CN109270728A - 基于量子彩光技术的北斗卫星导航高精密智能触摸一体机 - Google Patents
基于量子彩光技术的北斗卫星导航高精密智能触摸一体机 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种基于量子彩光技术的北斗卫星导航高精密智能触摸一体机，包括主板芯片以及与所述主板芯片分别连接的电源模块、硬盘、光驱、显示屏、触摸屏、通讯模块、定位模块；所述显示屏包括显示屏控制单元、蓝光芯片、绿光量子转换器、成像系统，所述显示屏控制单元分别与所述蓝光芯片和绿光量子转换器连接，所述绿光量子转换器与所述成像系统连接，所述绿光量子转换器内侧面设置有红色荧光粉层；所述定位模块包括北斗定位模块和地磁场定位模块。绿光量子转换器与红色荧光粉层结合安装在蓝光芯片上，无需镉，具有巨大的成本优势，其可以实现覆盖100％的DCI色域标准以及80％以上的REC2020标准；北斗定位模块和地磁场定位模块结合，定位更精准。
Description
技术领域
本发明涉及北斗卫星导航智能触摸一体机技术领域，尤其涉及一种基于量子彩光技术的北斗卫星导航高精密智能触摸一体机。
背景技术
随着网络技术、识别技术、微电子技术、编解码技术等技术成熟的发展，以及我国第二代北斗卫星导航产业的迅速崛起，触摸屏在社会各行业应用日益广泛，目前北斗卫星导航一体机触摸屏大多数采用的显示技术皆为LED背光技术，显示效果比较普通，还有少数企业采用量子点材料增加到LDE背光源上，能提升色域表现，让色彩更加鲜明，但目前的成本较高。
当前量子点显示技术在显示领域应用较少，仅为5％，这说明掌握此项技术的企业数量少，也从侧面反映了量子点材料的成本较高。
量子点由锌、镉、硒和硫原子构成，是晶体直径在2-10纳米之间的纳米材料。由于它的光电特性独特，受到光电刺激后，会根据量子点的直径大小，发出各种不同颜色的非常纯正的高质量单色光。基于这一特性，如果把量子点材料用在显示屏的背光源上，用蓝色LED照射就能发出全光谱的光，从而对背光进行精细调节，进而大幅提升色域表现，让色彩更加鲜明。
要想实现量子点背光技术，需要在液晶面板的背后加入一层量子点薄膜，这就涉及到了两点问题：第一就是量子点背光薄膜的成本问题，如果成本过高，会对整个液晶面板的价格造成冲击，从而影响销量，第二就是这需要改变液晶面板背后结构，因此需要改变生产线，增加一些环节，从而增加量子点薄膜到整个模组当中。
发明内容
针对上述现有技术中的不足之处，本发明目的在于提供一种基于量子彩光技术的北斗卫星导航高精密智能触摸一体机。
为达到上述目的，采用如下技术方案，一种基于量子彩光技术的北斗卫星导航高精密智能触摸一体机，包括主板芯片以及与所述主板芯片分别连接的电源模块、硬盘、光驱、显示屏、触摸屏、通讯模块、定位模块；所述显示屏包括显示屏控制单元、蓝光芯片、绿光量子转换器、成像系统，所述显示屏控制单元分别与所述蓝光芯片和绿光量子转换器连接，所述绿光量子转换器与所述成像系统连接，所述绿光量子转换器内侧面设置有红色荧光粉层；所述定位模块包括北斗定位模块和地磁场定位模块。
作为本发明的进一步改进，所述通讯模块包括无线通讯模块和量子通信模块，负责终端和监控中心的双向通信。
作为本发明的进一步改进，还包括USB接口模块，所述USB接口模块与所述主板芯片连接，用于实时控制和数据捕获应用。
作为本发明的进一步改进，还包括传感器和报警模块，所述传感器与报警模块均与所述主板芯片连接，所述传感器及报警模块用于防止该一体机被盗。
作为本发明的进一步改进，所述传感器包括光敏传感器和重力传感器，当光敏传感器感应的光线强度变化达到设定值时，会激发所述报警模块报警，当该一体机被转动不小于预设值0.5度时，所述重力传感器会激发所述报警模块报警。
作为本发明的进一步改进，还包括散热器，所述散热器与所述主板芯片连接。
