CN204102474U - 一种电子纸万年历 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种电子纸万年历,包括段式电子纸、EFM32最小系统、点阵式电子纸、TF卡接口电路、电源及按键电路、温湿度采集器、段式电子纸驱动芯片、点阵式电子纸驱动电路、第一PCB板和第二PCB板。本实用新型包括段式电子纸,可以显示数字、星期、生肖或星座,且在需要显示不同文字的地方增加了点阵式电子纸,可以显示图片及文字等信息,功能全面;采用挪威EnergyMicro超低功耗的EFM32最小系统来进行处理,比使用其它微控制器的功耗低;采用电子纸进行显示,比传统的TFT省电,掉电后仍可以保持掉电前的显示状态,十分省电,使用寿命较长。本实用新型可广泛应用于电子产品领域。
Description
技术领域
本实用新型涉及电子产品领域,尤其是一种电子纸万年历。
背景技术
在日常生活中,人们经常使用纸质台历、电子或机械时钟来获知当前时间、日期、节日等信息。但常用的纸质台历只能用一年,每年都要换新的,非常不环保。生活中还经常需要获知节日信息,而节日又分为各种,如中国节气和西方节日等,因此人们很多时候需要翻阅万年历或上网等方式进行查询。而且即使日历中印刷有各种节日,但也无法提早或在当天主动提醒使用者,不够方便。
为了解决这一问题,电子台历应运而生。但是,目前市面上的电子台历,大多只是简单实现了时间、日期的显示和闹钟提醒等功能,功能单一,容易使用户感觉沉闷乏味,从而缺乏使用乐趣。另外,目前市场上的电子台历,几乎都是采用TFT(薄膜场效应晶体管)作为显示设备,使用时需要不间断地给TFT供电才能持续显示,隔几个月需要更换电池,不够省电,使用寿命较短。
实用新型内容
为了解决上述技术问题,本实用新型的目的是:提供一种功能全面、省电和使用寿命长的电子纸万年历。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种电子纸万年历,包括段式电子纸、EFM32最小系统、点阵式电子纸、TF卡接口电路、电源及按键电路、温湿度采集器、段式电子纸驱动芯片、点阵式电子纸驱动电路、第一PCB板和第二PCB板,所述段式电子纸通过I2C接口与EFM32最小系统连接,所述点阵式电子纸通过I/O口与EFM32最小系统连接,所述EFM32最小系统通过SPI接口与TF卡接口电路连接,所述电源及按键电路通过USB接口与EFM32最小系统连接,所述温湿度采集器通过单总线与EFM32最小系统连接;所述段式电子纸驱动芯片绑定在第一PCB板上,所述EFM32最小系统、点阵式电子纸驱动电路、TF卡接口电路、电源及按键电路和温湿度采集器均设置在第二PCB板上。
进一步,所述段式电子纸为180段式电子纸,包括两位8段式电子纸模组、三位米字8段式电子纸模组和星盘段式电子纸模组,所述段式电子纸驱动芯片包括第一TT31090芯片和第二TT31090芯片,所述第一TT31090芯片的输出端与两位8段式电子纸模组的输入端连接,所述第二TT31090芯片的输出端分别与三位米字8段式电子纸模组的输入端和星盘段式电子纸模组的输入端连接。
进一步,所述EFM32最小系统包括EFM32ZG210F32-QFN32芯片、数字电源滤波电路及模拟电源滤波电路、复位电路和高精度32.768kHz晶振,所述数字电源滤波电路及模拟电源滤波电路、复位电路和高精度32.768kHz晶振均与EFM32ZG210F32-QFN32芯片连接,所述模拟电源滤波电路包括磁珠、3V电源、第一电阻和滤波电容,所述3V电源依次通过磁珠、第一电阻和滤波电容进而与大地连接,所述第一电阻还与EFM32ZG210F32-QFN32芯片的模拟电源端连接。
进一步,所述点阵式电子纸为2.1寸电子纸,所述点阵式电子纸驱动电路包括升压电路,所述升压电路根据2.1寸电子纸提供的脉冲而向2.1寸电子纸提供15~22V的工电压,所述2.1寸电子纸的电源管脚与大地之间还连接有旁路电容。
