電子價格標簽的應用研究及演示系統開發

郭 穎，吳曉康，郭天太，高 嶸，朱陳兵

(中國計量大學 計量測試工程學院，浙江 杭州 310018)

電子價格標簽的應用研究及演示系統開發

郭 穎，吳曉康，郭天太，高 嶸，朱陳兵

(中國計量大學 計量測試工程學院，浙江 杭州 310018)

為從根本上解決因使用紙質價格標簽帶來的商品標示與銷售價格不符的問題，對電子價格標簽的應用進行研究，并開發由手持裝置與顯示裝置組成的電子價格標簽演示系統。手持裝置與顯示裝置由STC89C51單片機及相關數據處理電路，以及由紅外發射管與接收管組成的紅外通信電路和數碼管等器件組成。該演示系統可實現百位至小數點后一位的四位數據在手持裝置上的修改，并通過紅外傳輸的方式對顯示裝置內數據進行遠距離修改。該研究成果對促進電子價格標簽技術在我國零售業中的應用與發展具有積極的推動作用。

電子價格標簽；單片機；紅外傳輸；演示系統

0 引言

電子價格標簽(Electronic Price Label，EPL)可有效解決由使用紙質標簽導致的商品標售價格不符的問題，減輕工作量，減少一次性能源浪費，且能提高商品調價的快速性。

用于EPL無線傳輸的方式主要有3種：紅外傳輸、光學調制及無線射頻技術。其中，光學調制、無線射頻技術相對復雜且費用較高，而目前較為熱門的ZigBee和藍牙技術在結構、成本和能耗方面不適合用于電子價格標簽系統[1-2]。紅外通信具有成本低廉、連接方便、簡單易用和結構緊湊的特點，在小型設備中獲得了廣泛應用[3-4]。EPL通常使用發光二極管(LED)、有機發光二極管、液晶顯示(LCD)技術實現顯示，而低能耗的液晶顯示方式是目前眾多電子價格標簽制造商的首選方式，但LCD屏視角較小。電子紙產品良率較低導致價格相對過高，所以暫時實用性較低。但隨著電子紙技術的進一步發展與成熟，且電子紙本身無需背光，掉電后仍可顯示，決定了其在電子價格標簽中的實際使用方面比液晶有著更為光明的前景，勢必會成為未來電子價格標簽顯示的首選方式[5]。

雖然目前電子價格標簽的維護費用極低，且其所使用技術已接近成熟，但由于電子價格標簽安裝整套系統的一次性投入對中國市場來說仍顯得過高，所以至今仍未在國內見到電子價格標簽的實際應用和能獨當一面的自主品牌出現。根據多家市場調查研究機構分析，隨著電子價格標簽成本價格的進一步降低，電子價格標簽在全世界都有著非常巨大的商機[6-7]。

由于整個電子價格標簽實際應用系統過于龐大[8]，而電子價格標簽在國內仍未見到實際應用，因此，綜合目前實際情況，本文就電子價格標簽的應用進行研究，并開發由手持裝置與顯示裝置組成的電子價格標簽演示系統。在選擇技術實現和元器件時都考慮到實際可行性，并盡可能降低開發此演示系統的花費，而不是一味追求使用高新技術。

1 系統總體結構

完整的電子價格標簽系統其總體結構如圖1所示，由手持裝置、顯示裝置、EPL管理系統等幾部分組成。系統在實際更新數據時，根據所需要修改價格顯示標簽的多少，采用不同的方式實現。考慮到實際情況，演示系統開發中除涉及到手持裝置和顯示裝置的開發外，不考慮電子價格標簽系統其他部分的具體實現，以保證在現有演示系統的基礎上開發時能順利擴展為完整的電子價格標簽系統。

圖1 系統總體結構

本文開發的電子價格標簽演示系統其組成如圖2所示，主要分為兩個部分：具有數據修改、顯示功能的手持裝置和獨立的顯示裝置。其中，顯示裝置主要包括單片機控制處理電路、紅外接收電路、顯示和串口通信電路等幾部分。手持裝置除要用到紅外發射電路和按鍵外，在電路設計上與顯示裝置基本相同。另外，加裝了RS232串行通信接口，以供燒寫調試程序所用。