作为本发明的进一步改进，所述显示屏还内置有摄像头、麦克风、音箱，所述摄像头、麦克风、音箱均与所述主板芯片连接。
作为本发明的进一步改进，所述主板芯片集成有CPU、内存条、显卡、声卡、网卡。
本发明中，与目前显示屏为实现高质量显色指数而使用的量子点膜相比，采用量子彩光技术，是基于一个绿光量子转换器，此绿光量子转换器与红色荧光粉层结合安装在蓝光芯片上。它无需使用任何镉，具有巨大的成本优势，其可以实现覆盖100％的DCI色域标准以及80％以上的REC2020标准。并且值得注意的是，这种技术无需改装系统或任何其他元件，因而可简化生产工艺和整套系统。其改善了绿色的发光效率和纯度，从而达到高色域的表现。定位模块采用北斗定位模块和地磁场定位模块结合的方式，定位更精准。目前普遍采用4G全网通通信方式，其传输速率一般，数据安全性较差，而本发明采用无线通讯模块与量子通信模块结合，是利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式，具有纠缠态的两个粒子无论相距多远，只要一个发生变化，另外一个也会瞬间发生变化，能实现高效稳定安全的数据传输。
附图说明
图1是本发明提供的一体机模块结构示意图；
图2是本发明提供的实现量子彩光技术的主要元器件连接关系示意图；
图3是本发明提供的绿光量子转换器电路图；
图4是本发明的量子点的能带结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1至图4所示，本发明公开了一种基于量子彩光技术的北斗卫星导航高精密智能触摸一体机，包括主板芯片1以及与所述主板芯片1分别连接的电源模块2、硬盘3、光驱4、显示屏5、触摸屏6、通讯模块9、定位模块10；所述显示屏5包括显示屏控制单元51、蓝光芯片52、绿光量子转换器53、成像系统54，所述显示屏控制单元51分别与所述蓝光芯片52和绿光量子转换器53连接，所述绿光量子转换器53与所述成像系统54连接，所述绿光量子转换器53内侧面设置有红色荧光粉层；所述定位模块10包括北斗定位模块和地磁场定位模块。
其中所述主板芯片1集成有CPU、内存条、显卡、声卡、网卡。具体实施时，主板芯片1采用Intel Xeon主板，集成了显卡HD Graphics P4600、声卡、网卡Ethernet ConnectionI217-LM、9560 AC双频无线WIFI模块，可扩展处理器,整体性能提升,加速关键工作负载,降低系统能耗。CPU采用的是Intel Xeon E3-1245 v3@3.4GHz，插槽类型LGA 1155，主频3300MHz，L3缓存8MB，制作工艺32纳米，最大可支持32G内存容量。内存采用的是市场最主流的intel optane傲腾16G，是一种基于3D Xpoint存储介质而打造的，帮助硬盘提升速度的缓存设备，为触摸一体机的运行提供了强大的缓存支持。CPU与定位模块10、通讯模块9等模块之间采用串行通信。
电源模块2采用的是Ricoh生产的型号为RN5T618电源管理芯片，该款芯片采用CMOS制造工艺，内部集成多达3路高效率降压型DC-DC和多达7路LDO电源，单路DC-DC输出电流最高可达3A。该模块集成电源控制逻辑电路、锂电池充电模块、电压检测模块、过温保护模块，同时可以为CPU的复位提供输入，其内部自带的看门狗定时器，极大的提高了电源系统应用的灵活性和稳定性。其中，采用深圳市华睿新创科技有限公司生产的20000mAH的锂电池，在触摸一体机待机状态时，可供电长达1个月，主要用于传输定位数据等。
硬盘3采用的是英特尔(Intel)傲腾900P系列960G固态硬盘，它基于3D Xpoint技术，特点在于超高的性能、超低的延迟、超长的寿命。
光驱4采用的是华硕SDRW-08D2S—U外置光驱，引用菱格纹外观，厚度仅为21mm，直接用USB线即可连接，具备光盘加密技术，保证个人资料隐私安全。