进一步,所述TF卡接口电路包括用于控制TF卡通电或断电的场效应管,所述场效应管的栅极与EFM32ZG210F32-QFN32芯片的I/O口连接。
进一步,所述电源及按键电路包括锂电池供电电路、干电池供电电路、切换开关、按键电路,所述EFM32ZG210F32-QFN32芯片通过切换开关分别与锂电池供电电路和干电池供电电路连接,所述锂电池供电电路包括与外部电源连接的外部供电接口、锂电池充电电路及降压电路,所述外部电源依次通过外部供电接口、锂电池充电电路和降压电路进而与EFM32ZG210F32-QFN32芯片的AD采集管脚连接;所述干电池供电电路包括由两节干电池并联而成的干电池源,所述干电池源与EFM32ZG210F32-QFN32芯片的AD采集管脚连接;所述按键电路包括薄膜按键,所述薄膜按键通过FPC座与EFM32ZG210F32-QFN32芯片连接。
进一步,所述温湿度采集器为DHT11温湿度传感器,所述DHT11温湿度传感器通过单总线与EFM32ZG210F32-QFN32芯片连接。
本实用新型的有益效果是:包括段式电子纸,可以显示数字、星期、生肖或星座,且在需要显示不同文字的地方增加了点阵式电子纸,可以显示图片及文字等信息,功能全面;采用挪威Energy Micro超低功耗的EFM32最小系统来进行处理,比使用其它微控制器的功耗低;采用电子纸进行显示,比传统的TFT省电,掉电后仍可以保持掉电前的显示状态,十分省电,使用寿命较长。进一步,段式电子纸包括两位8段式电子纸模组、三位米字8段式电子纸模组和星盘段式电子纸模组这3种不同的可复用模组,可以根据不同需要对万年历的显示布局进行不同的摆放调整,十分灵活和方便。进一步,供电电路可根据需要选择锂电池供电电路或干电池供电电路,更加方便。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
图1为本实用新型一种电子纸万年历的功能模块框图;
图2为本实用新型段式电子纸与段式电子纸驱动芯片的结构框图;
图3为本实用新型EFM32最小系统的结构框图;
图4为本实用新型电源及按键电路的结构框图;
图5为本实用新型实施例一中电子纸万年历的整体外观图;
图6为本实用新型实施例一中电子纸万年历的整体电路结构原理图;
图7为本实用新型实施例一中主控MCU的最小系统电路原理图;
图8为本实用新型实施例一中2.1寸电子纸驱动电路的电路原理图;
图9为本实用新型实施例二中TF卡接口电路的电路原理图;
图10为本实用新型实施例一中温湿度传感器的电路原理图;
图11为本实用新型实施例一中电源及按键电路的电路原理图;
图12为本实用新型实施例一中180段电子纸的电路原理图。
具体实施方式
参照图1,一种电子纸万年历,包括段式电子纸、EFM32最小系统、点阵式电子纸、TF卡接口电路、电源及按键电路、温湿度采集器、段式电子纸驱动芯片、点阵式电子纸驱动电路、第一PCB板和第二PCB板,所述段式电子纸通过I2C接口与EFM32最小系统连接,所述点阵式电子纸通过I/O口与EFM32最小系统连接,所述EFM32最小系统通过SPI接口与TF卡接口电路连接,所述电源及按键电路通过USB接口与EFM32最小系统连接,所述温湿度采集器通过单总线与EFM32最小系统连接;所述段式电子纸驱动芯片绑定在第一PCB板上,所述EFM32最小系统、点阵式电子纸驱动电路、TF卡接口电路、电源及按键电路和温湿度采集器均设置在第二PCB板上。
其中,段式电子纸,用于显示数字、星期、生肖和星座;
EFM32最小系统,用于根据输入或采集的信号而触发相应的控制信号;
点阵式电子纸,用于显示文字及图片信息;
TF卡接口电路,用于与EFM32最小系统进行通信并存储通信的数据;
电源及按键电路,用于提供电源并进行按键输入;
温湿度采集器,用于采集环境的温湿度信息;
段式电子纸驱动芯片,用于驱动段式电子纸;
点阵式电子纸驱动电路,用于驱动点阵式电子纸;
第一PCB板和第二PCB板,起支撑和实现电气连接的作用;
TF卡接口电路还与TF卡(快闪存储器卡)连接,用于存储通信的数据。
