基于Arduino的電子標(biāo)簽系統(tǒng)設(shè)計(jì)

關(guān)鍵詞：電子標(biāo)簽;Arduino;信息推送網(wǎng)關(guān);墨水顯示屏

中圖分類號(hào)：TP311.52 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2019）06-0161-03

Keywords：electronic tag;Arduino;information push gateway;ink display screen

0 ?引 ?言

傳統(tǒng)電子貨架標(biāo)簽是一種基于射頻識(shí)別（radio fre-quency identification，RFID）技術(shù)，可完成對(duì)貨物信息的存儲(chǔ)和自動(dòng)識(shí)別的電子標(biāo)簽。電子貨架標(biāo)簽系統(tǒng)具有較大的市場(chǎng)空間，現(xiàn)已公布的權(quán)威數(shù)據(jù)顯示，全球市場(chǎng)對(duì)電子貨架標(biāo)簽的現(xiàn)實(shí)市場(chǎng)需求達(dá)20多億個(gè)，市場(chǎng)價(jià)值規(guī)模達(dá)1000億美元左右。在市場(chǎng)需求的驅(qū)動(dòng)下，當(dāng)前電子標(biāo)簽已發(fā)展為以電子屏為主，可顯示更多商品信息的智能標(biāo)簽，然而當(dāng)前大部分智能電子貨架標(biāo)簽系統(tǒng)均基于某個(gè)處理器的協(xié)議進(jìn)行開發(fā)，而這個(gè)開發(fā)協(xié)議往往是不開源的，這就造成了各類電子標(biāo)簽不兼容、不易維護(hù)、更換成本高等售后問題[1]。

Arduino是一款便捷靈活、方便上手的開源電子原型平臺(tái)，由一個(gè)歐洲開發(fā)團(tuán)隊(duì)于2005年冬季開發(fā)出來。Arduino IDE是一個(gè)簡(jiǎn)單、易學(xué)、方便的集成開發(fā)環(huán)境，同時(shí)有著非常強(qiáng)的擴(kuò)展性、靈活性[2]。Arduino開發(fā)平臺(tái)的硬件、軟件及核心庫文件都是開源的，開發(fā)者可以在遵守協(xié)議的條件下進(jìn)行修改。Arduino平臺(tái)開源、簡(jiǎn)單、集成的開發(fā)方式，使開發(fā)者只需關(guān)注業(yè)務(wù)與功能，這樣開發(fā)者更關(guān)注項(xiàng)目本身，有利于提高開發(fā)效率，節(jié)約開發(fā)成本[3，4]?？偠灾?，Arduino是一個(gè)優(yōu)秀的開源單片機(jī)開發(fā)平臺(tái)，更是單片機(jī)開發(fā)的發(fā)展方向。

1 ?電子標(biāo)簽系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

為了克服電子標(biāo)簽現(xiàn)有技術(shù)的不足，本設(shè)計(jì)將采用Arduino平臺(tái)提供一種電子標(biāo)簽系統(tǒng)及其控制方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中兼容性差、不易維護(hù)、更換成本高的問題。電子標(biāo)簽部署如圖1所示。

電子標(biāo)簽系統(tǒng)還包括掃描裝置。掃描裝置與后臺(tái)服務(wù)器無線連接，用于掃描電子標(biāo)簽的MAC地址和商品的序列號(hào)，并發(fā)送給后臺(tái)服務(wù)器，以使后臺(tái)服務(wù)器建立電子標(biāo)簽的MAC地址與商品條形碼的對(duì)應(yīng)關(guān)系表。信息推送網(wǎng)關(guān)包括處理器及分別與處理器電連接的WSN無線收發(fā)器、無線網(wǎng)絡(luò)通信模塊和電源。

