引言
ＬＥＤ智能玻璃憑借其具有很強的光線通透性，并且能很好的與建築相融合的優勢而被廣泛應用。
ＬＥＤ智能玻璃的關鍵技術大緻分為前端生産工藝和後端播放系統設計。對于前端生産工藝來說，随着ＬＥＤ智能玻璃的面積越來越大，ＬＥＤ晶片內建密度的越來越高，其生産工藝和加工環境有了更高的要求。
由于裝置自身精度受限，加工尺寸越大其定位誤差越大，同時環境溫度對定位精度影響也很大，現有的基于ＭＡＲＫ點定位的點膠貼片系統無法保證大尺度ＬＥＤ玻璃加工定位精度，目前為提高ＬＥＤ智能玻璃點膠貼片精度所使用的點膠貼片裝置往往需要配置恒溫超淨加工工廠中的房間以及大理石氣浮導軌等，生産成本極其昂貴，基于這種現狀本文提出了一種基于焊盤圖像辨別的自動識别定位補償方法。
對于後端播放系統，為了更好的比對各種風格的建築以及景點，市場上出現了對于異形ＬＥＤ智能玻璃顯示屏的需求，現階段的播放系統無法滿足異形ＬＥＤ顯示的需要，基于這種情況本文提出了一種預埋虛拟點坐标映射法，并設計了異型ＬＥＤ智能玻璃顯示屏視訊播放系統。
一、LED智能玻璃顯示系統的構成
LED智能玻璃顯示系統由玻璃顯示屏以及播放控制器和驅動器構成。LED智能玻璃起源于德國，其本質上是将LED發光晶片内嵌在通過灌膠技術貼合的兩片玻璃之間，其主要組成元素有透明ITO導電薄膜，LED發光晶片陣列，以及玻璃基闆，通過雷射刻蝕技術刻蝕出透明的導線，通過這些導線驅動LED晶片發光，由于透明導線的阻抗較大，是以各個LED晶片的導線需要接近等長，避免導線阻抗不一而影響LED的亮度變化，導緻每個LED晶片所需要的顯示的視訊像素并不是按視訊源順序排列，這就差別于普通LED顯示屏，是以需要一套播放控制系統來完成輸出像素比對的任務。
目前市場上主流的LED智能玻璃播放控制系統，主要是基于FPGA和ARM雙核結構的嵌入式系統，還可以內建光纖通信以及WIH通信等多樣化功能，本文提出的LED智能玻璃播放系統也是基于這種結構。
目前LED智能玻璃的生産工藝己經成熟，關鍵技術主要包括大尺寸TTO導電薄膜塗覆技術，大行程的雷射刻蝕技術，高精度的點膠貼片技術，熱固化技術，灌膠技術，以及新型的UV固化技術等等。
二、LED智能玻璃關鍵工藝技術
2.1LED智能玻璃生産工藝關鍵技術簡介
ITO導電薄膜塗覆：通常使用磁控溉射的方法在玻璃基片上進行ITO導電薄膜塗覆，在濺鍍ITO層時，不同的靶材與玻璃間，在不同的溫度和運動方式下，所得到的ITO層會有不同的特性，目前該金術在靜電防護、觸控螢幕、液晶顯示器等生産領域廣泛使用。
雷射刻蝕技術：雷射刻蝕原理，即利用雷射的高度聚焦能量，使得需要加工的被照射部分在一瞬間氣化，由此就會留下溝槽，在溝槽中進行填充或是其他處理就達成了刻蝕加工的目的，通過調整雷射束的對焦位置以及能量可以達到固定深度固定形狀的加工，使用雷射刻蝕技術對ITO導電薄膜進行刻蝕就可以得到透明的導線。
熱固化技術：即采用加熱的方式對粉末塗料等進行固化。灌膠技術：灌膠是LED封裝的中的一個流程，即是将膠水通過點膠裝置灌注到LED支架上的灌封區内的一個過程。UV固化：即紫外光固化，利用紫外光照射液态UV材料，使其聚合成不溶不熔的固體塗膜。
在t-9TLED智能玻璃顯示系統關鍵技術研究LED智能玻璃生産流程中，上述技術已基本完備，但對于專用的點膠貼片技術還有待完善。
2.2LED點膠貼片技術
點膠貼片技術：線上路焊盤刻蝕完成之後就要進行點膠貼片操作，目前市場上針對PCB等元件的點膠貼片技術己臻至成熟，速度快，精度髙，但LED智能玻璃對點膠貼片機器提出了新的要求，由于其尺寸遠遠大于PCB電路闆。
是以針對PCB進行點膠貼片的機器無法勝任LED智能玻璃的生産，由于玻璃中間部分無法放置MARK點，即使是使用多組MARK點重複定位，依然無法解決因溫度等原因帶來的基材形變誤差，是以目前使用的LED智能玻璃點膠貼片機往往需要搭配恒溫超淨工廠中的房間，造價成本極其高昂，急需一種低成本的點膠貼片系統。
基于這種現狀，本文提出了一種基于焊盤特征識别的定位誤差補償系統，使用該系統對目前的LED智能玻璃點膠貼片機進行改進，可以極大的提高精度。
