浦靈敏， 姜子祥

(蘇州健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程學(xué)院， 江蘇 太倉(cāng) 215411)

0 引 言

傳統(tǒng)超市大多使用紙質(zhì)標(biāo)簽來(lái)顯示商品的信息，人們?cè)诔械母鱾€(gè)貨架上都能看到這些小標(biāo)簽的存在，它一方面為顧客提供了基礎(chǔ)信息，也為超市管理帶來(lái)了一定的便捷。然而每當(dāng)商品價(jià)格產(chǎn)生變化，商品信息標(biāo)簽也需要被更換掉，由于傳統(tǒng)標(biāo)簽通常為紙質(zhì)標(biāo)簽，大量使用會(huì)產(chǎn)生很多的浪費(fèi)，同時(shí)維護(hù)管理標(biāo)簽需要大量的人力，容易出錯(cuò)和丟失，不適合頻繁修改，這給超市管理部門和顧客的購(gòu)物體驗(yàn)帶來(lái)了不良影響[1]。

針對(duì)存在的問(wèn)題，本文提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧超市電子標(biāo)簽系統(tǒng)，通過(guò)ZigBee技術(shù)和手機(jī)APP實(shí)現(xiàn)電子標(biāo)簽顯示信息的無(wú)線修改，僅需要一臺(tái)協(xié)調(diào)器網(wǎng)關(guān)就可以控制同一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的所有標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)，完成信息的更新，通過(guò)OLED低功耗屏幕顯示價(jià)格等信息，方便了超市管理人員進(jìn)行價(jià)格等信息的實(shí)時(shí)維護(hù)。理論上，ZigBee最大連接數(shù)量為65 000個(gè)，這個(gè)數(shù)量基本滿足超市貨品種類需求。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

如圖1所示，超市智慧電子標(biāo)簽系統(tǒng)分為協(xié)調(diào)器網(wǎng)關(guān)、節(jié)點(diǎn)和手機(jī)端管理軟件。協(xié)調(diào)器網(wǎng)關(guān)通過(guò)建立的ZigBee網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)廣播給各個(gè)ZigBee標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)后與自己ID號(hào)進(jìn)行對(duì)比，核對(duì)成功的標(biāo)簽自動(dòng)更改商品信息[2]。

圖1 超市智慧電子標(biāo)簽系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

其中，協(xié)調(diào)器網(wǎng)關(guān)是由ZigBee協(xié)調(diào)器和藍(lán)牙串口透?jìng)髂K所構(gòu)成，管理員通過(guò)手機(jī)APP將更新信息由藍(lán)牙串口透?jìng)髂K轉(zhuǎn)發(fā)進(jìn)行控制，如圖2所示；電子標(biāo)簽主要由ZigBee終端節(jié)點(diǎn)、33 mm(1.3吋)OLED屏幕、24C02存儲(chǔ)器和鋰電池所構(gòu)成，如圖3所示。

圖2 協(xié)調(diào)器網(wǎng)關(guān)組成框圖圖3 標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)組成框圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

超市智慧電子價(jià)格標(biāo)簽系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要為ZigBee無(wú)線標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)[3]，相關(guān)的硬件核心包括鋰電池接口電路、復(fù)位電路、ZigBee核心模塊、下載電路、穩(wěn)壓電路、OLED屏驅(qū)動(dòng)電路和電壓采集電路等[4]，如圖4所示。電池接口為3.7 V鋰電池接口；復(fù)位電路可在ZigBee網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)進(jìn)行復(fù)位；ZigBee核心模塊為CC2530最小系統(tǒng)電路，通過(guò)JTAG口下載標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)程序，每個(gè)節(jié)點(diǎn)下載前都需要在程序中進(jìn)行ID配置，以免出現(xiàn)標(biāo)簽重名；穩(wěn)壓采用662 K穩(wěn)壓電路；OLED屏驅(qū)動(dòng)電路采用I2C接口。

圖4 超市智慧電子標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)硬件框圖

2.1 ZigBee核心模塊

本系統(tǒng)中ZigBee標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)采用E18-MS1 ZigBee最小系統(tǒng)模塊[5-6]，其最大優(yōu)點(diǎn)是小巧、貼片封裝，模塊引腳如圖5 所示，核心芯片采用德州儀器(TI)CC2530無(wú)線單片機(jī)，它是用于2.4-GHzIEEE 802.15.4、ZigBee和RF4CE 應(yīng)用的一個(gè)真正的片上系統(tǒng)(SoC)解決方案，能夠以非常低的總的材料成本建立強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。

