高效。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的磁性介质显示方法的具体工作过程，可以参考前述系统实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本实施例提供一种磁性介质显示方法，应用于上述的系统，所述方法包括：所述逻辑控制模块接收终端发送的显示形状信息的指令；所述逻辑控制模块控制所述驱动模块，使所述磁极矩阵模块吸附所述磁性介质，以使所述磁性介质呈现形状。硬件上采用模块化结构，软件上采用分层思想，实现了以此实现电磁控制的方式使得磁性介质如磁流体呈现多种变化形状。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种磁性介质显示系统，其特征在于，包括依次耦合的逻辑控制模块、驱动模块、磁极矩阵模块；所述系统还包括磁性介质显示装置，所述磁性介质显示装置与所述磁极矩阵模块连接，所述磁性介质显示装置包括腔体，所述腔体内设置有磁性介质，所述磁性介质用于在所述磁性介质显示装置的所述腔体内显示形状，所述磁极矩阵模块用于吸附所述磁性介质，所述逻辑控制模块用于控制所述驱动模块，使所述磁极矩阵模块吸附所述磁性介质，以使所述磁性介质呈现形状。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述磁极矩阵模块包括呈8×8点阵排列的电磁铁。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述磁极矩阵模块还包括散热模块，所述散热模块与所述电磁铁电连接。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述散热模块为导热硅胶或导热金属片。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括终端，所述终端与所述逻辑控制模块通过网络连接。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述驱动模块包括依次耦合的串并转换模块、光耦隔离模块、数据总线接口、硬件显存模块、功率驱动电路，所述串并转换模块与所述逻辑控制模块耦合，所述功率驱动电路与所述磁极矩阵模块耦合。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述逻辑控制模块包括硬核系统模块和组合逻辑模块，所述组合逻辑模块分别与所述硬核系统模块、所述驱动模块耦合。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述磁性介质为磁流体。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述磁流体包括按照重量份数计的1-3份RO(CH2CH2O)、5-10份磁粉、85-95份全氟烃油。

10.一种磁性介质显示方法，其特征在于，应用于如权利要求1-9任一项所述的系统，所述方法包括：

所述逻辑控制模块接收终端发送的显示形状信息的指令，控制所述驱动模块，使所述磁极矩阵模块吸附所述磁性介质，以使所述磁性介质呈现形状。