触摸屏6设置于显示屏5外表面且采用飞利浦(PHILIPS)BDL系列红外线触摸屏，具备高度的稳定性，不会因时间、环境的变化产生漂移；具有高度的适应性，不受电流、电压和静电干扰，适宜某些恶劣的环境条件；高透光性无中间介质，高透光性，最高可达100％；触摸密度可达4096*4096，触控寿命极长；触摸无需力度，对触摸体无特殊要求。
其中，所述通讯模块9包括无线通讯模块和量子通信模块，负责终端和监控中心的双向通信。具体实施时，通讯模块9采用华为技术有限公司生产的EM310无线通讯模块与量子通信模块结合，负责终端和监控中心的双向通信，终端的状态信息即通过无线通讯模块发送到监控中心，因此，信息传输是否及时、可靠是控制触摸一体机及警情信息上传时效的一个重要环节。其中，在实时使用触摸一体机，且没有光纤网络的情况下，网络需求较大，则自行选择量子通信模块传输，速率远高于现有的4G通信网络，且加密性能超强，保证了高效稳定的网络传输。量子通信具有高效率和绝对安全等特点。在一体机待机状态下，则采用3G/4G通信网络传输数据。
具体实施时，显示屏5在选用戴尔(DELL)U2718Q 4K超高清显示屏基础上，采用量子彩光技术，是基于一个绿光量子转换器53，此绿光量子转换器53与红色荧光粉层结合安装在蓝光芯片上。它无需使用任何镉，与目前显示屏为实现高质量显色指数而使用的量子点膜相比，具有巨大的优势。其可以实现覆盖100％的DCI色域标准以及80％以上的REC2020标准，并且值得注意的是，这种技术无需改装系统或任何其他元件，因而可简化生产工艺和整套系统。其改善了绿色的发光效率和纯度，从而达到高色域的表现。其优势在于有经济优势和寿命优势。同时，显示屏5内置了摄像头、麦克风、音箱，所述摄像头、麦克风、音箱均与所述主板芯片连接，无需外加相关配件，以方便用户使用。
量子彩光技术的技术原理是基于一个绿光量子转换器53，此转换器采用绿光量子点，量子点显示的色谱更具有连续性，不同大小尺寸的量子点会发出不同的颜色，量子点当受到光或电的刺激时，就发出有色光线，光线的颜色由量子点的组成材料和大小形状决定，一般颗粒越小，会吸收长波，颗粒越大，会吸收短波。2nm大小的量子点可吸收长波的红色，显示出蓝色；8nm大小的量子点可吸收短波的蓝色，呈现出红色。这一特性使得量子点能够改变光源发出的光线颜色，而且比RGB三原色会更加纯净。实现量子彩光技术主要元器件连接关系示意图如图2所示。
量子彩光技术工作原理如下：首先由一体机内的主板芯片1传输图像显示指令至显示屏控制单元51，由此显示屏控制单元51识别后，传输特定的电流信号至绿光量子转换器53，同时传输光亮度额定值(即RGB总额定值)信号至蓝光芯片52和绿光量子转换器53。其一，蓝光芯片52则发射指定亮度的蓝光至绿光量子转换器53内侧面的红色荧光粉层，会出现蓝光、红光同时发射至绿光量子转换器53上；其二，绿光量子转换器53接收到特定电流信号后，则控制调整内部的量子点大小及尺寸，当接收到以上蓝光、红光时，根据不同大小尺寸的量子点会发出不同的颜色这一特性，吸收一定量的蓝光、红光后，会发射出与之前图像显示指令中RGB原三色中R、B特定值强度的蓝光与红光，绿光量子转换器53根据接收到的RGB总额定值—R与B特定值总和，计算分析出G的值(即绿光强度)，再发射指定强度的绿光，与之前通过量子点处理后的蓝光、红光结合在一起形成指定的彩光，再发射至成像系统显示出来。绿光量子转换器53的电路图如图3所示。
以下为绿光量子转换器53引脚定义：
| 脚位号 | 名称 | 类型 | 描述 | 电气特征 |
| 1 | V33 | L | 电流信号输入 | TTL；Voh≧2.0V；Vol≦0.2V；Iol＝2mA |
| 2 | V33 | P | 主电源输入 | DC：2－4.5V |