圖2 電子價格標簽演示系統

2 硬件設計

電子價格標簽演示系統的主要功能是演示電子價格標簽系統中手持裝置的具體工作方式，即通過手持裝置對獨立顯示裝置進行數據紅外無線傳輸遠程修改。

此系統中的紅外通信是利用波長為780 nm～950 nm的近紅外波段紅外線。發送端使用脈時調制方式，將二進制數字信號調制成某一頻率的脈沖序列，并驅動紅外發射管以光脈沖的形式發送出去；接收端將接收到的光脈沖轉換成電信號，經放大、濾波等處理后送給調解電路進行調解，還原為二進制數字信號后輸出給單片機進行處理，實現數據的無線傳輸。

集成手持與顯示裝置功能的通用電路板功能模塊圖如圖3所示。該電路主要由單片機電路、穩壓供電電路、顯示電路，以及紅外傳輸和串口通信電路等幾部分構成。

圖3 通用電路板功能模塊圖

2.1單片機電路

單片機電路模塊是本系統的核心，用于實現數據處理及存儲。本文選用超強抗干擾、高速、低功耗的STC89C41RC單片機，其指令代碼完全兼容傳統8051單片機。STC89C51RC擁有4 KB可在線編程Flash存儲器，512 B RAM存儲器，100 000可擦寫周期，工作頻率范圍為0～40 MHz，32個通用I/O口，復位后準雙向口弱上拉，有ISP(在系統可編程)/IAP(在應用可編程)，無需專用編程器/仿真器，帶EEPROM及看門狗功能。共3個16位定時器/計數器，其中定時器0還可以當成2個8位定時器使用。外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發中斷，Power Down模式可由外部中斷低電平觸發中斷方式喚醒。工作溫度范圍：0～75℃。

2.2顯示電路

本文采用紅色4位共陽極帶小數點七段數碼管3461B。連接時，按照P0口由低到高的順序，依次連接LED逆時針方向筆段位置管腳，P2.4～P2.7口用作數碼管位選信號功能，低電平點亮。具體電路連接如圖4所示。

圖4 LED段數碼管連接電路圖

圖5 紅外接收與發射電路圖

2.3紅外接收與發射電路

紅外接收電路中使用了紅外接收頭HS0038B，該接收頭內部實現了紅外信號的接收、放大、濾波，以及解調功能，從而可以將脈沖光信號解調成連續的方波信號，經單片機處理后還原成二進制數據。

實驗用的人耳數據庫為課題組拍攝制作的人耳數據庫，共采集了30個對象，每個對象有11張不同的人耳圖像。鑒于人耳生物特征具有剛性這一特點，因此課題組自攝的人耳庫主要包括光照以及拍攝角度變化（包含正面、左面、右面、上面和下面，其角度變化在5°～10°范圍內）。圖2展示了人耳庫中部分類別的人耳圖像。

紅外無線信號的接收與發射電路如圖5所示。在紅外無線傳輸中，紅外信號的調制與解調部分是其核心，考慮到電子價格標簽的實際應用，需要盡可能降低其成本。紅外信號的調制與解調可采用軟件或硬件方法實現。使用軟件方法比硬件實現更靈活，但是在具體實現上比硬件實現要困難。

2.4穩壓電路

本文選用常見的+5 V穩壓供電的三端穩壓集成電路7805，電路如圖6所示。使用時需特別注意輸入電壓與輸出電流和功率范圍，以及穩壓管的散熱問題。當穩壓器過熱時，需立即切斷電源，防止元器件燒壞。

圖6 穩壓電路圖

2.5串口通信電路

在進行單片機程序的燒寫調試時，需采用電平轉換芯片來實現51系列單片機與PC的RS-232標準接口通信電路。單片機與PC進行串口通信的具體電路如圖7所示。使用MAX232芯片對PC與單片機之間的電平進行轉換以實現兩者間的串口通信。

圖7 單片機與PC串口通信電路圖

MAX232是專為RS-232標準串口設計的單電源電平轉換芯片，適合電池供電系統。它包含4個部分：雙路電荷泵DC-DC電壓轉換器、RS-232驅動器、RS-232接收器，以及接收器與發送器使能控制輸入。MAX232內部有兩個電荷泵，將+5 V轉換為±10 V(空載)，為RS-232驅動器提供工作電壓。第一個轉換器利用電容C1將+5 V輸入加倍，得到V+輸出端C3上的+10 V；第二個轉換器利用電容C2將+10 V轉換為V-輸出端C4上的-10 V。