圖5 ZigBee核心模塊外接引腳

2.2 電源電路

電源電路包括了穩(wěn)壓電路和電壓采集電路兩部分。由于ZigBee的工作電壓為3.3 V，而普通鋰電池一般具有3.7～4.2 V電壓，本設(shè)計(jì)中通過(guò)低壓差芯片662 K穩(wěn)壓成3.3 V供ZigBee使用[14-15]。圖6所示為無(wú)線標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)穩(wěn)壓電路，它具有高紋波抑制率、低功耗、低壓差，具有過(guò)流和短路保護(hù)的CMOS降壓穩(wěn)壓功能。它能在輸入、輸出電壓差極小的情況下提供250 mA的輸出電流，并且仍能保持良好的調(diào)整率。在壓差0.2 V時(shí)可輸出90 mA的電流，在壓差0.4 V時(shí)可輸出200 mA左右的電流。由于ZigBee終端節(jié)點(diǎn)與OLED屏功耗較低且考慮到體積大小問(wèn)題，故該輸出電流滿足設(shè)計(jì)要求。鋰電池選型為常用200 mA·h鋰電池，容量適中，體積較小。通過(guò)電壓采集電路和CC2530 的P0_0口進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池容量，如圖7所示。

圖6 無(wú)線標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)穩(wěn)壓電路圖7 電壓采集電路

2.3 OLED電子標(biāo)簽顯示模塊

本系統(tǒng)中選用OLED屏幕作為商品標(biāo)簽信息的顯示，顯示模塊如圖8所示。OLED是一種不需要背光源的顯示屏幕，它由有機(jī)電激發(fā)光二極管所構(gòu)成，具有對(duì)比度高、厚度薄、視角廣、反應(yīng)速度快、可用于撓曲性面板、使用溫度范圍廣、構(gòu)造及制程較簡(jiǎn)單等優(yōu)異的特性。OLED顯示屏有2種工作模式，即IIC通信和SPI通信，考慮節(jié)省標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)I/O口資源，在本系統(tǒng)中采用IIC通信協(xié)議，OLED電子標(biāo)簽顯示接口驅(qū)動(dòng)電路如圖9所示。

圖8 電子標(biāo)簽OLED顯示模塊

圖9 OLED電子標(biāo)簽顯示接口驅(qū)動(dòng)電路

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)包括了ZigBee協(xié)議棧程序和手機(jī)端APP程序的設(shè)計(jì)，手機(jī)端通過(guò)藍(lán)牙與ZigBee協(xié)調(diào)器網(wǎng)關(guān)建立連接后，進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)通信，協(xié)調(diào)器協(xié)議棧將數(shù)據(jù)進(jìn)行廣播發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)中的所有標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)[7-10]。

3.1 ZigBee軟件設(shè)計(jì)

超市智慧無(wú)線標(biāo)簽ZigBee軟件分為協(xié)調(diào)器協(xié)議棧程序和終端節(jié)點(diǎn)協(xié)議棧程序。協(xié)調(diào)器配合藍(lán)牙透?jìng)髂K工作，管理員手機(jī)連接上藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)并且經(jīng)過(guò)密碼認(rèn)證后，在手機(jī)APP上發(fā)送相關(guān)修改信息，協(xié)調(diào)器通過(guò)藍(lán)牙串口透?jìng)鹘邮諗?shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送給相對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)。ZigBee標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)在初始化后驅(qū)動(dòng)OLED屏幕，并將上一次存入的商品信息讀出并顯示，若管理員沒(méi)有進(jìn)行修改，則顯示內(nèi)容不變，否則，ZigBee節(jié)點(diǎn)會(huì)將收到最新數(shù)據(jù)存入24C02存儲(chǔ)器中，然后刷新OLED 標(biāo)簽顯示信息。

超市智慧無(wú)線標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)的程序流程如圖10所示，節(jié)點(diǎn)上電后對(duì)ZigBee系統(tǒng)初始化，在初始化中會(huì)自動(dòng)搜尋ZigBee網(wǎng)絡(luò)并連接上，系統(tǒng)初始化后，進(jìn)行OLED顯示和存儲(chǔ)器的初始化；ZigBee標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)在存儲(chǔ)器中讀取商品的價(jià)格并顯示在OLED屏幕上，當(dāng)收到ZigBee網(wǎng)絡(luò)中協(xié)調(diào)器發(fā)送的信息后主動(dòng)進(jìn)行核對(duì)，如果信息中的ID號(hào)與節(jié)點(diǎn)的ID號(hào)一致，會(huì)將該信息重新覆蓋寫入到存儲(chǔ)器中，并實(shí)現(xiàn)OLED顯示信息的更新。

圖10 標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)程序流程圖

超市智慧無(wú)線標(biāo)簽協(xié)調(diào)器的程序流程如圖11所示，協(xié)調(diào)器上電后會(huì)對(duì)ZigBee系統(tǒng)初始化，建立一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)，隨后初始化藍(lán)牙模塊。藍(lán)牙模塊收到匹配好的手機(jī)端數(shù)據(jù)，將判斷信息格式是否是正確的協(xié)議格式，若是則廣播給各個(gè)超市智慧無(wú)線標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)，否則就繼續(xù)等待正確消息。

