基于電子紙技術(shù)的無(wú)線電子標(biāo)簽研究

1 引言

　　射頻技術(shù)已獲得廣泛應(yīng)用，尤其是在各行各業(yè)的管理中，如：銀行的電子錢(qián)包、商業(yè)會(huì)員卡、公交卡、醫(yī)療保險(xiǎn)卡、食堂售飯卡、門(mén)禁考勤卡、身份證卡等，隨著管理的計(jì)算機(jī)化，基于射頻技術(shù)的應(yīng)用將越來(lái)越廣，無(wú)線電子標(biāo)簽就是基于射頻技術(shù)產(chǎn)生的。具有顯示功能，可通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行集中管理。電子紙(ePaper)是新一代的顯示裝置，其特點(diǎn)是對(duì)比度超高，超低功耗．只有刷新屏幕時(shí)才用電，斷電保持顯示，超薄，最薄可做到0．1 mm，柔韌性良好，可任意彎曲折疊．基于電子紙以上特性．這里采用電子紙這一新型顯示元件設(shè)計(jì)一種無(wú)線電子標(biāo)簽。

2 無(wú)線電子標(biāo)簽的工作原理

　　無(wú)線電子標(biāo)簽又名智能標(biāo)簽(Tag或Smart Labe1)，其核心是采用射頻識(shí)別RFID (Radio Frequency Identification)技術(shù)的，具有一定存儲(chǔ)容量的器件。射頻識(shí)別RFID是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)．它通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，無(wú)須人工干預(yù)．可工作于各種惡劣環(huán)境。無(wú)線電子標(biāo)簽由IC器件、感應(yīng)天線、通信接口以及顯示模塊組成。無(wú)線電子標(biāo)簽的讀寫(xiě)過(guò)程：讀寫(xiě)設(shè)備(基站)通過(guò)天線定時(shí)向周?chē)h(huán)境輻射電磁波，然后進(jìn)入接收狀態(tài)，等待電子標(biāo)簽(應(yīng)答器)應(yīng)答。由于RFID 自身不含電源，因此RFID進(jìn)入電磁場(chǎng)時(shí)，首先通過(guò)自帶的天線耦合讀寫(xiě)器發(fā)射電磁波，將其整流濾波．對(duì)內(nèi)部的一個(gè)電容充電。當(dāng)電容電壓上升到特定值時(shí)．無(wú)線電子標(biāo)簽已具備足夠能量，此時(shí)電子標(biāo)簽啟動(dòng)?？刂破骷c電子紙顯示模塊通信，將一些數(shù)據(jù)發(fā)送到電子顯示模塊中，并返回信號(hào)給讀寫(xiě)器。

　　無(wú)線電子標(biāo)簽IC依據(jù)ISO／IEC l5693使用13．56 MHz頻率。無(wú)線標(biāo)簽上除IC外還有RF電路和電子紙用的驅(qū)動(dòng)電路、內(nèi)存和升壓電路等。ISO／IEC 15693是通過(guò)電磁感應(yīng)獲得電壓的通信方式,這里所開(kāi)發(fā)的元件的電壓為+3 V，由于驅(qū)動(dòng)電子顯示元件需+15 V．因此使用升壓電路，并采用獨(dú)立電源為電子紙驅(qū)動(dòng)模塊供電。系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示。

3 電子紙顯示模塊

　　電子紙是在兩層透明軟片問(wèn)夾放帶靜電的有色小球．兩種顏色顆粒、各帶正負(fù)不同電荷。膠片外面加以正負(fù)電極，因?yàn)橥耘懦?、異性相吸原理，小球位置移?dòng)，從而點(diǎn)亮某段。電子紙真值表與靜態(tài)顯示液晶模塊相類(lèi)似,分為SEG段和TopPlane段．當(dāng)SEG段和TopPlane段存在電勢(shì)差時(shí)，電子紙中的電子墨水就會(huì)移動(dòng)，相應(yīng)段就會(huì)點(diǎn)亮或熄滅。

　　電子紙需要專門(mén)的驅(qū)動(dòng)器才能驅(qū)動(dòng)顯示，這里電子紙驅(qū)動(dòng)器件采用EPSON公司生產(chǎn)的slc05112．slc05112內(nèi)置接口電路和驅(qū)動(dòng)電子紙模塊，3 V供電，便于與MCU通信。電子紙驅(qū)動(dòng)模塊分別與MCU的I／O端口相連接．通過(guò)I／O端口模擬電子紙驅(qū)動(dòng)模塊時(shí)序圖。主控制器可以通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)電子紙驅(qū)動(dòng)模塊的初始化啟動(dòng)、刷新顯示和關(guān)斷。圖2為電子紙驅(qū)動(dòng)接口設(shè)計(jì)電路連接。