2.6印制電路板的制作

在實物制作時，考慮到手工布線搭建電路需要耗費大量時間，以及在整個布線過程中可能出現一些難以排查的錯誤，選擇使用Protel軟件繪制電路原理圖，并根據原理圖直接繪制PCB圖制板，以減輕在電路實體制作時手工布線的工作量。

根據實際PCB制板的開板情況和花費，通過對手持裝置與顯示裝置進行一體化通用板設計，集成兩個裝置的硬件部分，以節約開板費用。

3 軟件設計

演示系統的功能包括：手持裝置上的按鍵功能、數據的存儲與顯示、信號的發射，以及顯示裝置上數據的顯示與無線信號的接收與儲存功能。

手持裝置的軟件功能為：通過手動按鍵對帶小數點的四位十進制數進行輸入修改、確認以及數據的發送。

顯示裝置的軟件功能主要是通過串口讀取并儲存紅外接收頭HS0038B所接收到的紅外信號[9]，對該信號進行處理并顯示。

數據的讀取、發射與接收、存儲是整個演示系統中最重要的環節。手持裝置TXD串口輸出經由紅外發射管發射數據，由接收管接收、讀取并儲存。數據接收的流程與其相似，僅在數據存儲方面反向操作，即：手持設備數據通過紅外接收頭接收，通過RXD串口讀取，并由累加器存儲到相應的顯示數據儲存地址。

4 結論

本文設計并開發了一款電子價格標簽實際演示系統，包括從硬件電路設計、PCB板的繪制，到實物的焊接和軟件設計、編寫、聯機調試，成功地制作了由一個手持功能單元和顯示裝置組成的電子價格標簽演示系統。

本文討論的演示系統只是由手持與顯示裝置構成的一個子系統，實現了電子價格標簽的設計，滿足了商品價格一致性的要求，且成本低廉。雖然涉及到顯示裝置的具體開發，但距離擁有完整顯示和擴展功能的電子價格標簽還有一定距離。本文對實現電子價格標簽的實用化具有積極的借鑒與幫助作用。隨著電子紙與其相關技術的成熟，以及電子價格標簽系統的進一步完善與成本的下降，該系統的性價比將顯著提高，必將廣泛應用于人們日常的工作與生活中。

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[3] 張萌.無線傳感器網絡中幾種無線通信技術的分析比較[J].廣西輕工業, 2008, 24(10):80-81,118.

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[5] 陳俐雯,錢金維.電子紙的現狀與未來發展[J].現代顯示,2009, 20(3):54-57.

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[7] THATCHER K, HINES P J. Electronic shelf labels[J]. Retail Merchandiser, 2008, 48(3):26-28.

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Applied research on electronic price label and demo system development

Guo Ying, Wu Xiaokang, Guo Tiantai, Gao Rong, Zhu Chenbing

(College of Metrology & Measurement Engineering, China Jiliang University, Hangzhou 310018, China)

To solve the problem of price difference between the prices of items on shelf and those at check-out point caused by using paper price labels, this paper studied the application of electronic price label, and developed a demonstration system including the handheld device and display device. The handheld device and display device are consisted of data processing circuit based on microprocessor STC89C51RC, infrared communication circuit including infrared emitter and receiver, and other components such as LED numeric display. This demo system can modify data on the handheld device with four significant digits, and update the price data on the display device remotely through infrared transmission. The result of this paper can help to promote development and improvement of practical application of electronic price label in China’s retail industry.

electronic price label; microprocessor; infrared transmission; demo system

TP29； TP368

A

10.19358/j.issn.1674- 7720.2017.19.028

郭穎，吳曉康，郭天太，等.電子價格標簽的應用研究及演示系統開發[J].微型機與應用，2017,36(19)：95-98.

2017-04-09)

郭穎(1994-)，女，本科在讀，主要研究方向：自動化技術和現代傳感技術。吳曉康(1992-)，男，本科在讀，主要研究方向：自動化技術與計算機技術。郭天太(1965-)，男，博士，副教授，主要研究方向：現代傳感技術與精密儀器。