一種具有位置跟蹤功能的低功耗電子標(biāo)簽系統(tǒng)

王琳娜 胡冬琴

摘? 要：該文設(shè)計(jì)了一種能夠進(jìn)行定位的移動(dòng)式電子標(biāo)簽系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)線更新與定位、低功耗，而且能夠通過(guò)NB-IOT技術(shù)把定位信息發(fā)送到云端服務(wù)器。系統(tǒng)主要由嵌入式處理器STM32L476、NB-IOT模塊BC95、定位模塊、電子墨水屏及相關(guān)驅(qū)動(dòng)電路組成，為載體提供通信、位置、時(shí)間等數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、成本低、物流信息更新方便、位置定位精度高等一系列的優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：電子標(biāo)簽? 低功耗? 位置跟蹤

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391.44? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1672-3791（2019）02（c）-0011-02

近年來(lái)，線上線下融合的新零售業(yè)態(tài)正逐步得到市場(chǎng)廣泛關(guān)注，同時(shí)也面對(duì)著如何實(shí)現(xiàn)線下商超與線上電商平臺(tái)之間的銜接問(wèn)題，即如何將產(chǎn)品信息變動(dòng)及時(shí)準(zhǔn)確同步到線上線下不同的場(chǎng)景。傳統(tǒng)紙質(zhì)標(biāo)簽不能做到這一點(diǎn)，而電子價(jià)簽（ESL）可通過(guò)無(wú)線通信及時(shí)更新商品信息并同步至各大平臺(tái)，從而提高零售運(yùn)行效率。因此，這種電子貨架標(biāo)簽在新零售超市中得到了廣泛的應(yīng)用。但今天我們要介紹的是一種能夠進(jìn)行定位的移動(dòng)式電子標(biāo)簽系統(tǒng)，它不但有電子標(biāo)簽?zāi)軌驘o(wú)線更新的特點(diǎn)，也具有定位的功能，而且能夠通過(guò)現(xiàn)在最流行的NB-IOT技術(shù)把定位信息發(fā)送到云端服務(wù)器，并且實(shí)現(xiàn)了低功耗。

1? 系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)主要由電子價(jià)簽（ESL）、ESL在線服務(wù)器管理系統(tǒng)以及ESL手持終端組成。ESL管理系統(tǒng)獲取到商品對(duì)應(yīng)物流信息以及其他要更新的信息，通過(guò)服務(wù)器進(jìn)行下發(fā)，集成了NB-IOT模組的電子標(biāo)簽，會(huì)接收到這些信息并進(jìn)行更新;電子標(biāo)簽會(huì)通過(guò)GPS定位獲取的位置信息通過(guò)NB-IOT上傳位置信息給ESL管理系統(tǒng)，供用戶(hù)觀測(cè)和查詢(xún)。NB-IOT技術(shù)，它是一種全新的基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，它有效提供深度室內(nèi)覆蓋的同時(shí)，支持龐大的低吞吐率、設(shè)備的連接，并具備低功耗及優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，非常適合車(chē)輛跟蹤場(chǎng)景的應(yīng)用，因此我們?cè)陔娮訕?biāo)簽中嵌入NB-IOT模組，與電子標(biāo)簽中的電子墨水屏一起組成低功耗系統(tǒng)。由于系統(tǒng)應(yīng)用于定位追蹤領(lǐng)域，系統(tǒng)要求運(yùn)行功耗低，所以整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求采用低功耗方案設(shè)計(jì)以滿(mǎn)足長(zhǎng)時(shí)間待機(jī)應(yīng)用。系統(tǒng)采用嵌入式處理器STM32L476為主控芯片，主要包括NB-IOT模塊BC95，GPS定位模塊，WiFi定位模塊，電源、電子墨水屏及相關(guān)驅(qū)動(dòng)電路組成，為載體提供通信、位置、時(shí)間等數(shù)據(jù)。

2? 系統(tǒng)模塊

2.1 主控處理器模塊

嵌入式處理器STM32L476。最大使用主頻為8MHz。休眠功耗為ua級(jí)。它除了有UART、SPI、I2C等外圍設(shè)備接口，還有PWM、AD等豐富的片內(nèi)外設(shè)。通過(guò)UART接口接受GPS獲取到的位置信息，NB-IOT無(wú)線通信模塊BC95數(shù)據(jù)交互和傳感器件等數(shù)據(jù)，并處理系統(tǒng)接收到的定位信息。

2.2 定位模塊

系統(tǒng)內(nèi)置ATGM336H-5N北斗/GPS模塊，其應(yīng)用范圍廣泛，衛(wèi)星信號(hào)接受能力強(qiáng)，支持BDS/GPS/GLONASS衛(wèi)星導(dǎo)航的系統(tǒng)定位。它以UART串口輸出1Hz的NMEA協(xié)議位置、速度、時(shí)間等參數(shù)。ARM可以采用UART串口與ATGM336H-5N通信，提取相關(guān)系統(tǒng)所需數(shù)據(jù)。