　RFID獲取數(shù)據(jù)后刷新顯示電子紙．電子紙掉電后仍可以顯示， 因此該系統(tǒng)設(shè)計(jì)功耗低，slc05ll2在待機(jī)狀態(tài)下電流只有O．1 µA，在1=作情況下也僅有28 µA，1節(jié)CR2032電池即可保證其一年的工作年限。

4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理系統(tǒng)

　　數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理系統(tǒng)應(yīng)用框圖如圖3所示。

該系統(tǒng)的具體功能有：

　　(1)數(shù)據(jù)通訊功能即向上與計(jì)算機(jī)、向下與無(wú)線電子標(biāo)簽之間的通訊，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理模塊與計(jì)算機(jī)之問(wèn)的通訊采用RS232方式；數(shù)據(jù)通訊處理模塊與計(jì)算機(jī)之間的通訊可采用RS232，也可以是RS485方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸(理論通訊距離是１２００ m)：

　　(2)數(shù)據(jù)暫存功能由于無(wú)線電子標(biāo)簽往往固定在貨架上，價(jià)格數(shù)據(jù)最終由計(jì)算機(jī)處理，所以應(yīng)將價(jià)格等商品顯示信息寫(xiě)入該系統(tǒng)，因此必須具有存儲(chǔ)功能．以獲得一個(gè)與計(jì)算機(jī)獨(dú)立的工作過(guò)程， 即在刷電子標(biāo)簽時(shí)不獨(dú)占計(jì)算機(jī)，只有在下載數(shù)據(jù)時(shí)需要計(jì)算機(jī)：

　　(3)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)方式使用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)方式，使安裝在計(jì)算機(jī)內(nèi)的管理程序與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理模塊連接．可縮短各種應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)周期：

　　(4)電源供電可充式鋰電，停電后機(jī)內(nèi)數(shù)據(jù)可保存至少1個(gè)月以上，甚至更長(zhǎng)時(shí)間：

　　(5)LCD顯示LCD顯示器接口，小鍵盤(pán)輸入。

5 RFID 電子標(biāo)簽在超市中的應(yīng)用

　　在超市等零售市場(chǎng)上，不同的時(shí)間段價(jià)格也不盡相同。每當(dāng)價(jià)格有變化時(shí)就得重新更換價(jià)格標(biāo)簽。而使用新型顯示元件后就可以通過(guò)寫(xiě)入器發(fā)送并顯示新的價(jià)格信息。從而節(jié)省人力，同時(shí)也環(huán)保。超市商品的價(jià)格通常是通過(guò)電腦集中管理，然后打印價(jià)簽貼到貨架的標(biāo)簽欄，由于超市的商品種類(lèi)繁多，人工操作造成一些錯(cuò)誤。使用RFID后，物流和信息流可以實(shí)現(xiàn)對(duì)稱。從而提高價(jià)格的精確性。

　　RFID系統(tǒng)可實(shí)時(shí)更新，使用方便，容易查找需要更新價(jià)格的單品，利用無(wú)線電波感應(yīng)，使得查找商品變得更加容易 。

　　RFID電子標(biāo)簽系統(tǒng)安裝和調(diào)試非常簡(jiǎn)單，后期的使用和運(yùn)營(yíng)維護(hù)也十分便捷，可提高識(shí)別商品的速度，能夠提供可靠的性能和高度的安全性。

6 結(jié)束語(yǔ)

　　無(wú)線電子標(biāo)簽應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，但往往缺乏顯示功能。傳統(tǒng)的顯示方式不能從根本上解決功耗問(wèn)題而電子紙可解決這一難題。

　　本文首先闡述了無(wú)線電子標(biāo)簽技術(shù)， 隨后提供一款通用器件的電子紙接口，該接口兼容型強(qiáng)，只需幾個(gè)I／O端口即可實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電子紙的顯示， 同時(shí)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠更新電子標(biāo)簽信息，使信息傳遞及時(shí)準(zhǔn)確。最后提出了電子紙無(wú)線標(biāo)簽的一種典型應(yīng)用，即超市價(jià)格簽。該應(yīng)用完全顛覆了現(xiàn)有的超市價(jià)格更新體系，可自動(dòng)完成耗時(shí)的勞動(dòng)密集型工作，使超市的工作人員集中精力從事深層次的為消費(fèi)者的服務(wù)工作。