劉美健

（天津交通職業(yè)學院 基礎(chǔ)教學部，天津300110）

無線網(wǎng)絡(luò)電子貨架標簽是一個廣泛應用在零售行業(yè)的項目，傳統(tǒng)的價簽是以紙質(zhì)為主的材料，這種情況下頻繁進行數(shù)據(jù)更新時，工作量較大。據(jù)統(tǒng)計，一個典型的零售商店每周約有10000～12000次的價格變動，通過人工進行變動價簽將帶來一筆不小的開銷，而且往往這些操作是低效和不可靠的，需要耗費大量的人力同時仍無法保證全部價簽的正確，這對于提高管理效率、降低經(jīng)營成本是一個巨大的阻礙。無線網(wǎng)絡(luò)電子價簽系統(tǒng)是為了解決這些問題而開發(fā)的，它是利用當前被廣泛采用的無線技術(shù)，利用無線通信手段，在一定距離范圍內(nèi)，實現(xiàn)自動更新電子價簽的高效、高可靠性、低成本的解決方案，同時可完成設(shè)備變更的智能管理，為價格管理帶來了一個全新的世界。

1 系統(tǒng)構(gòu)成與功能

無線網(wǎng)絡(luò)電子價簽系統(tǒng)硬件主要由價格發(fā)布平臺服務(wù)器、電子價簽管理端（以下簡稱管理端）和電子價簽終端（以下簡稱ESL終端或終端）；軟件主要由價格發(fā)布軟件、電子價簽管理端軟件和電子價簽終端軟件。該系統(tǒng)主要功能是將價格信息準確發(fā)布、更新，并顯示在電子價簽終端上。

無線網(wǎng)絡(luò)電子價簽系統(tǒng)采用兩級點對多點、雙向通信的方式實現(xiàn)，如圖1和圖2所示。第一級服務(wù)器與管理段之間采用有線網(wǎng)絡(luò)通信方式，第二級管理端與終端之間采用高頻無線通信方式。管理端將服務(wù)器發(fā)送來的數(shù)據(jù)、地址、參數(shù)等信息下發(fā)給終端，同時將終端發(fā)送的反饋信息上傳給服務(wù)器。終端將接收到的信息處理后而實現(xiàn)保存和顯示，且將接收確認命令等信息發(fā)送給管理端。從而完成電子貨架價簽系統(tǒng)信息更新和設(shè)備更新的功能。實現(xiàn)在同一數(shù)據(jù)庫平臺上，可以使系統(tǒng)主機、收款機和電子標簽始終保持價格的一致性，并且可以方便地進行動態(tài)定價和顯示促銷信息，通過計算機遠程控制來改變標價，無需任何手工操作。

圖1 服務(wù)器與管理端連接示意圖Fig.1 Server and manage the connection diagram

圖2 管理端與ESL終端連接示意圖Fig.2 Management end and ESL term inal connection diagram

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)硬件由服務(wù)器、管理端和終端3部分構(gòu)成，服務(wù)器為PC機，不在設(shè)計范圍之內(nèi)，在此不予贅述。

2.1 管理端

管理端硬件系統(tǒng)主要由主控芯片AT91SAM7X256（以下簡稱主控芯片模塊）、24L01無線收發(fā)模塊、RJ45網(wǎng)絡(luò)接口模塊、電源電路模塊、RS232接口模塊、JTAG燒寫模塊、E2PROM存儲模塊等部分組成。主控芯片模塊主要通過對各個功能模塊的調(diào)用和通信數(shù)據(jù)信息的處理實現(xiàn)與服務(wù)器價格信息下發(fā)和終端信息上傳，向服務(wù)器上報狀態(tài)信息，更新的終端可以實現(xiàn)自動識別；RJ45網(wǎng)絡(luò)接口模塊作為有線網(wǎng)絡(luò)通道利用TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)10/100M自適應數(shù)據(jù)傳輸；24L01無線收發(fā)模塊采用nordic的無線芯片實現(xiàn)2.4GHz高頻無線通信，完成無線多路數(shù)據(jù)的傳輸，其它模塊為通用輔助模塊，其功能在此不予贅述。具體管理端的硬件組成框圖如圖3所示。