参照图2,进一步作为优选的实施方式,所述段式电子纸为180段式电子纸,包括两位8段式电子纸模组、三位米字8段式电子纸模组和星盘段式电子纸模组,所述段式电子纸驱动芯片包括第一TT31090芯片和第二TT31090芯片,所述第一TT31090芯片的输出端与两位8段式电子纸模组的输入端连接,所述第二TT31090芯片的输出端分别与三位米字8段式电子纸模组的输入端和星盘段式电子纸模组的输入端连接。
参照图3,进一步作为优选的实施方式,所述EFM32最小系统包括EFM32ZG210F32-QFN32芯片、数字电源滤波电路及模拟电源滤波电路、复位电路和高精度32.768kHz晶振,所述数字电源滤波电路及模拟电源滤波电路、复位电路和高精度32.768kHz晶振均与EFM32ZG210F32-QFN32芯片连接,所述模拟电源滤波电路包括磁珠、3V电源、第一电阻和滤波电容,所述3V电源依次通过磁珠、第一电阻和滤波电容进而与大地连接,所述第一电阻还与EFM32ZG210F32-QFN32芯片的模拟电源端连接。
进一步作为优选的实施方式,所述点阵式电子纸为2.1寸电子纸,所述点阵式电子纸驱动电路包括升压电路,所述升压电路根据2.1寸电子纸提供的脉冲而向2.1寸电子纸提供15~22V的工电压,所述2.1寸电子纸的电源管脚与大地之间还连接有旁路电容。
进一步作为优选的实施方式,所述TF卡接口电路包括用于控制TF卡通电或断电的场效应管,所述场效应管的栅极与EFM32ZG210F32-QFN32芯片的I/O口连接。
参照图4,进一步作为优选的实施方式,所述电源及按键电路包括锂电池供电电路、干电池供电电路、切换开关、按键电路,所述EFM32ZG210F32-QFN32芯片通过切换开关分别与锂电池供电电路和干电池供电电路连接,所述锂电池供电电路包括与外部电源连接的外部供电接口、锂电池充电电路及降压电路,所述外部电源依次通过外部供电接口、锂电池充电电路和降压电路进而与EFM32ZG210F32-QFN32芯片的AD采集管脚连接;所述干电池供电电路包括由两节干电池并联而成的干电池源,所述干电池源与EFM32ZG210F32-QFN32芯片的AD采集管脚连接;所述按键电路包括薄膜按键,所述薄膜按键通过FPC座与EFM32ZG210F32-QFN32芯片连接。
进一步作为优选的实施方式,所述温湿度采集器为DHT11温湿度传感器,所述DHT11温湿度传感器通过单总线与EFM32ZG210F32-QFN32芯片连接。
下面结合具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。
实施例一
本实用新型的电子纸万年历,在设计中采用灵活的电子纸模组形式,电子纸驱动部分单独有一块绑定电路板,可以非常灵活地拼凑出不同形式的万年历产品,并且主控使用低功耗的EFM32单片机,主控部分单独一块PCB又可以成为单独一个小型万年历产品。整体的效果如图5所示,其中,上面第一部分为段式显示部分,下面第二部分为点阵式显示部分。而相应电路的整体结构如图6所示,其中“180段电子纸”构成了图5中的第1部分;其它部分作为主控电路板及点阵式显示部分(简称主控电路部分),为图5中的第2部分。两块电路板间通过I2C接口进行连接。
下面对这两部分进行详细说明:
一、主控电路部分
本实用新型的主控电路部分包括主控MCU、2.1寸电子纸、TF卡、温湿度传感器和电源及按键电路部分。
本实用新型的主控MCU使用挪威Energy Micro的超低功耗ARM Cortex M0+内核单片机,优选用的型号为EFM32ZG210F32-QFN32。本实用新型适合于任何使用挪威Energy Micro的超低功耗ARM EFM32系统单片机,其最小系统电路如图7所示,可分为3部分,包括:
(1)DVDD及AVDD的滤波电路
由于AVDD对电压稳定性要求更高,所以本实用新型增加了磁珠L1,并且增加了电阻R2来进行RC滤波。
(2)复位电路
本实用新型当开关S1按下后下降沿触发EFM32ZG210F32-QFN32芯片复位。
(3)高精度32.768kHz晶振,