| 3 | TRST | O | 脉冲信号输入 | TTL；Voh≧2.4V；Vol≦0.4V；Iol＝2mA |
| 4 | DGND | P | 接地 | |
| 5 | TD1 | L | 量子点信号接收 | |
| 6 | DGND | P | 接地 | |
| 7 | TMS | L | 量子点信号接收 | |
| 8 | DGND | P | 接地 | |
| 9 | TXK | F | 光信号输出 | |
| 10 | DGND | P | 接地 | |
| 11 | RTCK | F | 光信号输出 | |
| 12 | DGND | P | 接地 | |
| 13 | TDO | F | 光信号输出 | |
| 14 | DGND | P | 接地 | |
| 15 | REST | F | 光信号输出 | |
| 16 | DGND | P | 接地 | |
| 17 | I | 串口输入 | TTL；Voh≧2.4V；Vol≦0.4V；Iol＝2mA | |
| 18 | DGND | P | 接地 | |
| 19 | O | 串口输出 | TTL；Voh≧2.4V；Vol≦0.4V；Iol＝2mA | |
| 20 | DGND | P | 接地 |
用于分析蓝、红光强度的特定电流信号由1号脚输入，通过JTAG(即绿光量子转换器处理芯片)中的量子点元器件(量子点具体的发光原理见此段后备注)处理后，由13号脚发出处理后的蓝光，15号脚发出处理后的红光，再与13号脚发出的绿光结合形成的彩光，发射至成像系统显示出来。
量子点的能带结构如图4所示。量子点是一种纳米级的半导体材料，具有半导体的能带结构，具有一定的带隙103宽度，可以电致发光或光致发光，其发射光谱取决于能带结构，而能带结构与量子点颗粒大小和分布有关。通过精准控制量子点颗粒大小及其分布，可以精准控制量子点的发射光谱和色纯度。
导带101和价带102都是一些分立的能级，常温下，价带102基本上被电子占据，导带101基本上没有电子，量子点材料受到光照射后，价带102中的部分电子吸收光能，从价带102跃迁到导带101(图中用A表示此过程)，这是一个吸收光能的过程。处于导带101的电子是不稳定的状态，几乎立刻返回价带102(图中用B表示此过程)，将吸收的光能以光的形式释放(即发光)，这是一个发射光的过程。量子点所发出光的波长(即颜色)与量子点的大小成正比，越小的量子点所发出光的波长越短，越大的量子点所发出光的波长越长(蓝移现象)。因此，通过精准控制量子点大小即可获得所需颜色的光。
绿光量子转换器53与红色荧光粉层结合安装在显示屏原有的蓝光芯片52上，无需另外增加一层量子点膜，就能达到高色域的显示效果，相比基于尺寸仅为几纳米的半导体粒子的量子点膜解决方案，成本可减少一半。同时，采用此技术的LED在整个寿命期限内均可保持色彩恒定，而量子点膜随时间推移会逐渐呈现淡蓝色。
所述定位模块10包括北斗定位模块和地磁场定位模块，支持单系统定位和双系统联合定位，在北斗无信号情况下，定位模块10中地磁场定位模块工作，采用地磁匹配算法，计算出当地的地磁强度值，以获取当前位置信息。地磁匹配(Geomagnetic Matching)是利用地磁场空间的各异性来确定载体的地理位置的。
地磁匹配是一种自主式导航方法,通过实时采集一维地磁场强来获得二维定位。地磁匹配测量仪可以同时测量地磁场三个方向的分量,如北向分量、东向分量、垂直分量,或者任意正交的三个分量。对这三个分量做代数运算,则可以获得当地地磁场的特征量。
首先将载体所经过的区域划分为网格,取每个网格上的平均地磁场强(或其它地磁要素)作为该网格的地磁场强(或其它地磁要素),这样就形成了地磁基准图。当载体进入该区域时,地磁传感器实时地采集当地地磁场强度(或其它地磁要素)；一连串的测量值就可以形成一个一维测量序列。将该测量序列与地磁数据库进行相关匹配,寻找最相似点,将其位置用来修正其它导航系统(如惯性导航系统)的位置误差,便可以完成对载体航迹误差的纠正。地磁匹配类似于地形匹配系统,是点匹配,但地磁匹配可以有多个匹配特征量,如总磁场强度、水平磁场强度、东向分量、北向分量、垂直分量、磁偏角、磁倾角以及磁场梯度等。