圖3 管理端硬件組成框圖Fig.3 Management hardware block diagram

2.2 終端

終端硬件系統(tǒng)主要由主控芯片ATmega8、光感應開關(guān)模塊、LCD液晶顯示模塊、24L01無線收發(fā)模塊、JTAG燒寫模塊、紐扣電池電源模塊、外部控制按鈕模塊等部分組成。主控芯片ATmega8主要通過各個功能模塊的調(diào)用和通信數(shù)據(jù)信息的處理實現(xiàn)價格信息顯示以及與管理端通信，實現(xiàn)向服務(wù)器提交注冊信息，光感應開關(guān)模塊是實現(xiàn)終端的光感應自動開關(guān)機，是低功耗設(shè)計的關(guān)鍵；LCD液晶顯示模塊完成對更新后的數(shù)據(jù)進行顯示；24L01無線收發(fā)模塊采用nordic的無線芯片實現(xiàn)2.4 GHz高頻無線通信，完成無線多路數(shù)據(jù)的傳輸；外部按鈕處理模塊完成外部按鈕實現(xiàn)的特定功能，包括安裝使能、開關(guān)機等其它模塊為通用輔助模塊，其功能在此不予贅述。具體終端的硬件組成框圖如圖4所示。

圖4 終端硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖Fig.4 Term inal hardware system structure diagram

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件由價格發(fā)布軟件、管理端軟件和終端軟件3部分構(gòu)成，價格發(fā)布軟件為第三方開發(fā)的應用服務(wù)軟件，屬通用軟件，由客戶端軟件和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器構(gòu)成，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的生成、發(fā)布、處理和存儲等功能，同時具有管理端變更和自動搜索終端和手動添加終端功能。該部分不在設(shè)計范圍之內(nèi)，所以在此不予贅述。

3.1 管理端軟件結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)功能

管理端設(shè)計上主要基于兩組協(xié)議棧，包括服務(wù)器與管理端實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互的TCP/IP協(xié)議棧，以及基于管理端與終端之間通信的2.4GHz無線數(shù)據(jù)通信協(xié)議。管理端主要包括5個主要工作線程，分別為中斷數(shù)據(jù)接收線程、事件處理線程、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)線程、串口處理線程和2.4GHz無線處理線程，這5個線程相互調(diào)度實現(xiàn)管理端相應功能。如圖5所示。

圖5 管理端的軟件框架Fig.5 Management the software framework

管理端作為服務(wù)器與終端之間的通道，主要功能是完成與服務(wù)器之間的通信，實現(xiàn)與終端之間的數(shù)據(jù)傳輸，從而實現(xiàn)服務(wù)器對整個電子價簽系統(tǒng)的管理，系統(tǒng)基于ARM芯片架構(gòu)設(shè)計，通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)線程實現(xiàn)與服務(wù)器的通信，通過2.4GHz無線通信線程實現(xiàn)與終端的通信。

管理端通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)線程接收服務(wù)器發(fā)布的價格更新信息，對接收到的數(shù)據(jù)進行分析處理，然后打包成需要通過無線模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)報文，通過調(diào)用高頻無線收發(fā)模塊完成報文的發(fā)送；同時通過中斷數(shù)據(jù)接收線程判斷是否有數(shù)據(jù)來自終端的上報請求，對從終端接收到的數(shù)據(jù)進行分析處理，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送標志判斷是否有數(shù)據(jù)需要發(fā)送給服務(wù)器，如果需要傳送給服務(wù)器則打包成需要通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)線程發(fā)送的數(shù)據(jù)報文發(fā)送至服務(wù)器。

服務(wù)器實時監(jiān)視并接收管理端的上報信息，新安裝或更換的管理端重啟進入正常工作模式后，上報狀態(tài)信息給服務(wù)器 （其中包括RF硬件地址），服務(wù)器收到后，應答并設(shè)置該管理端的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和無線射頻配置參數(shù)。管理器即可進一步安裝終端。

事件處理線程主要用于終端和管理端本身出現(xiàn)異常情況時，將異常信息打包處理后向服務(wù)器上報；串口處理線程主要用于對管理端的各種配置的設(shè)置與修改。

3.2 終端軟件結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)功能

采用基于24L01模塊的無線數(shù)據(jù)收發(fā)的框架模式來實現(xiàn)終端的軟件結(jié)構(gòu)。終端主要是通過5個主要工作模塊完成，分別為無線數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、LCD液晶顯示模塊和中斷數(shù)據(jù)接收模塊、外部按鈕處理模塊、光感應處理模塊。如圖6所示。