由于EFM32ZG210F32-QFN32芯片内部自带RC振荡器,所以运行普通代码可以使用内部RC振荡器,但万年历的秒表对时间要求非常严格,非常小的误差经过数月的时间放大也会出现大的时间偏差,为避免该现象的发生,本实用新型在芯片的外围增加了一高精度32.768kHz晶振。
本实施例选取2.1寸电子纸为点阵式显示设备,可以显示任意文字,比如显示菜单、游戏等,功能多样。2.1寸电子纸的驱动电路如图8所示,左边部分为升压电路,该升压电路由电子纸提供脉冲,并向电子纸提供15~22V的工作电压,因此无需外部程序控制。同时为保证电子纸内部场效应管的门极、源极高电压,如图8右边部分所示,本实用新型需要在电子纸的相应电源管脚上增加旁路电容。本实用新型2.1寸电子纸的接口采用0.5mm间距24pin的FPC接口,与外部的通信协议接口为I/O口模拟的SPI接口。本实用新型同样适用于2.9寸电子纸或其它尺寸的电子纸。
TF卡接口电路如图9所示,本实用新型对TF卡的读写速度要求较高,因此需要触发EFM32ZG210F32-QFN32芯片的控制信号来控制TF卡。但平时大部分时间不需要用到TF卡,因此本实用新型增加了一个场效应管Q2,通过触发主控芯片一个I/O管脚的控制信号控制Q2,就可以关掉整个TF卡的供电,以节省功耗。
温湿度传感器用于检测周边的环境情况,可以实时向反馈当前的温湿度信息,本实用新型采用的是DHT11温湿度传感器,该传感器通过单总线形式与主控芯片通信,如图10所示。
本实用新型的电源部分包括两个方案,通过在电路板上焊接不同的器件,即可实现不同的供电方式,分别是锂电池供电及干电池供电方案。当使用锂电池供电时,充电接口使用J2(micro USB)的形式,U2为锂电池充电管理芯片,锂电池直接输出电压为3.6V~4.2V,不能直接供给整个系统工作,因此还需要U3降压芯片;而使用干电池供电则不需要这些电路,只需要焊接电池座BT1及R21。本实用新型电源均包括电压检测的功能,实现时只需焊接R22、R23,并将分压后的电压加载到EFM32ZG210F32-QFN32芯片的AD采集管脚即可检测电池电量信息,如图11的左下部分所示。
本实用新型的按键采用薄膜按键,如图11的左上部分的K2,其通过0.5mm 6pin FPC座与EFM32ZG210F32-QFN32芯片进行连接。本实用新型的薄膜按键共包括5个按键,分别为:上、下、左、右、确定键。
以上即是主控电路部分,该主控电路部分单独封装在一块PCB中,可以单独形成一个小万年历。该小万年历的功能全部集中在薄膜按键及2.1寸电子纸上,因此只能作很简单的万年历、温湿度显示功能。
二、180段电子纸电路部分
万年历显示的年、月、日、时、分及星期等信息均使用数字表示,因此可以用段式数码管的形式来显示,整个段式显示区域共用到180段电子纸,共分为3种不同的模组,分别如图12中标示的3种形式。圆圈1为两位8段式电子纸模组、圆圈2为三位米字8段式电子纸模组、圆圈3号为星盘(如生肖星盘、星座星盘等)段式电子纸模组,其中两位8段式电子纸模组需要15段来表示,本实用新型共用到6个两位8段式电子纸模组,刚好90段。而三位米字8段式电子纸模组及星盘段式电子纸模组加起来约90段,因此本实用新型共使用了两个90段的电子纸驱动芯片来驱动180段电子纸部分。
本实用新型的段式显示部分,用到3种不同形式的模组,每个模组做成独立的个体并通过FPC线与底板连接,因此实用新型的显示布局可以根据不同需要做不同的摆放调整。但不论是哪种摆放形式,驱动部分都如图2所示,需用到两个90段电子纸驱动芯片TT31090。TT31090芯片是由深圳天晶科技专门做的一款段式电子纸驱动芯片,其内部自带了电荷泵,因此无需要太多的外围电路即可实现段式电子纸的驱动。由于TT31090芯片采用COB封装形式,需要绑定到PCB板上,而通常绑定比普通贴片器件的良率低,故为保证整个电路板的成功率,本实用新型单独对以上两个TT31090芯片做了绑定板,也即是图12中所有显示模组的底板,每个模组通过FPC座的形式与底板进行连接。
实施例二
