引言
ＬＥＤ智能玻璃凭借其具有很强的光线通透性，并且能很好的与建筑相融合的优势而被广泛应用。
ＬＥＤ智能玻璃的关键技术大致分为前端生产工艺和后端播放系统设计。对于前端生产工艺来说，随着ＬＥＤ智能玻璃的面积越来越大，ＬＥＤ芯片集成密度的越来越高，其生产工艺和加工环境有了更高的要求。
由于设备自身精度受限，加工尺寸越大其定位误差越大，同时环境温度对定位精度影响也很大，现有的基于ＭＡＲＫ点定位的点胶贴片系统无法保证大尺度ＬＥＤ玻璃加工定位精度，目前为提高ＬＥＤ智能玻璃点胶贴片精度所使用的点胶贴片设备往往需要配置恒温超净加工车间以及大理石气浮导轨等，生产成本极其昂贵，基于这种现状本文提出了一种基于焊盘图像标识的自动识别定位补偿方法。
对于后端播放系统，为了更好的匹配各种风格的建筑以及景点，市场上出现了对于异形ＬＥＤ智能玻璃显示屏的需求，现阶段的播放系统无法满足异形ＬＥＤ显示的需要，基于这种情况本文提出了一种预埋虚拟点坐标映射法，并设计了异型ＬＥＤ智能玻璃显示屏视频播放系统。
一、LED智能玻璃显示系统的构成
LED智能玻璃显示系统由玻璃显示屏以及播放控制器和驱动器构成。LED智能玻璃起源于德国，其本质上是将LED发光芯片内嵌在通过灌胶技术贴合的两片玻璃之间，其主要组成元素有透明ITO导电薄膜，LED发光芯片阵列，以及玻璃基板，通过激光刻蚀技术刻蚀出透明的导线，通过这些导线驱动LED芯片发光，由于透明导线的阻抗较大，因此各个LED芯片的导线需要接近等长，避免导线阻抗不一而影响LED的亮度变化，导致每个LED芯片所需要的显示的视频像素并不是按视频源顺序排列，这就区别于普通LED显示屏，因此需要一套播放控制系统来完成输出像素匹配的任务。
目前市场上主流的LED智能玻璃播放控制系统，主要是基于FPGA和ARM双核结构的嵌入式系统，还可以集成光纤通信以及WIH通信等多样化功能，本文提出的LED智能玻璃播放系统也是基于这种结构。
目前LED智能玻璃的生产工艺己经成熟，关键技术主要包括大尺寸TTO导电薄膜涂覆技术，大行程的激光刻蚀技术，高精度的点胶贴片技术，热固化技术，灌胶技术，以及新型的UV固化技术等等。
二、LED智能玻璃关键工艺技术
2.1LED智能玻璃生产工艺关键技术简介
ITO导电薄膜涂覆：通常使用磁控溉射的方法在玻璃基片上进行ITO导电薄膜涂覆，在溅镀ITO层时，不同的靶材与玻璃间，在不同的温度和运动方式下，所得到的ITO层会有不同的特性，目前该金术在静电防护、触控屏幕、液晶显示器等生产领域广泛使用。
激光刻蚀技术：激光刻蚀原理，即利用激光的高度聚焦能量，使得需要加工的被照射部分在一瞬间气化，由此就会留下沟槽，在沟槽中进行填充或是其他处理就达成了刻蚀加工的目的，通过调整激光束的对焦位置以及能量可以达到固定深度固定形状的加工，使用激光刻蚀技术对ITO导电薄膜进行刻蚀就可以得到透明的导线。
热固化技术：即采用加热的方式对粉末涂料等进行固化。灌胶技术：灌胶是LED封装的中的一个流程，即是将胶水通过点胶设备灌注到LED支架上的灌封区内的一个过程。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体涂膜。
在t-9TLED智能玻璃显示系统关键技术研究LED智能玻璃生产流程中，上述技术已基本完备，但对于专用的点胶贴片技术还有待完善。
2.2LED点胶贴片技术
点胶贴片技术：在线路焊盘刻蚀完成之后就要进行点胶贴片操作，目前市场上针对PCB等元件的点胶贴片技术己臻至成熟，速度快，精度髙，但LED智能玻璃对点胶贴片机器提出了新的要求，由于其尺寸远远大于PCB电路板。
因此针对PCB进行点胶贴片的机器无法胜任LED智能玻璃的生产，由于玻璃中间部分无法放置MARK点，即使是使用多组MARK点重复定位，依然无法解决因温度等原因带来的基材形变误差，所以目前使用的LED智能玻璃点胶贴片机往往需要搭配恒温超净车间，造价成本极其高昂，急需一种低成本的点胶贴片系统。
