柔性無線電子標簽系統設計

摘 ?要：本文設計了一種柔性無線電子標簽系統，筆者闡述了柔性無線電子標簽系統設計項目基本情況、電子標簽系統主要業務內容、柔性無線電子標簽系統硬件設計、系統軟件設計、系統總結。本文的電子標簽系統設計在系統開發成本、低功耗、靈活性、兼容性等方面有較大提高，并提出了多種電子標簽的無線通信組網技術供客戶選擇，為實現低成本，低功耗，靈活可靠的無線電子標簽系統提供一個參考。

關鍵詞：電子標簽系統;無線通信模塊;柔性顯示屏;半導體

中圖分類號：TP391.44;TN92 ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）13-0029-03

Flexible Wireless Electronic Label System Design

ZENG Wenbo

（Heyuan Ploytechnic，Heyuan ?517000，China）

Abstract：This paper designs a flexible wireless electronic label system. The author expounds the basic situation of flexible wireless electronic label system design project，the main business content of electronic label system，hardware design of flexible wireless electronic label system，system software design and system summary. The design of the electronic label system in this paper has greatly improved the system development cost，low power consumption，flexibility，compatibility，etc.，and proposed a variety of electronic label wireless communication networking technology for customers to choose. In order to achieve low cost，low Power consumption，flexible and reliable wireless electronic label system ，this paper provides a reference.

Keywords：electronic label system;wireless communication module;flexible display;semiconductor

0 ?引 ?言

傳統電子物品標簽是一種基于射頻識別（RFID）的技術，用于完成對物品信息的存儲和自動識別的電子標簽。電子物品標簽系統具有很大的市場空間，市場需求旺盛。在旺盛的市場需求的驅動下，目前電子標簽已發展為以電子屏為主流，可顯示更多物品信息的智能標簽，然而，當前大部分智能電子物品標簽系統往往具有成本較高、兼容性差、不易維護等問題。采用柔性顯示屏作為電子標簽的人機交互端，柔性顯示屏具有超薄、柔性特性、成本低等優良特性，通過SPI或I2C接口與電子標簽一級主控進行讀寫通信。

本文基于意法半導體STM32開發平臺進行柔性無線電子標簽系統設計，筆者闡述了柔性無線電子標簽系統設計項目的基本情況、電子標簽系統主要業務內容、柔性無線電子標簽系統硬件設計、系統軟件設計、系統總結。本文的電子標簽系統設計在系統開發成本、低功耗、靈活性、兼容性等方面有較大提高，并提出了多種電子標簽的無線通信組網技術供客戶選擇，為實現低成本、低功耗、靈活可靠的無線電子標簽系統提供一個參考。

1 ?柔性無線電子標簽系統設計項目的基本情況

為了快速進行基于物聯網系統的電子標簽系統樣機原型系統開發，本課題選取柔性無線電子標簽系統作為主題應用，圍繞意法半導體STM32F103ZET6開發板平臺進行電子標簽系統設計，柔性電子標簽系統項目基本情況表如表1所示。

2 ?柔性無線電子標簽系統硬件設計

2.1 ?意法半導體STM32F103ZET6開發板

本電子標簽系統設計采取二級控制方式，其中第一級主控采用低成本8051單片機采集和更新電子標簽數據，第二級主控采用針對微控制器系統領域的意法半導體公司（ST）的低功耗STM32F103ZET6開發板，二級主控負責通信協議轉換，實質是溝通一級節點，PC服務端，手持移動端的網絡協調器設備。一級和二級主控之間是通過433MHz無線通信模塊進行通信的（也可按照實際應用場合選用ZigBee通信、藍牙或者Wi-Fi通信）。STM32F103ZET6是ST公司推出的ARMv7架構Cortex系列的內核低功耗信號微處理器。開發板板載資源豐富，CPU采用STM32F103ZET6，144腳貼片封裝。外擴1M字節SRAM：IS62WV51216，外擴SPI 8M字節FLASH：W25Q64，1個電源指示燈3個狀態指示燈，1個容量256字節的EEPROM芯片：L24C02，采用TJA1050芯片CAN接口1路，采用SP3485芯片485接口1路。

該STM32F103ZET6微處理器具有以下特點：

（1）超低功耗，電源供電電壓3.3V，待機電流可達μA級，可工作在低功耗模式;

（2）CPU處理能力強大，可采用32位/16位精簡指令集（RISC）結構，系統時鐘主頻率72MHz，64KB RAM，內部帶512KB Flash存儲器。提供增強的媒體及數字處理能力，增加了系統性能;芯片支持ARM、Thumb-2、Thumb指令集;其中Thumb-2指令集提供了更高的代碼存儲密度，成本進一步被降低，STM32F103ZET6隸屬Cortex-M系列芯片，該系列芯片是針對成本敏感應用作了深度優化的嵌入式處理器;

（3）外圍模塊資源豐富，集成了定時器、比較器、12位ADC、3個串口（UART）、7組每組16個可復用多功能I/O、3個SPI和多個可軟件模擬I2C接口。1個USB轉串口，可用于程序下載（USMART調試）;STM32F103ZET6開發板學習資源豐富，騰訊課堂，職教云課程，人氣旺盛的STM32開發者論壇等資源便于隨時進行開發學習。