電子標(biāo)簽移動(dòng)編輯客戶端安裝在用戶的智能移動(dòng)設(shè)備中，與后臺(tái)服務(wù)器無線連接。電子標(biāo)簽移動(dòng)編輯客戶端用于標(biāo)簽檢查人員在現(xiàn)場(chǎng)核查、修改電子標(biāo)簽中顯示的內(nèi)容。通過這種電子標(biāo)簽系統(tǒng)，用戶更新某個(gè)電子標(biāo)簽顯示的商品信息，只需要同該電子標(biāo)簽及后臺(tái)服務(wù)器無線連接，該電子標(biāo)簽接收到新的商品信息后進(jìn)行顯示內(nèi)容更新，同時(shí)后臺(tái)服務(wù)器也同步更新數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的商品信息，標(biāo)簽檢查人員在現(xiàn)場(chǎng)即可實(shí)現(xiàn)商品信息的更新及校驗(yàn)，無需往返于后臺(tái)服務(wù)器和貨架之間，減少了人工投入，提高了用戶體驗(yàn)，同時(shí)也提高了商品信息維護(hù)管理效率。

2 ?基于Arduino平臺(tái)的電子標(biāo)簽設(shè)計(jì)

下面對(duì)基于Arduino平臺(tái)的電子標(biāo)簽進(jìn)一步做詳細(xì)描述，基于Arduino平臺(tái)的電子標(biāo)簽示意框圖如圖2所示。

本技術(shù)方案提供的電子標(biāo)簽基于AVR的ATmega128R FA1設(shè)計(jì)。該芯片是精簡(jiǎn)指令集8位低功耗微控制器，并內(nèi)置IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的2.4G的鏈路預(yù)算為103.5dBm的射頻收發(fā)器。該芯片F(xiàn)lash為128KB，RAM16KB，EEPROM4KB，具有資源豐富、體積小、寬工作電壓等優(yōu)點(diǎn)。無線通訊模塊312采用AT86RF212無線收發(fā)器。系統(tǒng)采用AVR的Atmega128RFA1+AT86RF212無線收發(fā)器組建WSN無線網(wǎng)，無線收發(fā)功能采用的是IEEE 802.15.4通信標(biāo)準(zhǔn)，與信息推送網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)無線通信。信息推送網(wǎng)關(guān)推送信息到電子標(biāo)簽，電子標(biāo)簽收到數(shù)據(jù)后，判斷數(shù)據(jù)是否是自己的數(shù)據(jù)，如果是該電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)，則更新電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)，刷新屏幕。電子標(biāo)簽主控處理器和無線接收器原理圖如圖3所示。

電子標(biāo)簽還包括電源模塊，電源模塊用于為所述電子標(biāo)簽供電。電源模塊包括依次電連接的電源插頭、第一電壓轉(zhuǎn)換模塊和第二電壓轉(zhuǎn)換模塊。其中，第一電壓轉(zhuǎn)換模塊用于將市電轉(zhuǎn)換為5V的直流電，第二電壓轉(zhuǎn)換模塊用于將5V直流電轉(zhuǎn)換為3.3V直流電。電源模塊分別與Arduino主控制器311、無線通訊模塊312、電子墨水顯示屏317及墨水顯示屏驅(qū)動(dòng)316電路板電連接。

3 ?電子標(biāo)簽系統(tǒng)的控制方法

本技術(shù)方案電子標(biāo)簽系統(tǒng)還包括一套完整的控制方法。

主步驟：

（1）步驟1：后臺(tái)服務(wù)器接收并保存用戶輸入的電子標(biāo)簽MAC地址與商品序列號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系表;

（2）步驟2：后臺(tái)服務(wù)器接收用戶輸入的商品信息，并將所述商品信息與對(duì)應(yīng)關(guān)系表打包加密后，發(fā)送給信息推送網(wǎng)關(guān)。其中，商品信息包括新建商品信息和待更新商品信息;

（3）步驟3：信息推送網(wǎng)關(guān)根據(jù)所述對(duì)應(yīng)關(guān)系表，將商品信息推送給相應(yīng)電子標(biāo)簽群組中的電子標(biāo)簽;