参照图11,本实用新型的第二实施例:
本实用新型的主控电路部分既适合于段式显示大万年历,同时也兼容单独主控部分的小型万年历。其中,段式显示大万年历采用普通7号干电池供电,而小型万年历则采用锂电池的供电方式。本实用新型综合考虑了这两种供电方式,针对大万年历和小型万年历这两种不同产品,只需在板子上选择焊接不同的元器件即可。
(1)锂电池供电
采用锂电池供电,主要考虑两部分内容:锂电池的充电、锂电池的降压。
本实施例的外部供电接口为Micro USB接口,锂电池充电时,需要外部USB供电输入VIN,然后输入至图11左下部分的锂电池充电电路中。D4的作用是防止电流倒灌,只允许充电电流流入而防止内部电流往外流;LED3为指示灯,当充电时灯亮、充满电时灯灭、未放BT1锂电池而提供VIN充电时灯闪烁。LED3灯的指示状态,取决于锂电池充电管理芯片U2(如PJ4054芯片)的内部功能,反映到芯片U2的管脚1。通过调节R20的阻值大小,可以调节U2对锂电池BT1的充电电流,充电电流IBAT=(VPROG/RPROG)×1000(A),其中VPROG的电压会根据不同的温度及VIN有微小的变化,这里可以忽略这些差异,视VPROG=1V,因此图中当RPROG=3.3kΩ时,IBAT≈303mA。图11左下部分的充电电路设计为恒流充电,当BT1的电压达到4.2V时,U2的BAT口停止提供充电电流,锂电池充电完成;当锂电池耗电后电压降至3.8V时,U2的BAT口再次向锂电池提供充电电流。
由于BT1锂电池正常的输出电压范围为3.6V~4.2V,而EFM32ZG210F32-QFN32芯片工作额定电压为3.3V,因此锂电池提供的电源VCC,并不能直接供给EFM32ZG210F32-QFN32芯片工作,而还需要一个降压芯片,把电压降至3.3V,如图11中的U3。该降压芯片U3的电路非常简单,只需要在输入输出端各接一个旁路电容即可,VCC经过该芯片后变为3V,图中用“3V”表示,是为兼容干电池的供电而作的标示,实际此处输出为3.3V。
对于锂电池供电方案,采集锂电池的电压非常有意义,因为锂电池剩余电量直接反映在它的输出电压上,因此在锂电池的输出端增加了R22、R23作分压电路,分压把大于单片机能处理的电压减半,使电压变动在单片机能处理的3.3V电压范围内,BAT_AD连接至单片机的AD采集管脚上,可以准确地获取到电压信息。同时为防止分压电路的耗电,本实用新型R22和R23均采用了10MΩ的大电阻。
(2)干电池供电
对于干电池供电方案,只需要焊接图11中的BT1及R21,原理为:双节干电池串联提供的干电源VCC,无需要作降压处理,直接通过R21的0Ω电阻,提供给整个主控电路工作(如图11中右下部分所示)。干电池的电压变化并不明显,对于干电池的电压检测则意义相对较小,但为了系统能够检测干电池的电量情况,也将EFM32ZG210F32-QFN32芯片的AD采集管脚连接,同样预留了电压采集电路R22、R23。
以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明,但本实用新型创造并不限于所述实施例,熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换,这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (7)
1.一种电子纸万年历,其特征在于:包括段式电子纸、EFM32最小系统、点阵式电子纸、TF卡接口电路、电源及按键电路、温湿度采集器、段式电子纸驱动芯片、点阵式电子纸驱动电路、第一PCB板和第二PCB板,所述段式电子纸通过I2C接口与EFM32最小系统连接,所述点阵式电子纸通过I/O口与EFM32最小系统连接,所述EFM32最小系统通过SPI接口与TF卡接口电路连接,所述电源及按键电路通过USB接口与EFM32最小系统连接,所述温湿度采集器通过单总线与EFM32最小系统连接;所述段式电子纸驱动芯片绑定在第一PCB板上,所述EFM32最小系统、点阵式电子纸驱动电路、TF卡接口电路、电源及按键电路和温湿度采集器均设置在第二PCB板上。