三、基于焊盤特征識别的定位誤差補償系統構成
3.1系統功能簡介
該部分設計主要由兩個功能子產品構成，分别為FPGA功能子產品設計部分，ARM功能子產品設計部分。其中FPGA功能子產品設計部分具體包括：攝像頭配置子產品、VGA視訊圖像接入子產品、灰階級資訊轉化子產品、二值化子產品、MARK點識别與焊盤定位補償子產品、LCD屏顯示子產品、與ARM通信子產品。
ARM功能子產品設計具體包括：序列槽通信子產品(主要定義了資料打包協定)、SPI讀寫FLASH子產品(完成資料存儲，掉電不丢失)、坐标計算子產品。
針對LED智能玻璃面積較大的實際生産情況，本設計采用了點膠貼片前焊盤位置判斷與補償的方式，極大的提高了精度與産品合格率，在LED智能玻璃的生産領域有着重要作用。接下來将對各個功能子產品進行功能簡述。
系統上電開始工作之後，ARM首先判斷是否有序列槽中斷，如果有，則通過序列槽通信的方式将點膠坐标資料發送至ARM，序列槽通信配置一定要在其他功能子產品運作之前完成。如果沒有，則ARM通過SPI通信子產品讀取FLASH内預存的MARK點資料和定位坐标資訊。
ARM首先讀出MARK點的坐标資料，然後與點膠貼片平面原點(基材原點與機械臂原點由夾軌直接對齊)進行對比，計算出需要移動的距離以及方向轉化為脈沖個數資料以及運動方向資訊，發送至伺服電機運動控制系統，此時機械臂進行MARK點對焦，機械臂運動完成後向ARM發送回報信号，再由ARM向FPGA發送STAYJPOSITION(以下簡稱SP)信号，通知FPGA可以進行MARK點的識别操作了。
FPGA首先對攝像頭元件進行寄存器配置，通過I2C配置子產品完成所有寄存器的配置任務，配置完成後，通過攝像頭元件采集視訊圖像資訊，并依據攝像頭的資料手冊所給的色彩空間轉換公式完成灰階級轉化。
然後進行二值化操作(實際上這幾步操作在系統上電後就開始執行，即與ARM上電配置并行進行)，當FPGA收到ARM所發送的SP信号之後，FPGA開始進行MARK點識别定位，依據LED智能玻璃的特性設計了狀态機來完成MARK點識别和焊盤輪廓識别的任務，MARK點識别成功後，FPGA向ARM發送應答MARKACK(以下簡稱MA)信号，然後進行下一個MARK點的對位，所有MARK點識别定位成功後，開始進行點膠操作。
當開始執行點膠任務時，首先經過坐标計算子產品計算出每次機械臂的位移并計算出需要發送的脈沖個數以及運動方向，并發送至運動控制子產品。
然後運動控制子產品根據這個資訊以控制機械臂進行移動，當運動完成後向ARM發送回報資訊，再由ARM向FPGA發送SP信号，此時FPGA進行焊盤輪廓識别與誤差補償計算，所謂的焊盤輪廓是指在LED晶片焊盤的四周，添加一個正方形絲印辨別，該辨別不透明，經過視訊采集處理之後，至少要有多個像素的粗細。
經過二值化處理之後呈現為黑色，FPGA進行焊盤輪廓識别并計算出需要進行補償的資料，然後發送至ARM再由ARM轉化為脈沖個數與移動方向資訊發送至伺服電機運動控制子產品，補償運動完成後再向ARM發送回報信号，之後ARM将發送點膠貼片指令，完成該位置點膠貼片後，移動至下一處點膠位置，重複上述操作，如圖1.1所示，本文主要完成方框内功能的設計。
圖1.1誤差補償系統功能框圖
如果MARK點識别失敗，則FPGA不會發送MA信号，此時ARM進行等待，達到等待時間T，ARM将重新發送SP信号繼續等待，如果又經過等待時間T未收到MA信号，則認為MARK定位失敗，發出警報，由人工确定是否是基材位置問題或者是基材品質問題。圖1.2位系統工作流程圖。
圖1.2誤差補償系統工作流程圖
3.2功能子產品簡介
FPGA功能子產品設計：在該部分的設計中采用FPGA作為主晶片，該部分主要由攝像頭元件以及FPGA子產品組成。FPGA子產品設計主要劃分為7個功能子產品，在上文己進行介紹，這裡不再贅述，攝像頭采集點膠基闆材料的圖像資訊後，發送至FPGA。
由FPGA進行圖像資料處理，包括灰階轉化處理，二值化處理，并提取MARK點的特征資訊，進行MARK點的特征比對與焊盤偏心距離計算，為了友善處理突發情況，設計了LCD顯示屏輸出子產品，将圖像資訊輸出到顯示屏進行顯示。