载体在匹配区域运动时，磁传感器按一定的时间间隔采集一系列磁场强度值，经过数据预处理后得到测量数据带，记为：HN＝[h1,h2,...,hN]，其中，N为一次匹配的采样个数，也称测量带长(或匹配长度)，其值大小由地磁场的特点决定；hN为当前时刻的测量值，即需要匹配对准的时刻。当磁场信息丰富时，N可适当取小些；当磁场信息贫乏时，N应取大些。N的取值对匹配精度和匹配运算量有重要影响。为了防止匹配过程的几何失真误差，主要包括同步误差和比例因子误差，我们可采用措施：1)保证惯导输出数据与地磁测量数据同步采集；2)基准数据带的实时构造。
基准数据带的构造方法如下：设惯导的输出位置序列为SN＝{(xi,yi),i＝1,2,...,N}；记位置增量Δxi＝xi+1-xi，Δyi＝yi+1-yi(i＝1,2,...,N-1)。对任何一个搜索位置S0＝(I0,J0)，便得到基准数据带的搜索位置序列：
Ii＝Ii-1+Δxi,Ji＝Ji-1+Δyi(i＝1,2,...,N-1)
利用基准位置序列：{(Ii,Ji),i＝0,1,2,...,N-1}，在原始地磁基准图中进行重采样，便可以得到对应于搜索位置S0的基准数据带，设为由此便产生了与测量数据相对应的基准数据，利于以后进行相关运算。
定位模块10中还包括重力测高模块，在室内结合重力测高模块，计算出终端所处楼层三维空间位置信息。模块具有高灵敏度、低功耗、高处理性能的特点。该定位模块10是由杭州中科微电子有限公司生产的型号为ATGM330B的双模接收机模块与地磁场定位结合。
本实施例中，还包括USB接口模块11，所述USB接口模块11与所述主板芯片1连接，用于实时控制和数据捕获应用。USB接口模块11采用的是Molex公司生产的SST DN4DeviceNet USB接口模块，适用于实时控制和数据捕获应用，包括PC控制和HMI/SCADA系统、网络配置、故障处理和诊断工具，同时，使用了组件数目较少的增强型FPGA设计，因而能够延长产品寿命周期并提高可靠性。
本实施例中，还包括传感器8和报警模块(未图示)，所述传感器8与报警模块均与所述主板芯片1连接，所述传感器8及报警模块用于防止该一体机被盗。所述传感器8包括光敏传感器和重力传感器，当光敏传感器感应的光线强度变化达到设定值时，会激发所述报警模块报警，当该一体机被转动不小于预设值0.5度时，所述重力传感器会激发所述报警模块报警。具体实施时，采用森霸传感科技生产的平头光敏传感器LBCETC1-100，感应光谱为450-1050H，主要是防止一体机被人拆除盗走，一旦将一体机从墙上拆下，光敏传感器感应光线强度变强且达到设定的值时，会激发报警模块产生报警，并通过通讯模块提醒至预设的手机号码上。但晚上不开灯的情况下适应用性不强，因此，本一体机还具有重力传感器，如果一体机被转动大于等于0.5度时，将会激发报警模块产生报警，通过通讯模块提醒至预设的手机号码上。
本实施例中，还包括散热器7，所述散热器7与所述主板芯片1连接。具体实施时，散热器7采用利民(Thermalright)Macho X2 LE 6热管散热器，0.4mm厚度铝质散热鳍片，以及黑色阳极氧化顶部鳍片，展现其优雅外观，多导流气孔散热片设计，气孔抵消了冷却鳍片之间的空气积累，更好的发挥CPU风扇效能。