2.3 通信模塊

NB-IOT無(wú)線通信模塊BC95的工作頻段為900MHz、850MHz、800MHz。供電電壓3.1～4.2V，模塊尺寸19.9mm×23.6mm×2.2mm。它以UART串口與主控進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為用戶(hù)提供通信服務(wù)。另外模塊的休眠電流為5uA，為系統(tǒng)的超長(zhǎng)待機(jī)時(shí)間提供保障。NB-IOT的下行速率為125kbit/s，上行速率為140kbit/s;eMTC的下行速率為4Mbit/s，上行速率為7Mbit/s。與NB-IOT相比，eMTC支持率要比NB-IOT高，其功耗和成本也高于NB-IOT。總體來(lái)說(shuō)，NB-IOT技術(shù)更適合應(yīng)用于物流車(chē)這種長(zhǎng)距離低功耗的信息更新場(chǎng)景。NB-IOT具有五大優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)讓其成為物聯(lián)網(wǎng)LPWA應(yīng)用的最佳網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)。

（1）覆蓋廣且深。NB-IOT的覆蓋面是其他技術(shù)無(wú)可比擬的，如提供改進(jìn)型的室內(nèi)覆蓋，在同頻段下，NB-IOT要比現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)增益大20dB，等同于提升了原覆蓋區(qū)域的100倍。

（2）海量連接。NB-IOT的一個(gè)扇區(qū)可以同時(shí)支持10萬(wàn)個(gè)連接，具有低延時(shí)敏感、低設(shè)備功耗、低設(shè)備成本以及優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。

（3）超低功耗。NB-IOT主要面向小數(shù)據(jù)量、低速率的應(yīng)用，所以設(shè)備功耗極低，電池的使用時(shí)長(zhǎng)可達(dá)5年以上，針對(duì)電池不能經(jīng)常更換的場(chǎng)合尤為適用。

（4）成本低。對(duì)運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，NB-IOT不需重新建網(wǎng)，射頻以及天線可復(fù)用，建網(wǎng)成本低。對(duì)于NB-IOT的產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)說(shuō)，芯片在其中位于核心基礎(chǔ)地位，NB-IOT芯片的低速率、低帶寬、低功耗的特點(diǎn)也使之具有低成本的優(yōu)勢(shì)，設(shè)備廠家評(píng)估單個(gè)連接模塊成本不超過(guò)5美元。

（5）安全性高。安全性對(duì)于網(wǎng)絡(luò)使用來(lái)說(shuō)是非常關(guān)鍵的，NB-IOT在4G網(wǎng)絡(luò)安全性能的基礎(chǔ)上，運(yùn)用雙向鑒權(quán)技術(shù)，更大地保障了用戶(hù)數(shù)據(jù)的安全。除此之外，對(duì)比無(wú)授權(quán)頻譜的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來(lái)說(shuō)，NB-IOT技術(shù)還具有可基于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的快捷升級(jí)、等同于運(yùn)營(yíng)商級(jí)別的高可靠性和高安全性，以及可實(shí)現(xiàn)全球漫游等優(yōu)勢(shì)。

3? 定位方案

為了覆蓋盡可能大的定位范圍，該定位跟蹤系統(tǒng)結(jié)合了GPS定位和WiFi定位兩種流行的定位技術(shù)，無(wú)線通信端選用上海移遠(yuǎn)公司的BC95模塊，用于將GPS獲取的定位數(shù)據(jù)通過(guò)移動(dòng)通信模塊傳至Internet上的一臺(tái)服務(wù)器上，從而可以實(shí)現(xiàn)在電腦上查詢(xún)終端位置。GPS定位服務(wù)平臺(tái)是基于GPRS和Internet通信網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)。在戶(hù)外或GPS信號(hào)強(qiáng)的區(qū)域利用GPS進(jìn)行定位，當(dāng)系統(tǒng)檢查到GPS獲取到定位數(shù)據(jù)，將自動(dòng)將WiFi模塊置于睡眠模式，以節(jié)省功耗，而當(dāng)進(jìn)入室內(nèi)或是地下等GPS信號(hào)弱的區(qū)域，系統(tǒng)將開(kāi)啟WiFi進(jìn)行輔助定位。定位系統(tǒng)可根據(jù)不同的定位場(chǎng)景提供不同的解決方案。為了覆蓋盡可能大的定位范圍，該文將定位環(huán)境分為4種情況：在僅有GPS信號(hào)環(huán)境下，采用GPS單獨(dú)定位;有WiFi和GPS信號(hào)但GPS不滿(mǎn)足定位要求的環(huán)境下，采用GPS和WiFi網(wǎng)組合定位;同時(shí)有GPS信號(hào)和WiFi信號(hào)且可單獨(dú)定位的環(huán)境下，采用WiFi網(wǎng)輔助GPS定位;有WiFi信號(hào)無(wú)GPS信號(hào)的環(huán)境下，采用WiFi網(wǎng)單獨(dú)定位。在實(shí)際定位中，可根據(jù)接收的信號(hào)情況及特定的切換策略進(jìn)行環(huán)境判定，并進(jìn)行定位方案的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫定位的需求。

4? 結(jié)語(yǔ)

隨著新零售的快速發(fā)展，人們對(duì)貨物的位置跟蹤需求越來(lái)越強(qiáng)，該系統(tǒng)具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、成本低、物流信息更新方便、位置定位精度高等一系列的優(yōu)點(diǎn)，這種基于NB-IOT并能夠進(jìn)行位置定位的電子標(biāo)簽必將在新零售的大潮中得到更為廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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