2.根据权利要求1所述的一种电子纸万年历,其特征在于:所述段式电子纸为180段式电子纸,包括两位8段式电子纸模组、三位米字8段式电子纸模组和星盘段式电子纸模组,所述段式电子纸驱动芯片包括第一TT31090芯片和第二TT31090芯片,所述第一TT31090芯片的输出端与两位8段式电子纸模组的输入端连接,所述第二TT31090芯片的输出端分别与三位米字8段式电子纸模组的输入端和星盘段式电子纸模组的输入端连接。
3.根据权利要求2所述的一种电子纸万年历,其特征在于:所述EFM32最小系统包括EFM32ZG210F32-QFN32芯片、数字电源滤波电路及模拟电源滤波电路、复位电路和高精度32.768kHz晶振,所述数字电源滤波电路及模拟电源滤波电路、复位电路和高精度32.768kHz晶振均与EFM32ZG210F32-QFN32芯片连接,所述模拟电源滤波电路包括磁珠、3V电源、第一电阻和滤波电容,所述3V电源依次通过磁珠、第一电阻和滤波电容进而与大地连接,所述第一电阻还与EFM32ZG210F32-QFN32芯片的模拟电源端连接。
4.根据权利要求3所述的一种电子纸万年历,其特征在于:所述点阵式电子纸为2.1寸电子纸,所述点阵式电子纸驱动电路包括升压电路,所述升压电路根据2.1寸电子纸提供的脉冲而向2.1寸电子纸提供15~22V的工电压,所述2.1寸电子纸的电源管脚与大地之间还连接有旁路电容。
5.根据权利要求4所述的一种电子纸万年历,其特征在于:所述TF卡接口电路包括用于控制TF卡通电或断电的场效应管,所述场效应管的栅极与EFM32ZG210F32-QFN32芯片的I/O口连接。
6.根据权利要求5所述的一种电子纸万年历,其特征在于:所述电源及按键电路包括锂电池供电电路、干电池供电电路、切换开关、按键电路,所述EFM32ZG210F32-QFN32芯片通过切换开关分别与锂电池供电电路和干电池供电电路连接,所述锂电池供电电路包括与外部电源连接的外部供电接口、锂电池充电电路及降压电路,所述外部电源依次通过外部供电接口、锂电池充电电路和降压电路进而与EFM32ZG210F32-QFN32芯片的AD采集管脚连接;所述干电池供电电路包括由两节干电池并联而成的干电池源,所述干电池源与EFM32ZG210F32-QFN32芯片的AD采集管脚连接;所述按键电路包括薄膜按键,所述薄膜按键通过FPC座与EFM32ZG210F32-QFN32芯片连接。
7.根据权利要求3-6任一项所述的一种电子纸万年历,其特征在于:所述温湿度采集器为DHT11温湿度传感器,所述DHT11温湿度传感器通过单总线与EFM32ZG210F32-QFN32芯片连接。
Priority Applications (1)
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105070186A (zh) * | 2015-07-30 | 2015-11-18 | 湖南工业大学 | 一种基于单片机的电子万年历 |
| CN105355172A (zh) * | 2015-11-19 | 2016-02-24 | 无锡威峰科技有限公司 | 一种点矩阵和段码2合1的epd显示屏 |
| CN106205415A (zh) * | 2016-08-25 | 2016-12-07 | 长沙丰灼通讯科技有限公司 | 基于段码与点阵电子墨水屏显示组合的公交站牌 |
| CN109920382A (zh) * | 2019-04-02 | 2019-06-21 | 电子科技大学中山学院 | 一种电泳电子纸驱动装置 |
-
2014
- 2014-09-02 CN CN201420503089.9U patent/CN204102474U/zh not_active Expired - Fee Related
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