郭 穎，吳曉康，郭天太，高 嶸，朱陳兵

(中國計量大學(xué) 計量測試工程學(xué)院，浙江 杭州 310018)

電子價格標(biāo)簽的應(yīng)用研究及演示系統(tǒng)開發(fā)

郭 穎，吳曉康，郭天太，高 嶸，朱陳兵

(中國計量大學(xué) 計量測試工程學(xué)院，浙江 杭州 310018)

為從根本上解決因使用紙質(zhì)價格標(biāo)簽帶來的商品標(biāo)示與銷售價格不符的問題，對電子價格標(biāo)簽的應(yīng)用進(jìn)行研究，并開發(fā)由手持裝置與顯示裝置組成的電子價格標(biāo)簽演示系統(tǒng)。手持裝置與顯示裝置由STC89C51單片機(jī)及相關(guān)數(shù)據(jù)處理電路，以及由紅外發(fā)射管與接收管組成的紅外通信電路和數(shù)碼管等器件組成。該演示系統(tǒng)可實現(xiàn)百位至小數(shù)點后一位的四位數(shù)據(jù)在手持裝置上的修改，并通過紅外傳輸?shù)姆绞綄︼@示裝置內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)距離修改。該研究成果對促進(jìn)電子價格標(biāo)簽技術(shù)在我國零售業(yè)中的應(yīng)用與發(fā)展具有積極的推動作用。

電子價格標(biāo)簽；單片機(jī)；紅外傳輸；演示系統(tǒng)

0 引言

電子價格標(biāo)簽(Electronic Price Label，EPL)可有效解決由使用紙質(zhì)標(biāo)簽導(dǎo)致的商品標(biāo)售價格不符的問題，減輕工作量，減少一次性能源浪費，且能提高商品調(diào)價的快速性。

用于EPL無線傳輸?shù)姆绞街饕?種：紅外傳輸、光學(xué)調(diào)制及無線射頻技術(shù)。其中，光學(xué)調(diào)制、無線射頻技術(shù)相對復(fù)雜且費用較高，而目前較為熱門的ZigBee和藍(lán)牙技術(shù)在結(jié)構(gòu)、成本和能耗方面不適合用于電子價格標(biāo)簽系統(tǒng)[1-2]。紅外通信具有成本低廉、連接方便、簡單易用和結(jié)構(gòu)緊湊的特點，在小型設(shè)備中獲得了廣泛應(yīng)用[3-4]。EPL通常使用發(fā)光二極管(LED)、有機(jī)發(fā)光二極管、液晶顯示(LCD)技術(shù)實現(xiàn)顯示，而低能耗的液晶顯示方式是目前眾多電子價格標(biāo)簽制造商的首選方式，但LCD屏視角較小。電子紙產(chǎn)品良率較低導(dǎo)致價格相對過高，所以暫時實用性較低。但隨著電子紙技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展與成熟，且電子紙本身無需背光，掉電后仍可顯示，決定了其在電子價格標(biāo)簽中的實際使用方面比液晶有著更為光明的前景，勢必會成為未來電子價格標(biāo)簽顯示的首選方式[5]。

雖然目前電子價格標(biāo)簽的維護(hù)費用極低，且其所使用技術(shù)已接近成熟，但由于電子價格標(biāo)簽安裝整套系統(tǒng)的一次性投入對中國市場來說仍顯得過高，所以至今仍未在國內(nèi)見到電子價格標(biāo)簽的實際應(yīng)用和能獨當(dāng)一面的自主品牌出現(xiàn)。根據(jù)多家市場調(diào)查研究機(jī)構(gòu)分析，隨著電子價格標(biāo)簽成本價格的進(jìn)一步降低，電子價格標(biāo)簽在全世界都有著非常巨大的商機(jī)[6-7]。

