[發明專利]一種MOFs電致變色材料的自適應控制系統及方法

有效

• 申請號: 201911020472.2
• 申請日: 2019-10-25
• 公開（公告）號: CN110806669B
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 李策;朱毅萌;李然
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: G02F1/163
• 分類號: G02F1/163
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 徐俊;柏子雵

本發明提供了一種MOFs電致變色材料的自適應控制系統，基于MOFs電致變色材料，利用SOPC技術實現材料光學特性參數與環境光學特征達到高度的匹配，其特征在于，所述自適應控制系統包括前端調整電路、數據采集模塊、數據處理模塊和自適應控制模塊。本發明基于Cydone IV E為核心芯片的SOPC系統開發平臺，自主完成系統硬件設計，在硬件平臺上通過QuartusⅡ集成開發環境對NIOSⅡ實時操作系統進行移植剪裁，實現數據采集控制系統。將該系統用于金屬有機框架化合物電致變色器件的控制，利用變色器件的光電響應雙重功能，可實現光電特性的自適應變化，使主體材料的光學特性參數與環境光學特征達到高度匹配。

技術領域

本發明屬于材料控制領域，特別涉及一種MOFs電致變色材料的自適應控制系統及方法。

背景技術

根據所處環境能夠改變顏色的材料和器件，在可見光隱身和人工智能領域有著廣闊的應用前景。但目前的變色響應器件通常基于氣、光、熱等刺激源或控制手段，變色效果不明顯，協調性差且難以適應多變的環境。常用的控制器件存在非線性及參數不一致現象，在更換器件時因放大器零漂而需要對電路重新調試等問題。在信號采集輸出控制技術上，主要以CPU或單片機為核心的控制系統，這些以軟件方式控制操作和運算的系統速度遠低于純硬件系統的速度，且可靠性不高。可編程片上系統(System on a Programmable Chip，SOPC)是一種特殊的嵌入式系統：首先它是片上系統(System on Chip，SOC)，即由單個芯片完成整個系統的主要邏輯功能；其次，它是可編程系統，具有靈活的設計方式，可裁減、可擴充、可升級，并具備軟硬件在系統可編程的功能。

發明內容

本發明的目的是：基于可編程片上系統設計變色響應器件。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是提供了一種MOFs電致變色材料的自適應控制系統，基于MOFs電致變色材料，利用SOPC技術實現材料光學特性參數與環境光學特征達到高度的匹配，其特征在于，所述自適應控制系統包括前端調整電路、數據采集模塊、數據處理模塊和自適應控制模塊，其中：

不同顏色的光照射在MOFs電致變色材料上時，MOFs電致變色材料產生相對應的微小電流信號，前端調整電路用于采集該微小電流信號，前端調整電路將微小電流信號放大后，消除極化電壓以及噪聲的干擾，再將電流信號轉換為模擬電壓信號；

數據采集模塊，用于將前端調整電路輸出的模擬電壓信號轉換成數字信號；

數據處理模塊，利用現場可編程門陣列FPGA集成的數字信號處理器DSP乘加模塊定制卷積運算單元，生成脈動陣列結構的有限長單位沖激響應FIR濾波器，FIR濾波器對接收到的數字信號進行實時濾波處理；

自適應控制模塊，將經過數據處理模塊濾波處理后的數字信號和預留的采樣數據進行分析比對，當通過前端調整電路及數據采集模塊采集到的數據達到預期范圍，控制輸出相應額定電壓反饋于MOFs電致變色材料，使MOFs電致變色材料的光學特性參數與環境光學特征達到高度的匹配。

優選地，所述前端調整電路采用AD8421放大器實現所述微小電流信號的放大，通過二級低通濾波器消除所述極化電壓以及所述噪聲的干擾，利用MAX4081芯片將電流信號轉換為所述模擬電壓信號。

優選地，所述數據采集模塊采用AD7621作為轉換器件，AD7621的最高采樣率為3Mbps，量化位數為16位，最高分辨率為62.5μV。

優選地，所述數據處理模塊以FPGA作為硬件平臺，應用SOPC技術搭載NIOSⅡ軟核，根據實際控制要求，靈活地對硬件及軟核進行裁剪。

優選地，所述MOFs電致變色材料為溶劑熱反應在導電玻璃基片上制備的卟啉基MOFs薄膜。