刘美健

（天津交通职业学院 基础教学部，天津300110）

无线网络电子货架标签是一个广泛应用在零售行业的项目，传统的价签是以纸质为主的材料，这种情况下频繁进行数据更新时，工作量较大。据统计，一个典型的零售商店每周约有10000～12000次的价格变动，通过人工进行变动价签将带来一笔不小的开销，而且往往这些操作是低效和不可靠的，需要耗费大量的人力同时仍无法保证全部价签的正确，这对于提高管理效率、降低经营成本是一个巨大的阻碍。无线网络电子价签系统是为了解决这些问题而开发的，它是利用当前被广泛采用的无线技术，利用无线通信手段，在一定距离范围内，实现自动更新电子价签的高效、高可靠性、低成本的解决方案，同时可完成设备变更的智能管理，为价格管理带来了一个全新的世界。

1 系统构成与功能

无线网络电子价签系统硬件主要由价格发布平台服务器、电子价签管理端（以下简称管理端）和电子价签终端（以下简称ESL终端或终端）；软件主要由价格发布软件、电子价签管理端软件和电子价签终端软件。该系统主要功能是将价格信息准确发布、更新，并显示在电子价签终端上。

无线网络电子价签系统采用两级点对多点、双向通信的方式实现，如图1和图2所示。第一级服务器与管理段之间采用有线网络通信方式，第二级管理端与终端之间采用高频无线通信方式。管理端将服务器发送来的数据、地址、参数等信息下发给终端，同时将终端发送的反馈信息上传给服务器。终端将接收到的信息处理后而实现保存和显示，且将接收确认命令等信息发送给管理端。从而完成电子货架价签系统信息更新和设备更新的功能。实现在同一数据库平台上，可以使系统主机、收款机和电子标签始终保持价格的一致性，并且可以方便地进行动态定价和显示促销信息，通过计算机远程控制来改变标价，无需任何手工操作。

图1 服务器与管理端连接示意图Fig.1 Server and manage the connection diagram

图2 管理端与ESL终端连接示意图Fig.2 Management end and ESL term inal connection diagram

2 系统硬件设计

系统硬件由服务器、管理端和终端3部分构成，服务器为PC机，不在设计范围之内，在此不予赘述。

2.1 管理端

管理端硬件系统主要由主控芯片AT91SAM7X256（以下简称主控芯片模块）、24L01无线收发模块、RJ45网络接口模块、电源电路模块、RS232接口模块、JTAG烧写模块、E2PROM存储模块等部分组成。主控芯片模块主要通过对各个功能模块的调用和通信数据信息的处理实现与服务器价格信息下发和终端信息上传，向服务器上报状态信息，更新的终端可以实现自动识别；RJ45网络接口模块作为有线网络通道利用TCP/IP协议实现10/100M自适应数据传输；24L01无线收发模块采用nordic的无线芯片实现2.4GHz高频无线通信，完成无线多路数据的传输，其它模块为通用辅助模块，其功能在此不予赘述。具体管理端的硬件组成框图如图3所示。

图3 管理端硬件组成框图Fig.3 Management hardware block diagram

2.2 终端

终端硬件系统主要由主控芯片ATmega8、光感应开关模块、LCD液晶显示模块、24L01无线收发模块、JTAG烧写模块、纽扣电池电源模块、外部控制按钮模块等部分组成。主控芯片ATmega8主要通过各个功能模块的调用和通信数据信息的处理实现价格信息显示以及与管理端通信，实现向服务器提交注册信息，光感应开关模块是实现终端的光感应自动开关机，是低功耗设计的关键；LCD液晶显示模块完成对更新后的数据进行显示；24L01无线收发模块采用nordic的无线芯片实现2.4 GHz高频无线通信，完成无线多路数据的传输；外部按钮处理模块完成外部按钮实现的特定功能，包括安装使能、开关机等其它模块为通用辅助模块，其功能在此不予赘述。具体终端的硬件组成框图如图4所示。

图4 终端硬件系统结构框图Fig.4 Term inal hardware system structure diagram

3 系统软件设计

系统软件由价格发布软件、管理端软件和终端软件3部分构成，价格发布软件为第三方开发的应用服务软件，属通用软件，由客户端软件和数据库服务器构成，实现数据信息的生成、发布、处理和存储等功能，同时具有管理端变更和自动搜索终端和手动添加终端功能。该部分不在设计范围之内，所以在此不予赘述。

3.1 管理端软件结构和实现功能

管理端设计上主要基于两组协议栈，包括服务器与管理端实现数据交互的TCP/IP协议栈，以及基于管理端与终端之间通信的2.4GHz无线数据通信协议。管理端主要包括5个主要工作线程，分别为中断数据接收线程、事件处理线程、网络服务线程、串口处理线程和2.4GHz无线处理线程，这5个线程相互调度实现管理端相应功能。如图5所示。