（4）步驟4：電子標(biāo)簽顯示商品信息，并通過信息推送網(wǎng)關(guān)向后臺(tái)服務(wù)器發(fā)送商品信息顯示成功的反饋信號(hào)。

電子標(biāo)簽系統(tǒng)的控制方法，還包括：

（1）電子標(biāo)簽移動(dòng)編輯客戶端掃描待更新商品信息電子標(biāo)簽上的二維碼，以向后臺(tái)服務(wù)器發(fā)送商品信息更新請(qǐng)求，同時(shí)向該電子標(biāo)簽發(fā)送待更新的商品信息;

（2）后臺(tái)服務(wù)器同意所述電子標(biāo)簽移動(dòng)編輯客戶端發(fā)送的商品信息更新請(qǐng)求后，修改存儲(chǔ)的商品信息，并通過信息推送網(wǎng)關(guān)向電子標(biāo)簽發(fā)送商品信息更新指令;

（3）電子標(biāo)簽顯示待更新的商品信息，并通過信息推送網(wǎng)關(guān)向后臺(tái)服務(wù)器發(fā)送商品信息更新成功的反饋信號(hào)。

4 ?結(jié) ?論

本文所述的電子標(biāo)簽系統(tǒng)可以連入多個(gè)電子標(biāo)簽群組，非常適用于大型超市、倉儲(chǔ)物流、大型病房、大樓等場(chǎng)合，同時(shí)亦可大大降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰肯?。這種電子標(biāo)簽系統(tǒng)采用電子墨水顯示屏，電子標(biāo)簽斷電后，電子墨水顯示屏依然可以正常顯示，實(shí)現(xiàn)了超低功耗甚至零功耗。電子標(biāo)簽采用Atmega128RFA1控制器、微控制器和射頻器件集成在同一芯片之中，僅需簡(jiǎn)單的外部射頻通信電路即可實(shí)現(xiàn)完整的射頻功能，可以有效降低整體模塊的成本和體積?；贏rduino開源硬件平臺(tái)進(jìn)行開發(fā)，大大節(jié)約了成本，縮短了開發(fā)的周期，而且兼容性強(qiáng)，便于升級(jí)維護(hù)，更可根據(jù)需求采用各種不同的組網(wǎng)方案，如藍(lán)牙、Zigbee和紅外線[5]。

另外，電子標(biāo)簽的語音播報(bào)模塊解決了現(xiàn)有技術(shù)中中老年人查看電子標(biāo)簽上商品價(jià)格信息困難的問題。電子標(biāo)簽將熱紅外人體感應(yīng)器、光線傳感器、重力傳感器等檢測(cè)到的信號(hào)通過信息推送網(wǎng)關(guān)發(fā)送給后臺(tái)服務(wù)器，后臺(tái)服務(wù)器可以對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而了解電子標(biāo)簽所對(duì)應(yīng)的商品客戶喜好程度及是否缺貨等信息。

參考文獻(xiàn)：

[1] 粟向軍，郭觀七.RFID電子標(biāo)簽關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展 [J].電子科技，2012，25（7）：145-147.

[2] 雒亮，祝智庭.開源硬件：撬動(dòng)創(chuàng)客教育實(shí)踐的杠桿 [J].中國(guó)電化教育，2015（4）：7-14.

[3] 蔡睿妍.Arduino的原理及應(yīng)用 [J].電子設(shè)計(jì)工程，2012，20（16）：155-157.

[4] 袁本華，董錚.基于Arduino控制板的溫室大棚測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì) [J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40（8）：5049-5050.

[5] 王潔，石紅麗，瞿小玲，等.基于射頻識(shí)別的無線傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)研究 [J].電子設(shè)計(jì)工程，2011，19（5）：174-176.

作者簡(jiǎn)介：張青（1972-），男，漢族，湖南臨澧人，教師，工程碩士，高級(jí)工程師，研究方向：職業(yè)教育、物聯(lián)網(wǎng)、計(jì)算機(jī)軟件。