由于整個電子價格標(biāo)簽實際應(yīng)用系統(tǒng)過于龐大[8]，而電子價格標(biāo)簽在國內(nèi)仍未見到實際應(yīng)用，因此，綜合目前實際情況，本文就電子價格標(biāo)簽的應(yīng)用進(jìn)行研究，并開發(fā)由手持裝置與顯示裝置組成的電子價格標(biāo)簽演示系統(tǒng)。在選擇技術(shù)實現(xiàn)和元器件時都考慮到實際可行性，并盡可能降低開發(fā)此演示系統(tǒng)的花費，而不是一味追求使用高新技術(shù)。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

完整的電子價格標(biāo)簽系統(tǒng)其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，由手持裝置、顯示裝置、EPL管理系統(tǒng)等幾部分組成。系統(tǒng)在實際更新數(shù)據(jù)時，根據(jù)所需要修改價格顯示標(biāo)簽的多少，采用不同的方式實現(xiàn)?？紤]到實際情況，演示系統(tǒng)開發(fā)中除涉及到手持裝置和顯示裝置的開發(fā)外，不考慮電子價格標(biāo)簽系統(tǒng)其他部分的具體實現(xiàn)，以保證在現(xiàn)有演示系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開發(fā)時能順利擴(kuò)展為完整的電子價格標(biāo)簽系統(tǒng)。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本文開發(fā)的電子價格標(biāo)簽演示系統(tǒng)其組成如圖2所示，主要分為兩個部分：具有數(shù)據(jù)修改、顯示功能的手持裝置和獨立的顯示裝置。其中，顯示裝置主要包括單片機(jī)控制處理電路、紅外接收電路、顯示和串口通信電路等幾部分。手持裝置除要用到紅外發(fā)射電路和按鍵外，在電路設(shè)計上與顯示裝置基本相同。另外，加裝了RS232串行通信接口，以供燒寫調(diào)試程序所用。

圖2 電子價格標(biāo)簽演示系統(tǒng)

2 硬件設(shè)計

電子價格標(biāo)簽演示系統(tǒng)的主要功能是演示電子價格標(biāo)簽系統(tǒng)中手持裝置的具體工作方式，即通過手持裝置對獨立顯示裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)紅外無線傳輸遠(yuǎn)程修改。

此系統(tǒng)中的紅外通信是利用波長為780 nm～950 nm的近紅外波段紅外線。發(fā)送端使用脈時調(diào)制方式，將二進(jìn)制數(shù)字信號調(diào)制成某一頻率的脈沖序列，并驅(qū)動紅外發(fā)射管以光脈沖的形式發(fā)送出去；接收端將接收到的光脈沖轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)放大、濾波等處理后送給調(diào)解電路進(jìn)行調(diào)解，還原為二進(jìn)制數(shù)字信號后輸出給單片機(jī)進(jìn)行處理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸。

集成手持與顯示裝置功能的通用電路板功能模塊圖如圖3所示。該電路主要由單片機(jī)電路、穩(wěn)壓供電電路、顯示電路，以及紅外傳輸和串口通信電路等幾部分構(gòu)成。

圖3 通用電路板功能模塊圖

2.1單片機(jī)電路

單片機(jī)電路模塊是本系統(tǒng)的核心，用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理及存儲。本文選用超強(qiáng)抗干擾、高速、低功耗的STC89C41RC單片機(jī)，其指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)。STC89C51RC擁有4 KB可在線編程Flash存儲器，512 B RAM存儲器，100 000可擦寫周期，工作頻率范圍為0～40 MHz，32個通用I/O口，復(fù)位后準(zhǔn)雙向口弱上拉，有ISP(在系統(tǒng)可編程)/IAP(在應(yīng)用可編程)，無需專用編程器/仿真器，帶EEPROM及看門狗功能。共3個16位定時器/計數(shù)器，其中定時器0還可以當(dāng)成2個8位定時器使用。外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷，Power Down模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒。工作溫度范圍：0～75℃。

