关键词：电子标签;Arduino;信息推送网关;墨水显示屏

中图分类号：TP311.52     文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）06-0161-03

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

0  引  言

傳统电子货架标签是一种基于射频识别（radio fre-quency identification，RFID）技术，可完成对货物信息的存储和自动识别的电子标签。电子货架标签系统具有较大的市场空间，现已公布的权威数据显示，全球市场对电子货架标签的现实市场需求达20多亿个，市场价值规模达1000亿美元左右。在市场需求的驱动下，当前电子标签已发展为以电子屏为主，可显示更多商品信息的智能标签，然而当前大部分智能电子货架标签系统均基于某个处理器的协议进行开发，而这个开发协议往往是不开源的，这就造成了各类电子标签不兼容、不易维护、更换成本高等售后问题[1]。

Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台，由一个欧洲开发团队于2005年冬季开发出来。Arduino IDE是一个简单、易学、方便的集成开发环境，同时有着非常强的扩展性、灵活性[2]。Arduino开发平台的硬件、软件及核心库文件都是开源的，开发者可以在遵守协议的条件下进行修改。Arduino平台开源、简单、集成的开发方式，使开发者只需关注业务与功能，这样开发者更关注项目本身，有利于提高开发效率，节约开发成本[3，4]。总而言之，Arduino是一个优秀的开源单片机开发平台，更是单片机开发的发展方向。

1  电子标签系统整体设计

为了克服电子标签现有技术的不足，本设计将采用Arduino平台提供一种电子标签系统及其控制方法，以解决现有技术中兼容性差、不易维护、更换成本高的问题。电子标签部署如图1所示。

电子标签系统还包括扫描装置。扫描装置与后台服务器无线连接，用于扫描电子标签的MAC地址和商品的序列号，并发送给后台服务器，以使后台服务器建立电子标签的MAC地址与商品条形码的对应关系表。信息推送网关包括处理器及分别与处理器电连接的WSN无线收发器、无线网络通信模块和电源。

电子标签移动编辑客户端安装在用户的智能移动设备中，与后台服务器无线连接。电子标签移动编辑客户端用于标签检查人员在现场核查、修改电子标签中显示的内容。通过这种电子标签系统，用户更新某个电子标签显示的商品信息，只需要同该电子标签及后台服务器无线连接，该电子标签接收到新的商品信息后进行显示内容更新，同时后台服务器也同步更新数据库中存储的商品信息，标签检查人员在现场即可实现商品信息的更新及校验，无需往返于后台服务器和货架之间，减少了人工投入，提高了用户体验，同时也提高了商品信息维护管理效率。

2  基于Arduino平台的电子标签设计

下面对基于Arduino平台的电子标签进一步做详细描述，基于Arduino平台的电子标签示意框图如图2所示。

本技术方案提供的电子标签基于AVR的ATmega128R FA1设计。该芯片是精简指令集8位低功耗微控制器，并内置IEEE802.15.4标准的2.4G的链路预算为103.5dBm的射频收发器。该芯片Flash为128KB，RAM16KB，EEPROM4KB，具有资源丰富、体积小、宽工作电压等优点。无线通讯模块312采用AT86RF212无线收发器。系统采用AVR的Atmega128RFA1+AT86RF212无线收发器組建WSN无线网，无线收发功能采用的是IEEE 802.15.4通信标准，与信息推送网关实现无线通信。信息推送网关推送信息到电子标签，电子标签收到数据后，判断数据是否是自己的数据，如果是该电子标签的数据，则更新电子标签的数据，刷新屏幕。电子标签主控处理器和无线接收器原理图如图3所示。

电子标签还包括电源模块，电源模块用于为所述电子标签供电。电源模块包括依次电连接的电源插头、第一电压转换模块和第二电压转换模块。其中，第一电压转换模块用于将市电转换为5V的直流电，第二电压转换模块用于将5V直流电转换为3.3V直流电。电源模块分别与Arduino主控制器311、无线通讯模块312、电子墨水显示屏317及墨水显示屏驱动316电路板电连接。

3  电子标签系统的控制方法

本技术方案电子标签系统还包括一套完整的控制方法。

主步骤：

（1）步骤1：后台服务器接收并保存用户输入的电子标签MAC地址与商品序列号的对应关系表;

（2）步骤2：后台服务器接收用户输入的商品信息，并将所述商品信息与对应关系表打包加密后，发送给信息推送网关。其中，商品信息包括新建商品信息和待更新商品信息;

（3）步骤3：信息推送网关根据所述对应关系表，将商品信息推送给相应电子标签群组中的电子标签;

（4）步骤4：电子标签显示商品信息，并通过信息推送网关向后台服务器发送商品信息显示成功的反馈信号。

电子标签系统的控制方法，还包括：

（1）电子标签移动编辑客户端扫描待更新商品信息电子标签上的二维码，以向后台服务器发送商品信息更新请求，同时向该电子标签发送待更新的商品信息;

（2）后台服务器同意所述电子标签移动编辑客户端发送的商品信息更新请求后，修改存储的商品信息，并通过信息推送网关向电子标签发送商品信息更新指令;

（3）电子标签显示待更新的商品信息，并通过信息推送网关向后台服务器发送商品信息更新成功的反馈信号。

4  结  论

本文所述的电子标签系统可以连入多个电子标签群组，非常适用于大型超市、仓储物流、大型病房、大楼等场合，同时亦可大大降低数据传输的能量消耗。这种电子标签系统采用电子墨水显示屏，电子标签断电后，电子墨水显示屏依然可以正常显示，实现了超低功耗甚至零功耗。电子标签采用Atmega128RFA1控制器、微控制器和射频器件集成在同一芯片之中，仅需简单的外部射频通信电路即可实现完整的射频功能，可以有效降低整体模块的成本和体积。基于Arduino开源硬件平台进行开发，大大节约了成本，缩短了开发的周期，而且兼容性强，便于升级维护，更可根据需求采用各种不同的组网方案，如蓝牙、Zigbee和红外线[5]。

另外，电子标签的语音播报模块解决了现有技术中中老年人查看电子标签上商品价格信息困难的问题。电子标签将热红外人体感应器、光线传感器、重力传感器等检测到的信号通过信息推送网关发送给后台服务器，后台服务器可以对各种数据进行分析，从而了解电子标签所对应的商品客户喜好程度及是否缺货等信息。

参考文献：

[1] 粟向军，郭观七.RFID电子标签关键技术的应用与发展 [J].电子科技，2012，25（7）：145-147.

[2] 雒亮，祝智庭.开源硬件：撬动创客教育实践的杠杆 [J].中国电化教育，2015（4）：7-14.

[3] 蔡睿妍.Arduino的原理及应用 [J].电子设计工程，2012，20（16）：155-157.

[4] 袁本华，董铮.基于Arduino控制板的温室大棚测温系统设计 [J].安徽农业科学，2012，40（8）：5049-5050.

[5] 王洁，石红丽，瞿小玲，等.基于射频识别的无线传感网节点设计研究 [J].电子设计工程，2011，19（5）：174-176.

作者简介：张青（1972-），男，汉族，湖南临澧人，教师，工程硕士，高级工程师，研究方向：职业教育、物联网、计算机软件。