在本部分設計中，攝像頭采用0V系列産品，該系列屬于CMOS圖像傳感器，功耗低、可靠性高采集速率快，使用VGA接口将圖像送入FPGA中，FPGA進行圖像緩存，然後将讀出的資料送入灰階轉化子產品進行灰階級轉化處理，再将處理後的資料送入二值化子產品，由于LED智能玻璃的基材為透明玻璃。
是以按照MARK點與焊盤輪廓的通透性設定二值化門檻值進行二值化處理，這樣就提取到了MARK點和焊盤輪廓的基本資訊，然後将資料送入識别與誤差計算子產品，使用像素資料比對的方式進行識别與偏離距離計算。此外FPGA還将與ARM進行協定通信。
ARM功能子產品設計：ARM的功能設計可以拆分為兩部分，第一部分為坐标資料的發送以及轉存，以下稱為準備階段，第二部分為坐标計算以及資料發送，以下稱為執行階段。
(1)準備階段
在該部分的設計中采用STM32系列晶片作為主晶片，該部分主要由序列槽通信子產品，SPI讀寫FLASH子產品構成。
以下對主要子產品功能進行簡單介紹：首先配置序列槽通信子產品，接收輸入的坐标檔案，然後配置STPI通信子產品，将接收的坐标檔案存入FLASH中以達成坐标資料儲存的目的，在該部分設計中，對序列槽通信的資料打包協定的編寫為重點，因坐标資料精度較高。
是以往往需要用幾個位元組表示一個數值，一個坐标就需要多個位元組來表示，是以一次序列槽通信發送的資料過多，是以對序列槽通信部分設計了一個打包協定。
(2)執行階段
FPGA發送MA信号之後，ARM通過計算坐标檔案中點膠貼片位置的坐标與MARK點坐标位置，來輸出伺服電機運動子產品需要的脈沖個數以及運動方向資訊(ARM隻負貴輸出脈沖個數資料，具體的驅動脈沖由運動控制系統自己生成)。
如MARK點位置(xO，yO)，點膠位置為(xl，yl)，則δx=x1-xO，5y=yl-y0，然後根據得到的δx與δy值與伺服電機運動控制子產品的具體資料(如螺距資料以及編碼器量級等)計算需要的脈沖個數，并将這個資料發送至運動控制子產品，本文不涉及運動控制子產品的具體設計。
機械臂到位後，運動控制子產品向ARM發送回報資訊，然後ARM向FPGA發送啟動信号SP，FPGA接收到SP信号後開始進行焊盤定位與誤差補償計算，并将計算的結果發送至ARM，ARM根據FPGA發送的誤差補償資訊計算需要補償的脈沖個數與運動方向。
将這個資料再次發送至運動控制子產品進行誤差補償，ARM收到運動控制子產品的運動完成回報資訊後再發送點膠貼片指令，然後在下一次點膠貼片的過程中，通過計算下一次點膠貼片位置坐标與上一次的位置內插補點來重新裝填δx與δy的值，并重新發送補償資訊，直到所有位置點膠貼片完畢。
四、異形LED智能玻璃顯示屏播放系統構成
該部分設計包含主要單元MCU與從控單元SCU，MCU完成視訊資料輸入，經過轉存SSRAM處理，以光纖通信的方式發送至SCU，SCU與SCU之間以光纖的方式進行級聯，以完成大面積LED智能玻璃顯示屏的視訊圖像顯示，SCU的主要功能包括：
資料選取即選取屬于該級SCU的資料，資料位補齊，反伽馬校正，以及并串轉化等處理，其整個系統框圖如圖1.3所示。
圖1.3播放系統框圖
五、測試系統構成
之是以設計了一個測試系統是為了對出廠的LED智能玻璃進行合格性檢測，由于每個LED發光晶片都有三原色RGB的三個LED晶片嵌合而成，是以對LED顯示屏輪流進行各灰階級RGB顔色的點亮測試就能完成任務。
基于這種情況直接使用目前的LED智能玻璃播放系統進行修改添加了一個測試模式，通過撥碼開關可以在正常播放模式或者是LED智能玻璃品質測試子產品之間進行切換，當切換到測試模式之後，SCU的FPGA将截斷來自視訊源的視訊信号，然後内部虛拟灰階級遞增的RGB信号與場同步信号，其餘功能子產品不需要進行改變如此一來就能輪流輸出RGB信号點亮玻璃，如果點亮的玻璃能實作各個灰階級的資料的顯示且無缺色與雜色，則證明該産品合格。
總結
本文闡明了各個系統的組成子產品，并大緻介紹了各個系統的工作流程。