2.2顯示電路

本文采用紅色4位共陽極帶小數(shù)點七段數(shù)碼管3461B。連接時，按照P0口由低到高的順序，依次連接LED逆時針方向筆段位置管腳，P2.4～P2.7口用作數(shù)碼管位選信號功能，低電平點亮。具體電路連接如圖4所示。

圖4 LED段數(shù)碼管連接電路圖

圖5 紅外接收與發(fā)射電路圖

2.3紅外接收與發(fā)射電路

紅外接收電路中使用了紅外接收頭HS0038B，該接收頭內(nèi)部實現(xiàn)了紅外信號的接收、放大、濾波，以及解調(diào)功能，從而可以將脈沖光信號解調(diào)成連續(xù)的方波信號，經(jīng)單片機(jī)處理后還原成二進(jìn)制數(shù)據(jù)。

實驗用的人耳數(shù)據(jù)庫為課題組拍攝制作的人耳數(shù)據(jù)庫，共采集了30個對象，每個對象有11張不同的人耳圖像。鑒于人耳生物特征具有剛性這一特點，因此課題組自攝的人耳庫主要包括光照以及拍攝角度變化（包含正面、左面、右面、上面和下面，其角度變化在5°～10°范圍內(nèi)）。圖2展示了人耳庫中部分類別的人耳圖像。

紅外無線信號的接收與發(fā)射電路如圖5所示。在紅外無線傳輸中，紅外信號的調(diào)制與解調(diào)部分是其核心，考慮到電子價格標(biāo)簽的實際應(yīng)用，需要盡可能降低其成本。紅外信號的調(diào)制與解調(diào)可采用軟件或硬件方法實現(xiàn)。使用軟件方法比硬件實現(xiàn)更靈活，但是在具體實現(xiàn)上比硬件實現(xiàn)要困難。

2.4穩(wěn)壓電路

本文選用常見的+5 V穩(wěn)壓供電的三端穩(wěn)壓集成電路7805，電路如圖6所示。使用時需特別注意輸入電壓與輸出電流和功率范圍，以及穩(wěn)壓管的散熱問題。當(dāng)穩(wěn)壓器過熱時，需立即切斷電源，防止元器件燒壞。

圖6 穩(wěn)壓電路圖

2.5串口通信電路

在進(jìn)行單片機(jī)程序的燒寫調(diào)試時，需采用電平轉(zhuǎn)換芯片來實現(xiàn)51系列單片機(jī)與PC的RS-232標(biāo)準(zhǔn)接口通信電路。單片機(jī)與PC進(jìn)行串口通信的具體電路如圖7所示。使用MAX232芯片對PC與單片機(jī)之間的電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換以實現(xiàn)兩者間的串口通信。

圖7 單片機(jī)與PC串口通信電路圖

MAX232是專為RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片，適合電池供電系統(tǒng)。它包含4個部分：雙路電荷泵DC-DC電壓轉(zhuǎn)換器、RS-232驅(qū)動器、RS-232接收器，以及接收器與發(fā)送器使能控制輸入。MAX232內(nèi)部有兩個電荷泵，將+5 V轉(zhuǎn)換為±10 V(空載)，為RS-232驅(qū)動器提供工作電壓。第一個轉(zhuǎn)換器利用電容C1將+5 V輸入加倍，得到V+輸出端C3上的+10 V；第二個轉(zhuǎn)換器利用電容C2將+10 V轉(zhuǎn)換為V-輸出端C4上的-10 V。

2.6印制電路板的制作

在實物制作時，考慮到手工布線搭建電路需要耗費大量時間，以及在整個布線過程中可能出現(xiàn)一些難以排查的錯誤，選擇使用Protel軟件繪制電路原理圖，并根據(jù)原理圖直接繪制PCB圖制板，以減輕在電路實體制作時手工布線的工作量。