圖11 標(biāo)簽協(xié)調(diào)器程序流程圖

智慧超市無(wú)線標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)接收到協(xié)調(diào)器數(shù)據(jù)后與自身ID號(hào)對(duì)比，匹配成功后將接收到的數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)數(shù)組中，顯示在OLED屏幕上，通過(guò)ZigBee模塊的TTL串口也可以看到接收到的數(shù)據(jù)。標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)協(xié)議棧接收函數(shù)中主要的處理程序如下：

voidSampleApp_MessageMSGCB(afIncomingMSGPacket_t *pkt)

{

switch (pkt->clusterId)

case SAMPLEAPP_COM_CLUSTERID://判斷串口透?jìng)鰿LUSTERID

len = pkt->cmd.Data[0];

Label_Read =pkt->cmd.Data[1]-'0';

if(Label_Read ==Label_ID)//如果不是主機(jī)，則接收到數(shù)據(jù)后打印出來(lái)。

{

for(i=0;i

HalUARTWrite(0,&pkt->cmd.Data[i+1],1);

HalUARTWrite(0," ",1);

for(i=0;i<7;i++)

price_money[i]=' ';

z=len-2;

for(i=6,j=len;z>0;i--,j--,z--)

{

price_money[i]=pkt->cmd.Data[j]-'0';

}

display(Label_ID);

}

if(pkt->cmd.Data[1]=='0'&&pkt->cmd.Data[2]=='0'〗&&pkt->cmd.Data[3]=='0'&&pkt->cmd.Data[4]=='0'〗&&pkt->cmd.Data[5]==',')OLED_Fill(0x00);

if(pkt->cmd.Data[1]=='1'&&pkt->cmd.Data[2]=='1'〗&&pkt->cmd.Data[3]=='1'&&pkt->cmd.Data[4]=='1'〗&&pkt->cmd.Data[5]==',') display(Label_ID);

break;

}

將相關(guān)程序下載到超市智慧無(wú)線電子標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)各模塊中，實(shí)現(xiàn)效果如圖12所示。

3.2 手機(jī)端標(biāo)簽管理APP的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)手機(jī)端管理軟件基于安卓平臺(tái)開(kāi)發(fā)，其通過(guò)手機(jī)端藍(lán)牙與超市無(wú)線標(biāo)簽中協(xié)調(diào)器的藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，管理員僅需在APP中填入對(duì)應(yīng)標(biāo)簽號(hào)與需要修改的信息，點(diǎn)擊修改按鈕即可完成任務(wù)。

超市商品價(jià)格修改手機(jī)端程序工作流程如圖13所示。手機(jī)打開(kāi)藍(lán)牙并匹配到藍(lán)牙模塊后， APP初始化藍(lán)牙協(xié)議，若管理員輸入相關(guān)信息并點(diǎn)擊發(fā)送，數(shù)據(jù)會(huì)通過(guò)手機(jī)藍(lán)牙發(fā)送給協(xié)調(diào)器藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)。若手機(jī)沒(méi)打開(kāi)藍(lán)牙或匹配成功，APP則會(huì)打開(kāi)不成功，以提示用戶開(kāi)啟藍(lán)牙并匹配藍(lán)牙透?jìng)髂K[11-13]。

圖13 手機(jī)端管理程序工作流程

手機(jī)端管理程序APP界面如圖14所示，Public void onResume()是APP程序中藍(lán)牙初始化的核心函數(shù)，在用戶打開(kāi)藍(lán)牙功能并打開(kāi)APP后，程序會(huì)通過(guò)device.createRfcommSocketToServiceRecord(MY_UUID)方法與超市無(wú)線標(biāo)簽中協(xié)調(diào)器藍(lán)牙模塊的ID地址相匹配，在匹配成功后會(huì)提示用戶“藍(lán)牙已經(jīng)連接”，否則就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉藍(lán)牙套接字功能，相關(guān)主要代碼如下：

圖14 手機(jī)端管理程序界面

@Override

public void onResume() {

super.onResume();

BluetoothDevice device = mBluetoothAdapter.getRemoteDevice(address);

try {

btSocket = device.createRfcommSocketToServiceRecord(MY_UUID);

} catch (IOException e) {

}

mBluetoothAdapter.cancelDiscovery();

try {

btSocket.connect();

Toast.makeText(MainActivity.this, "藍(lán)牙已連接", Toast.LENGTH_SHORT).show();

} catch (IOException e) {

try {

btSocket.close();

} catch (IOException e2) {

}

}

}

4 結(jié) 語(yǔ)

本文針對(duì)目前超市在商品貨架標(biāo)簽管理中存在的問(wèn)題，提出了一種基于ZigBee和藍(lán)牙等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧電子價(jià)格標(biāo)簽系統(tǒng)，通過(guò)手機(jī)端APP將信息發(fā)送給ZigBee協(xié)調(diào)器網(wǎng)關(guān)，協(xié)調(diào)器利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給標(biāo)簽節(jié)點(diǎn)從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的修改，這種設(shè)計(jì)既節(jié)省了資源，又節(jié)省了人力，在與超市后臺(tái)結(jié)算數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)接后，將極大的提高超市貨架商品價(jià)格標(biāo)簽的管理效率。

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