基于这种现状，本文提出了一种基于焊盘特征识别的定位误差补偿系统，使用该系统对目前的LED智能玻璃点胶贴片机进行改进，可以极大的提高精度。
三、基于焊盘特征识别的定位误差补偿系统构成
3.1系统功能简介
该部分设计主要由两个功能模块构成，分别为FPGA功能模块设计部分，ARM功能模块设计部分。其中FPGA功能模块设计部分具体包括：摄像头配置模块、VGA视频图像接入模块、灰度级信息转化模块、二值化模块、MARK点识别与焊盘定位补偿模块、LCD屏显示模块、与ARM通信模块。
ARM功能模块设计具体包括：串口通信模块(主要定义了数据打包协议)、SPI读写FLASH模块(完成数据存储，掉电不丢失)、坐标计算模块。
针对LED智能玻璃面积较大的实际生产情况，本设计采用了点胶贴片前焊盘位置判断与补偿的方式，极大的提高了精度与产品合格率，在LED智能玻璃的生产领域有着重要作用。接下来将对各个功能模块进行功能简述。
系统上电开始工作之后，ARM首先判断是否有串口中断，如果有，则通过串口通信的方式将点胶坐标数据发送至ARM，串口通信配置一定要在其他功能模块运行之前完成。如果没有，则ARM通过SPI通信模块读取FLASH内预存的MARK点数据和定位坐标信息。
ARM首先读出MARK点的坐标数据，然后与点胶贴片平面原点(基材原点与机械臂原点由夹轨直接对齐)进行对比，计算出需要移动的距离以及方向转化为脉冲个数数据以及运动方向信息，发送至伺服电机运动控制系统，此时机械臂进行MARK点对焦，机械臂运动完成后向ARM发送反馈信号，再由ARM向FPGA发送STAYJPOSITION(以下简称SP)信号，通知FPGA可以进行MARK点的识别操作了。
FPGA首先对摄像头元件进行寄存器配置，通过I2C配置模块完成所有寄存器的配置任务，配置完成后，通过摄像头元件采集视频图像信息，并依据摄像头的数据手册所给的色彩空间转换公式完成灰度级转化。
然后进行二值化操作(实际上这几步操作在系统上电后就开始执行，即与ARM上电配置并行进行)，当FPGA收到ARM所发送的SP信号之后，FPGA开始进行MARK点识别定位，依据LED智能玻璃的特性设计了状态机来完成MARK点识别和焊盘轮廓识别的任务，MARK点识别成功后，FPGA向ARM发送应答MARKACK(以下简称MA)信号，然后进行下一个MARK点的对位，所有MARK点识别定位成功后，开始进行点胶操作。
当开始执行点胶任务时，首先经过坐标计算模块计算出每次机械臂的位移并计算出需要发送的脉冲个数以及运动方向，并发送至运动控制模块。
然后运动控制模块根据这个信息以控制机械臂进行移动，当运动完成后向ARM发送反馈信息，再由ARM向FPGA发送SP信号，此时FPGA进行焊盘轮廓识别与误差补偿计算，所谓的焊盘轮廓是指在LED芯片焊盘的四周，添加一个正方形丝印标识，该标识不透明，经过视频采集处理之后，至少要有多个像素的粗细。
经过二值化处理之后呈现为黑色，FPGA进行焊盘轮廓识别并计算出需要进行补偿的数据，然后发送至ARM再由ARM转化为脉冲个数与移动方向信息发送至伺服电机运动控制模块，补偿运动完成后再向ARM发送反馈信号，之后ARM将发送点胶贴片指令，完成该位置点胶贴片后，移动至下一处点胶位置，重复上述操作，如图1.1所示，本文主要完成方框内功能的设计。
图1.1误差补偿系统功能框图
如果MARK点识别失败，则FPGA不会发送MA信号，此时ARM进行等待，达到等待时间T，ARM将重新发送SP信号继续等待，如果又经过等待时间T未收到MA信号，则认为MARK定位失败，发出警报，由人工确定是否是基材位置问题或者是基材质量问题。图1.2位系统工作流程图。
图1.2误差补偿系统工作流程图
3.2功能模块简介
FPGA功能模块设计：在该部分的设计中采用FPGA作为主芯片，该部分主要由摄像头元件以及FPGA模块组成。FPGA模块设计主要划分为7个功能模块，在上文己进行介绍，这里不再赘述，摄像头采集点胶基板材料的图像信息后，发送至FPGA。
