基于Arduino的電子標簽系統設計

關鍵詞：電子標簽;Arduino;信息推送網關;墨水顯示屏

中圖分類號：TP311.52 ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）06-0161-03

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

0 ?引 ?言

傳統電子貨架標簽是一種基于射頻識別（radio fre-quency identification，RFID）技術，可完成對貨物信息的存儲和自動識別的電子標簽。電子貨架標簽系統具有較大的市場空間，現已公布的權威數據顯示，全球市場對電子貨架標簽的現實市場需求達20多億個，市場價值規模達1000億美元左右。在市場需求的驅動下，當前電子標簽已發展為以電子屏為主，可顯示更多商品信息的智能標簽，然而當前大部分智能電子貨架標簽系統均基于某個處理器的協議進行開發，而這個開發協議往往是不開源的，這就造成了各類電子標簽不兼容、不易維護、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，由一個歐洲開發團隊于2005年冬季開發出來。Arduino IDE是一個簡單、易學、方便的集成開發環境，同時有著非常強的擴展性、靈活性[2]。Arduino開發平臺的硬件、軟件及核心庫文件都是開源的，開發者可以在遵守協議的條件下進行修改。Arduino平臺開源、簡單、集成的開發方式，使開發者只需關注業務與功能，這樣開發者更關注項目本身，有利于提高開發效率，節約開發成本[3，4]。總而言之，Arduino是一個優秀的開源單片機開發平臺，更是單片機開發的發展方向。

1 ?電子標簽系統整體設計

為了克服電子標簽現有技術的不足，本設計將采用Arduino平臺提供一種電子標簽系統及其控制方法，以解決現有技術中兼容性差、不易維護、更換成本高的問題。電子標簽部署如圖1所示。

電子標簽系統還包括掃描裝置。掃描裝置與后臺服務器無線連接，用于掃描電子標簽的MAC地址和商品的序列號，并發送給后臺服務器，以使后臺服務器建立電子標簽的MAC地址與商品條形碼的對應關系表。信息推送網關包括處理器及分別與處理器電連接的WSN無線收發器、無線網絡通信模塊和電源。

電子標簽移動編輯客戶端安裝在用戶的智能移動設備中，與后臺服務器無線連接。電子標簽移動編輯客戶端用于標簽檢查人員在現場核查、修改電子標簽中顯示的內容。通過這種電子標簽系統，用戶更新某個電子標簽顯示的商品信息，只需要同該電子標簽及后臺服務器無線連接，該電子標簽接收到新的商品信息后進行顯示內容更新，同時后臺服務器也同步更新數據庫中存儲的商品信息，標簽檢查人員在現場即可實現商品信息的更新及校驗，無需往返于后臺服務器和貨架之間，減少了人工投入，提高了用戶體驗，同時也提高了商品信息維護管理效率。

2 ?基于Arduino平臺的電子標簽設計

下面對基于Arduino平臺的電子標簽進一步做詳細描述，基于Arduino平臺的電子標簽示意框圖如圖2所示。

本技術方案提供的電子標簽基于AVR的ATmega128R FA1設計。該芯片是精簡指令集8位低功耗微控制器，并內置IEEE802.15.4標準的2.4G的鏈路預算為103.5dBm的射頻收發器。該芯片Flash為128KB，RAM16KB，EEPROM4KB，具有資源豐富、體積小、寬工作電壓等優點。無線通訊模塊312采用AT86RF212無線收發器。系統采用AVR的Atmega128RFA1+AT86RF212無線收發器組建WSN無線網，無線收發功能采用的是IEEE 802.15.4通信標準，與信息推送網關實現無線通信。信息推送網關推送信息到電子標簽，電子標簽收到數據后，判斷數據是否是自己的數據，如果是該電子標簽的數據，則更新電子標簽的數據，刷新屏幕。電子標簽主控處理器和無線接收器原理圖如圖3所示。

電子標簽還包括電源模塊，電源模塊用于為所述電子標簽供電。電源模塊包括依次電連接的電源插頭、第一電壓轉換模塊和第二電壓轉換模塊。其中，第一電壓轉換模塊用于將市電轉換為5V的直流電，第二電壓轉換模塊用于將5V直流電轉換為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及墨水顯示屏驅動316電路板電連接。

3 ?電子標簽系統的控制方法

本技術方案電子標簽系統還包括一套完整的控制方法。

主步驟：

（1）步驟1：后臺服務器接收并保存用戶輸入的電子標簽MAC地址與商品序列號的對應關系表;

（2）步驟2：后臺服務器接收用戶輸入的商品信息，并將所述商品信息與對應關系表打包加密后，發送給信息推送網關。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：信息推送網關根據所述對應關系表，將商品信息推送給相應電子標簽群組中的電子標簽;

（4）步驟4：電子標簽顯示商品信息，并通過信息推送網關向后臺服務器發送商品信息顯示成功的反饋信號。

電子標簽系統的控制方法，還包括：

（1）電子標簽移動編輯客戶端掃描待更新商品信息電子標簽上的二維碼，以向后臺服務器發送商品信息更新請求，同時向該電子標簽發送待更新的商品信息;

（2）后臺服務器同意所述電子標簽移動編輯客戶端發送的商品信息更新請求后，修改存儲的商品信息，并通過信息推送網關向電子標簽發送商品信息更新指令;

（3）電子標簽顯示待更新的商品信息，并通過信息推送網關向后臺服務器發送商品信息更新成功的反饋信號。

4 ?結 ?論

本文所述的電子標簽系統可以連入多個電子標簽群組，非常適用于大型超市、倉儲物流、大型病房、大樓等場合，同時亦可大大降低數據傳輸的能量消耗。這種電子標簽系統采用電子墨水顯示屏，電子標簽斷電后，電子墨水顯示屏依然可以正常顯示，實現了超低功耗甚至零功耗。電子標簽采用Atmega128RFA1控制器、微控制器和射頻器件集成在同一芯片之中，僅需簡單的外部射頻通信電路即可實現完整的射頻功能，可以有效降低整體模塊的成本和體積。基于Arduino開源硬件平臺進行開發，大大節約了成本，縮短了開發的周期，而且兼容性強，便于升級維護，更可根據需求采用各種不同的組網方案，如藍牙、Zigbee和紅外線[5]。

另外，電子標簽的語音播報模塊解決了現有技術中中老年人查看電子標簽上商品價格信息困難的問題。電子標簽將熱紅外人體感應器、光線傳感器、重力傳感器等檢測到的信號通過信息推送網關發送給后臺服務器，后臺服務器可以對各種數據進行分析，從而了解電子標簽所對應的商品客戶喜好程度及是否缺貨等信息。

參考文獻：

[1] 粟向軍，郭觀七.RFID電子標簽關鍵技術的應用與發展 [J].電子科技，2012，25（7）：145-147.

[2] 雒亮，祝智庭.開源硬件：撬動創客教育實踐的杠桿 [J].中國電化教育，2015（4）：7-14.

[3] 蔡睿妍.Arduino的原理及應用 [J].電子設計工程，2012，20（16）：155-157.

[4] 袁本華，董錚.基于Arduino控制板的溫室大棚測溫系統設計 [J].安徽農業科學，2012，40（8）：5049-5050.

[5] 王潔，石紅麗，瞿小玲，等.基于射頻識別的無線傳感網節點設計研究 [J].電子設計工程，2011，19（5）：174-176.

作者簡介：張青（1972-），男，漢族，湖南臨澧人，教師，工程碩士，高級工程師，研究方向：職業教育、物聯網、計算機軟件。