圖6 終端的軟件架構(gòu)Fig.6 Term inal software architecture

終端主要實現(xiàn)功能是接收管理端下發(fā)的信息，以及終端本身狀態(tài)上報，從而實現(xiàn)電子價簽數(shù)據(jù)的更新及設(shè)備的變更。

終端采用定時中斷模式通過無線數(shù)據(jù)接收模塊獲取管理端發(fā)送信息，通過比較數(shù)據(jù)判斷是否發(fā)送給本終端。如果是發(fā)送給本終端，則將接收到的數(shù)據(jù)進行分析處理，并將有關(guān)信息通過LCD液晶顯示模塊進行顯示；如果需要進行應答，通過調(diào)用無線發(fā)送模塊將應答報文發(fā)送到相應的管理端。

按下終端更換安裝鍵，終端就會以廣播形式通過管理端向服務(wù)器提交注冊信息，注冊成功后服務(wù)器就可建立起管理端與終端的對應關(guān)系，商品索引與終端的一一對應關(guān)系。該過程如出現(xiàn)多個管理端向服務(wù)器同時傳送相同的終端信息，服務(wù)器采用路由選擇算法選擇管理端。也可通過服務(wù)器人工指定管理端。

軟件設(shè)計的其它模塊中，按鈕控制處理模塊用于終端的初始化安裝過程，光感應處理模塊是實現(xiàn)終端的光感應自動開關(guān)機處理。

3.3 數(shù)據(jù)安全性設(shè)計

數(shù)據(jù)的安全性設(shè)計主要采用CRC校驗、累加和校驗和異或校驗的3種方式。對于服務(wù)器端與管理端之間的數(shù)據(jù)通信，由于是建立在TCP協(xié)議基礎(chǔ)之上的，所以只采用累加和校驗和異或校驗的方式進行校驗；對于管理端與終端之間的數(shù)據(jù)通信，是由24L01無線通信模塊實現(xiàn)，所以只采用CRC校驗和累加和校驗的雙重方式進行校驗。

3.4 系統(tǒng)出錯處理設(shè)計

無線網(wǎng)絡(luò)電子貨架標簽系統(tǒng)的管理端和終端在程序運行期間可能出現(xiàn)各種各樣的情況，下面列舉出可能的出錯或是故障情況，系統(tǒng)輸出信息的形式、含意以及處理方法。管理端和終端輸出信息情況如表1所示。

表1 系統(tǒng)管理端和終端出錯信息情況Tab.1 System to manage the client and the term inal error message

4 系統(tǒng)測試

通過搭建一個模擬超市系統(tǒng)進行的系統(tǒng)測試，測試表明系統(tǒng)是一個雙向長距離無線通信系統(tǒng)，能夠完成設(shè)備的在線變更管理，能夠?qū)崟r告警超時不通信終端，保證了終端與服務(wù)器進行雙向穩(wěn)定通信，數(shù)據(jù)傳輸快速可靠，具有實時操作日志記錄和追蹤功能。測試表明該系統(tǒng)在室外環(huán)境下，管理端與終端的雙向通信范圍為50m，室內(nèi)復雜環(huán)境下傳輸距離20m以上，可在較為惡劣的儲存環(huán)境下工作，如冷藏冰柜等，可以保證數(shù)據(jù)的準確更新，同時系統(tǒng)價格信息發(fā)布及時，而且沒有出現(xiàn)價格數(shù)據(jù)差錯的情況，驗證了系統(tǒng)的高效穩(wěn)定可靠，同時通過對電池使用電量和剩余電量的檢測和計算，在實際應用環(huán)境中一個紐扣電池能夠滿足一個終端穩(wěn)定運行3～5年。

5 結(jié)語

無線網(wǎng)絡(luò)電子價簽系統(tǒng)采用管理端和終端的兩級點對多點、雙向通信，整個系統(tǒng)設(shè)計融合了有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢，實現(xiàn)了設(shè)備變更和信息數(shù)據(jù)的交換及更新，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。本系統(tǒng)具有雙向通信、電路設(shè)計模塊化、組網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、更新速度快、使用方便的特點，能夠準確無誤地更新電子標簽數(shù)據(jù)，而且大大減少了工作量，降低了運營成本，具有普遍應用意義和廣泛應用前景。

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