由FPGA进行图像数据处理，包括灰度转化处理，二值化处理，并提取MARK点的特征信息，进行MARK点的特征匹配与焊盘偏心距离计算，为了方便处理突发情况，设计了LCD显示屏输出模块，将图像信息输出到显示屏进行显示。
在本部分设计中，摄像头采用0V系列产品，该系列属于CMOS图像传感器，功耗低、可靠性高采集速率快，使用VGA接口将图像送入FPGA中，FPGA进行图像缓存，然后将读出的数据送入灰度转化模块进行灰度级转化处理，再将处理后的数据送入二值化模块，由于LED智能玻璃的基材为透明玻璃。
因此按照MARK点与焊盘轮廓的通透性设置二值化阈值进行二值化处理，这样就提取到了MARK点和焊盘轮廓的基本信息，然后将数据送入识别与误差计算模块，使用像素数据匹配的方式进行识别与偏离距离计算。此外FPGA还将与ARM进行协议通信。
ARM功能模块设计：ARM的功能设计可以拆分为两部分，第一部分为坐标数据的发送以及转存，以下称为准备阶段，第二部分为坐标计算以及数据发送，以下称为执行阶段。
(1)准备阶段
在该部分的设计中采用STM32系列芯片作为主芯片，该部分主要由串口通信模块，SPI读写FLASH模块构成。
以下对主要模块功能进行简单介绍：首先配置串口通信模块，接收输入的坐标文件，然后配置STPI通信模块，将接收的坐标文件存入FLASH中以达成坐标数据保存的目的，在该部分设计中，对串口通信的数据打包协议的编写为重点，因坐标数据精度较高。
因此往往需要用几个字节表示一个数值，一个坐标就需要多个字节来表示，因此一次串口通信发送的数据过多，所以对串口通信部分设计了一个打包协议。
(2)执行阶段
FPGA发送MA信号之后，ARM通过计算坐标文件中点胶贴片位置的坐标与MARK点坐标位置，来输出伺服电机运动模块需要的脉冲个数以及运动方向信息(ARM只负贵输出脉冲个数数据，具体的驱动脉冲由运动控制系统自己生成)。
如MARK点位置(xO，yO)，点胶位置为(xl，yl)，则δx=x1-xO，5y=yl-y0，然后根据得到的δx与δy值与伺服电机运动控制模块的具体数据(如螺距数据以及编码器量级等)计算需要的脉冲个数，并将这个数据发送至运动控制模块，本文不涉及运动控制模块的具体设计。
机械臂到位后，运动控制模块向ARM发送反馈信息，然后ARM向FPGA发送启动信号SP，FPGA接收到SP信号后开始进行焊盘定位与误差补偿计算，并将计算的结果发送至ARM，ARM根据FPGA发送的误差补偿信息计算需要补偿的脉冲个数与运动方向。
将这个数据再次发送至运动控制模块进行误差补偿，ARM收到运动控制模块的运动完成反馈信息后再发送点胶贴片指令，然后在下一次点胶贴片的过程中，通过计算下一次点胶贴片位置坐标与上一次的位置差值来重新装填δx与δy的值，并重新发送补偿信息，直到所有位置点胶贴片完毕。
四、异形LED智能玻璃显示屏播放系统构成
该部分设计包含主控单元MCU与从控单元SCU，MCU完成视频数据输入，经过转存SSRAM处理，以光纤通信的方式发送至SCU，SCU与SCU之间以光纤的方式进行级联，以完成大面积LED智能玻璃显示屏的视频图像显示，SCU的主要功能包括：
数据选取即选取属于该级SCU的数据，数据位补齐，反伽马校正，以及并串转化等处理，其整个系统框图如图1.3所示。
图1.3播放系统框图
五、测试系统构成
之所以设计了一个测试系统是为了对出厂的LED智能玻璃进行合格性检测，由于每个LED发光芯片都有三原色RGB的三个LED芯片嵌合而成，因此对LED显示屏轮流进行各灰度级RGB颜色的点亮测试就能完成任务。
基于这种情况直接使用目前的LED智能玻璃播放系统进行修改添加了一个测试模式，通过拨码开关可以在正常播放模式或者是LED智能玻璃质量测试模块之间进行切换，当切换到测试模式之后，SCU的FPGA将截断来自视频源的视频信号，然后内部虚拟灰度级递增的RGB信号与场同步信号，其余功能模块不需要进行改变如此一来就能轮流输出RGB信号点亮玻璃，如果点亮的玻璃能实现各个灰度级的数据的显示且无缺色与杂色，则证明该产品合格。
总结
本文阐明了各个系统的组成模块，并大致介绍了各个系统的工作流程。