根據(jù)實際PCB制板的開板情況和花費，通過對手持裝置與顯示裝置進(jìn)行一體化通用板設(shè)計，集成兩個裝置的硬件部分，以節(jié)約開板費用。

3 軟件設(shè)計

演示系統(tǒng)的功能包括：手持裝置上的按鍵功能、數(shù)據(jù)的存儲與顯示、信號的發(fā)射，以及顯示裝置上數(shù)據(jù)的顯示與無線信號的接收與儲存功能。

手持裝置的軟件功能為：通過手動按鍵對帶小數(shù)點的四位十進(jìn)制數(shù)進(jìn)行輸入修改、確認(rèn)以及數(shù)據(jù)的發(fā)送。

顯示裝置的軟件功能主要是通過串口讀取并儲存紅外接收頭HS0038B所接收到的紅外信號[9]，對該信號進(jìn)行處理并顯示。

數(shù)據(jù)的讀取、發(fā)射與接收、存儲是整個演示系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)。手持裝置TXD串口輸出經(jīng)由紅外發(fā)射管發(fā)射數(shù)據(jù)，由接收管接收、讀取并儲存。數(shù)據(jù)接收的流程與其相似，僅在數(shù)據(jù)存儲方面反向操作，即：手持設(shè)備數(shù)據(jù)通過紅外接收頭接收，通過RXD串口讀取，并由累加器存儲到相應(yīng)的顯示數(shù)據(jù)儲存地址。

4 結(jié)論

本文設(shè)計并開發(fā)了一款電子價格標(biāo)簽實際演示系統(tǒng)，包括從硬件電路設(shè)計、PCB板的繪制，到實物的焊接和軟件設(shè)計、編寫、聯(lián)機(jī)調(diào)試，成功地制作了由一個手持功能單元和顯示裝置組成的電子價格標(biāo)簽演示系統(tǒng)。

本文討論的演示系統(tǒng)只是由手持與顯示裝置構(gòu)成的一個子系統(tǒng)，實現(xiàn)了電子價格標(biāo)簽的設(shè)計，滿足了商品價格一致性的要求，且成本低廉。雖然涉及到顯示裝置的具體開發(fā)，但距離擁有完整顯示和擴(kuò)展功能的電子價格標(biāo)簽還有一定距離。本文對實現(xiàn)電子價格標(biāo)簽的實用化具有積極的借鑒與幫助作用。隨著電子紙與其相關(guān)技術(shù)的成熟，以及電子價格標(biāo)簽系統(tǒng)的進(jìn)一步完善與成本的下降，該系統(tǒng)的性價比將顯著提高，必將廣泛應(yīng)用于人們?nèi)粘５墓ぷ髋c生活中。

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Applied research on electronic price label and demo system development

Guo Ying, Wu Xiaokang, Guo Tiantai, Gao Rong, Zhu Chenbing

(College of Metrology & Measurement Engineering, China Jiliang University, Hangzhou 310018, China)

To solve the problem of price difference between the prices of items on shelf and those at check-out point caused by using paper price labels, this paper studied the application of electronic price label, and developed a demonstration system including the handheld device and display device. The handheld device and display device are consisted of data processing circuit based on microprocessor STC89C51RC, infrared communication circuit including infrared emitter and receiver, and other components such as LED numeric display. This demo system can modify data on the handheld device with four significant digits, and update the price data on the display device remotely through infrared transmission. The result of this paper can help to promote development and improvement of practical application of electronic price label in China’s retail industry.

electronic price label; microprocessor; infrared transmission; demo system

TP29； TP368

A

10.19358/j.issn.1674- 7720.2017.19.028

郭穎，吳曉康，郭天太，等.電子價格標(biāo)簽的應(yīng)用研究及演示系統(tǒng)開發(fā)[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2017,36(19)：95-98.

2017-04-09)

郭穎(1994-)，女，本科在讀，主要研究方向：自動化技術(shù)和現(xiàn)代傳感技術(shù)。吳曉康(1992-)，男，本科在讀，主要研究方向：自動化技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)。郭天太(1965-)，男，博士，副教授，主要研究方向：現(xiàn)代傳感技術(shù)與精密儀器。