具体工作原理如下：在基于量子彩光技术的北斗卫星导航高精密智能触摸一体机使用过程中，采用定位模块，结合重力测高模块利用虚拟重力场测高技术，进行实时定位，如在平台上设置了区域，一旦定位信息移出了设置的区域范围则产生报警；一旦设备被拆除或转动，通过重力传感器模块、光敏传感器模块会触发报警；通过量子通信模块与无线通讯模块结合的通讯方式，实现一体机使用过程中的高效稳定安全的数据传输，使现场或远程会议、培训、教学等使用者更加流畅的操作；显示屏方面，采用绿光量子转换器，此绿光量子转换器与红色荧光粉层结合安装在蓝光芯片上，它无需使用任何镉，与目前显示屏为实现高质量显色指数而使用的量子点膜相比，具有巨大的成本优势。其可以实现覆盖100％的DCI色域标准以及80％以上的REC2020标准，并且值得注意的是，这种技术无需改装系统或任何其他元件，因而可简化生产工艺和整套系统。其改善了绿色的发光效率和纯度，从而达到高色域的表现。
本发明中，与目前显示屏为实现高质量显色指数而使用的量子点膜相比，采用量子彩光技术，是基于一个绿光量子转换器，此绿光量子转换器与红色荧光粉层结合安装在蓝光芯片上。它无需使用任何镉，具有巨大的成本优势，其可以实现覆盖100％的DCI色域标准以及80％以上的REC2020标准。并且值得注意的是，这种技术无需改装系统或任何其他元件，因而可简化生产工艺和整套系统。其改善了绿色的发光效率和纯度，从而达到高色域的表现。定位模块采用北斗定位模块和地磁场定位模块结合的方式，定位更精准。目前普遍采用4G全网通通信方式，其传输速率一般，数据安全性较差，而本发明采用无线通讯模块与量子通信模块结合，是利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式，具有纠缠态的两个粒子无论相距多远，只要一个发生变化，另外一个也会瞬间发生变化，能实现高效稳定安全的数据传输。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于量子彩光技术的北斗卫星导航高精密智能触摸一体机，其特征在于：包括主板芯片以及与所述主板芯片分别连接的电源模块、硬盘、光驱、显示屏、触摸屏、通讯模块、定位模块；所述显示屏包括显示屏控制单元、蓝光芯片、绿光量子转换器、成像系统，所述显示屏控制单元分别与所述蓝光芯片和绿光量子转换器连接，所述绿光量子转换器与所述成像系统连接，所述绿光量子转换器内侧面设置有红色荧光粉层；所述定位模块包括北斗定位模块和地磁场定位模块。
2.根据权利要求1所述的基于量子彩光技术的北斗卫星导航高精密智能触摸一体机，其特征在于：所述通讯模块包括无线通讯模块和量子通信模块，负责终端和监控中心的双向通信。
3.根据权利要求1所述的基于量子彩光技术的北斗卫星导航高精密智能触摸一体机，其特征在于：还包括USB接口模块，所述USB接口模块与所述主板芯片连接，用于实时控制和数据捕获应用。
4.根据权利要求1所述的基于量子彩光技术的北斗卫星导航高精密智能触摸一体机，其特征在于：还包括传感器和报警模块，所述传感器与报警模块均与所述主板芯片连接，所述传感器及报警模块用于防止该一体机被盗。
5.根据权利要求4所述的基于量子彩光技术的北斗卫星导航高精密智能触摸一体机，其特征在于：所述传感器包括光敏传感器和重力传感器，当光敏传感器感应的光线强度变化达到设定值时，会激发所述报警模块报警，当该一体机被转动不小于预设值0.5度时，所述重力传感器会激发所述报警模块报警。
6.根据权利要求1所述的基于量子彩光技术的北斗卫星导航高精密智能触摸一体机，其特征在于：还包括散热器，所述散热器与所述主板芯片连接。
7.根据权利要求1所述的基于量子彩光技术的北斗卫星导航高精密智能触摸一体机，其特征在于：所述显示屏还内置有摄像头、麦克风、音箱，所述摄像头、麦克风、音箱均与所述主板芯片连接。
8.根据权利要求1所述的基于量子彩光技术的北斗卫星导航高精密智能触摸一体机，其特征在于：所述主板芯片集成有CPU、内存条、显卡、声卡、网卡。
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