2.2 ?433MHz無線通信模塊

一級節點控制端與二級主控協調端之間是通過433MHz信息通信，采用CC1101模塊進行數據的收發。CC1101是集FSK/MSK/ASK/OOK等調制方式于一體的收發模塊，該模塊實物圖如圖1所示。該通信模塊提供擴展硬件支持，可以實現信息包處理、數據緩沖、信息群發、空閑信道的評估、鏈接質量指示及無線喚醒。其可以用于315/433/868/915MHz ISM/SRD等頻段系統中，本課題中選擇使用433MHz頻段進行通信。該通信模塊可以用于無線傳感器網絡、RFID有源電子標簽、PKE無鑰門禁系統、住宅、建筑物（智能家居）控制、無線安防系統、無線鼠標、無線鍵盤、AMR遠程抄表系統、無線類玩具等消費電子、工業監控、工業儀器儀表無線數據采集和控制、無線門禁、物流跟蹤、倉庫巡檢等。本課題采用433MHz CC1101收發模塊用于柔性無線電子標簽系統設計。

2.3 ?柔性無線電子標簽系統總體設計

本柔性電子標簽系統設計組成上包含：柔性顯示屏，電子標簽節點一級主控，STM32F103ZET6二級主控器，手持智能移動終端，PC上位機。電子標簽系統采取二級微控制方式，第一級控制采用低成本8051單片機采集和更新電子標簽數據，第二級主控采用專門針對微控制器系統領域低功耗的意法半導體公司（ST）STM32F103ZET6開發板，其中二級主控負責通信協議轉換，實質是溝通第一級主控節點，PC服務端，手持智能移動端的網絡協調器設備。一級和二級主控之間是通過433MHz無線通信模塊進行通信（也可按照實際應用場合選用ZigBee通信、藍牙或者Wi-Fi通信）。本電子標簽系統設計采用STM32F103ZET6開發板作為電子標簽主板，外擴電源轉換模塊、CC1101收發模塊、Wi-Fi模塊。結合Keil5軟件開發中控程序軟件，設計了基于柔性顯示屏的無線電子標簽系統。電子標簽系統總體設計框圖如圖2所示。

在本電子標簽設計中，主控電源轉換模塊采用的電源轉換芯是AMS1117，電源轉換模塊輸入端的正負極性接口連接到天陽能電池，輸出端的正負極接口連接到STM32F 103ZET6開發板的外接電源供電接口VCC和GND，提供主控開發板3.3V直流電源。采用二級主控開發板內置的Wi-Fi處理模塊，設置Wi-Fi作為網絡接入點（AP），用戶通過手持智能終端的網絡調試助手，以TCP協議與二級主控進行通信。當手持智能終端通過TCP協議發送數據到二級主控后，二級主控將數據通過433MHz CC1101收發模塊傳輸給電子標簽一級主控。識別到對應的信息后，一級主控就會通過對應的協議（SPI或I2C）將數據發送給柔性顯示屏，將會在柔性顯示屏上顯示不同的物品標簽信息，實現通過手持智能設備Wi-Fi控制柔性顯示屏的顯示。相對于手持智能移動端的控制，PC上位機控制的區別是通過串口與二級主控STM32F103ZET6開發板相連。

3 ?柔性無線電子標簽系統軟件設計

電子標簽一級主控與STM32F103ZET6主控器之間是433MHz無線通信，需要配置好收發模塊CC1101相應的通訊參數。首先，一級主控的通信頻道與STM32F103ZET6主控器的通信頻道要保持一致。其次，兩者所處的地址ID號要明確。二級主控STM32F103ZET6的發送地址必須是電子標簽一級主控的本機地址，這樣才能保證信息被準確接收。串口通信主要是將STM32F103ZET6開發板主控器與PC上位機的串口相連，PC的數據能夠通過串口發送給STM32F103ZET6主控。

電子標簽一級主控采用低成本的8051單片機進行開發，進行無線通信模塊參數配置后，程序檢測是否收到二級主控STM32F103ZET6發來的更新柔性顯示數據，沒有檢測到時，系統一直在輪詢檢測結果。當檢測到STM32F103ZET6主控發來的本機更新顯示數據時，一級主控控制柔性顯示屏顯示更新值。電子標簽一級主控程序流程圖如圖3所示。

STM32F103ZET6主控器相當于電子標簽系統一個“中轉站”，首先需要對主控器進行初始化，并給無線通信模塊配置相關通信參數。為確保主控器有接收到更新柔性顯示指令和及時發送了更新顯示數據到指定的一級主控節點。STM32F103ZET6主控器程序流程圖如圖4所示。

4 ?結 ?論

本文提出的是柔性無線電子標簽系統的解決方案，低功耗低成本電子標簽一級主控可以檢測到是否有需要電子標簽信息更新，并將檢測結果通過柔性顯示屏顯示出來。電子標簽系統一級主控與柔性顯示屏采用SPI或I2C接口連接，同時根據現實客戶需求，電子標簽系統可以擴展為多個電子標簽級聯以及多級主控器級聯，從而實現分布式實時檢測更新電子標簽顯示數據。電子標簽一級主控與STM32F103ZET6二級主控器之間采433MHz CC1101模塊進行信息收發，根據實際需要，系統也可以靈活采用Zigbee、藍牙、Wi-Fi等方式通信，實現電子標簽一級主控與STM32F103ZET6二級主控之間信息準確發送和接收。STM32F103ZET6二級主控器相當于電子標簽系統的一個“中轉站”，通過Wi-Fi無線模塊與手持移動智能終端進行數據通信，通過串口與PC服務端進行數據通信，借助STM32F103ZET6二級主控程序控制，實現電子標簽系統各模塊之間信息互聯互通。本電子標簽系統設計綜合考慮系統成本，系統功耗，通信可靠性性能。整個柔性電子標簽系統不僅穩定，而且低能源消耗。實驗結果表明，本電子標簽系統設計的方案具有一定的實用性、有效性和可靠性，能較好的實現低成本、低功耗、靈活可靠的無線電子標簽系統。

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作者簡介：曾文波（1983.07-），男，漢族，廣東河源人，碩士研究生，高級工程師，研究方向：物聯網應用技術、嵌入式顯示系統技術。