图5 管理端的软件框架Fig.5 Management the software framework

管理端作为服务器与终端之间的通道，主要功能是完成与服务器之间的通信，实现与终端之间的数据传输，从而实现服务器对整个电子价签系统的管理，系统基于ARM芯片架构设计，通过网络服务线程实现与服务器的通信，通过2.4GHz无线通信线程实现与终端的通信。

管理端通过网络服务线程接收服务器发布的价格更新信息，对接收到的数据进行分析处理，然后打包成需要通过无线模块发送的数据报文，通过调用高频无线收发模块完成报文的发送；同时通过中断数据接收线程判断是否有数据来自终端的上报请求，对从终端接收到的数据进行分析处理，并根据网络发送标志判断是否有数据需要发送给服务器，如果需要传送给服务器则打包成需要通过网络服务线程发送的数据报文发送至服务器。

服务器实时监视并接收管理端的上报信息，新安装或更换的管理端重启进入正常工作模式后，上报状态信息给服务器 （其中包括RF硬件地址），服务器收到后，应答并设置该管理端的网络参数和无线射频配置参数。管理器即可进一步安装终端。

事件处理线程主要用于终端和管理端本身出现异常情况时，将异常信息打包处理后向服务器上报；串口处理线程主要用于对管理端的各种配置的设置与修改。

3.2 终端软件结构和实现功能

采用基于24L01模块的无线数据收发的框架模式来实现终端的软件结构。终端主要是通过5个主要工作模块完成，分别为无线数据发送模块、LCD液晶显示模块和中断数据接收模块、外部按钮处理模块、光感应处理模块。如图6所示。

图6 终端的软件架构Fig.6 Term inal software architecture

终端主要实现功能是接收管理端下发的信息，以及终端本身状态上报，从而实现电子价签数据的更新及设备的变更。

终端采用定时中断模式通过无线数据接收模块获取管理端发送信息，通过比较数据判断是否发送给本终端。如果是发送给本终端，则将接收到的数据进行分析处理，并将有关信息通过LCD液晶显示模块进行显示；如果需要进行应答，通过调用无线发送模块将应答报文发送到相应的管理端。

按下终端更换安装键，终端就会以广播形式通过管理端向服务器提交注册信息，注册成功后服务器就可建立起管理端与终端的对应关系，商品索引与终端的一一对应关系。该过程如出现多个管理端向服务器同时传送相同的终端信息，服务器采用路由选择算法选择管理端。也可通过服务器人工指定管理端。

软件设计的其它模块中，按钮控制处理模块用于终端的初始化安装过程，光感应处理模块是实现终端的光感应自动开关机处理。

3.3 数据安全性设计

数据的安全性设计主要采用CRC校验、累加和校验和异或校验的3种方式。对于服务器端与管理端之间的数据通信，由于是建立在TCP协议基础之上的，所以只采用累加和校验和异或校验的方式进行校验；对于管理端与终端之间的数据通信，是由24L01无线通信模块实现，所以只采用CRC校验和累加和校验的双重方式进行校验。

3.4 系统出错处理设计

无线网络电子货架标签系统的管理端和终端在程序运行期间可能出现各种各样的情况，下面列举出可能的出错或是故障情况，系统输出信息的形式、含意以及处理方法。管理端和终端输出信息情况如表1所示。

表1 系统管理端和终端出错信息情况Tab.1 System to manage the client and the term inal error message

4 系统测试

通过搭建一个模拟超市系统进行的系统测试，测试表明系统是一个双向长距离无线通信系统，能够完成设备的在线变更管理，能够实时告警超时不通信终端，保证了终端与服务器进行双向稳定通信，数据传输快速可靠，具有实时操作日志记录和追踪功能。测试表明该系统在室外环境下，管理端与终端的双向通信范围为50m，室内复杂环境下传输距离20m以上，可在较为恶劣的储存环境下工作，如冷藏冰柜等，可以保证数据的准确更新，同时系统价格信息发布及时，而且没有出现价格数据差错的情况，验证了系统的高效稳定可靠，同时通过对电池使用电量和剩余电量的检测和计算，在实际应用环境中一个纽扣电池能够满足一个终端稳定运行3～5年。

5 结语

无线网络电子价签系统采用管理端和终端的两级点对多点、双向通信，整个系统设计融合了有线网络和无线网络优势，实现了设备变更和信息数据的交换及更新，保证了系统的稳定运行。本系统具有双向通信、电路设计模块化、组网结构简单、工作可靠、更新速度快、使用方便的特点，能够准确无误地更新电子标签数据，而且大大减少了工作量，降低了运营成本，具有普遍应用意义和广泛应用前景。

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