基于電子紙技術(shù)的無線電子標(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：銀行的電子錢包、商業(yè)會員卡、公交卡、醫(yī)療保險卡、食堂售飯卡、門禁考勤卡、身份證卡等，隨著管理的計算機化，基于射頻技術(shù)的應(yīng)用將越來越廣，無線電子標(biāo)簽就是基于射頻技術(shù)產(chǎn)生的。具有顯示功能，可通過計算機進(jìn)行集中管理。電子紙(ePaper)是新一代的顯示裝置，其特點是對比度超高，超低功耗．只有刷新屏幕時才用電，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)計一種無線電子標(biāo)簽。

2 無線電子標(biāo)簽的工作原理

　　無線電子標(biāo)簽又名智能標(biāo)簽(Tag或Smart Labe1)，其核心是采用射頻識別RFID (Radio Frequency Identification)技術(shù)的，具有一定存儲容量的器件。射頻識別RFID是一種非接觸式的自動識別技術(shù)．它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，無須人工干預(yù)．可工作于各種惡劣環(huán)境。無線電子標(biāo)簽由IC器件、感應(yīng)天線、通信接口以及顯示模塊組成。無線電子標(biāo)簽的讀寫過程：讀寫設(shè)備(基站)通過天線定時向周圍環(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)入電磁場時，首先通過自帶的天線耦合讀寫器發(fā)射電磁波，將其整流濾波．對內(nèi)部的一個電容充電。當(dāng)電容電壓上升到特定值時．無線電子標(biāo)簽已具備足夠能量，此時電子標(biāo)簽啟動。控制器件與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，并返回信號給讀寫器。

　　無線電子標(biāo)簽IC依據(jù)ISO／IEC l5693使用13．56 MHz頻率。無線標(biāo)簽上除IC外還有RF電路和電子紙用的驅(qū)動電路、內(nèi)存和升壓電路等。ISO／IEC 15693是通過電磁感應(yīng)獲得電壓的通信方式,這里所開發(fā)的元件的電壓為+3 V，由于驅(qū)動電子顯示元件需+15 V．因此使用升壓電路，并采用獨立電源為電子紙驅(qū)動模塊供電。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，因為同性排斥、異性相吸原理，小球位置移動，從而點亮某段。電子紙真值表與靜態(tài)顯示液晶模塊相類似,分為SEG段和TopPlane段．當(dāng)SEG段和TopPlane段存在電勢差時，電子紙中的電子墨水就會移動，相應(yīng)段就會點亮或熄滅。

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

　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)計功耗低，slc05ll2在待機狀態(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)存儲和處理系統(tǒng)

　　數(shù)據(jù)存儲和處理系統(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算機、向下與無線電子標(biāo)簽之間的通訊，數(shù)據(jù)存儲處理模塊與計算機之問的通訊采用RS232方式；數(shù)據(jù)通訊處理模塊與計算機之間的通訊可采用RS232，也可以是RS485方式實現(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)暫存功能由于無線電子標(biāo)簽往往固定在貨架上，價格數(shù)據(jù)最終由計算機處理，所以應(yīng)將價格等商品顯示信息寫入該系統(tǒng)，因此必須具有存儲功能．以獲得一個與計算機獨立的工作過程， 即在刷電子標(biāo)簽時不獨占計算機，只有在下載數(shù)據(jù)時需要計算機：

　　(3)動態(tài)鏈接庫方式使用動態(tài)鏈接庫方式，使安裝在計算機內(nèi)的管理程序與數(shù)據(jù)存儲和處理模塊連接．可縮短各種應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)周期：

　　(4)電源供電可充式鋰電，停電后機內(nèi)數(shù)據(jù)可保存至少1個月以上，甚至更長時間：

　　(5)LCD顯示LCD顯示器接口，小鍵盤輸入。

5 RFID 電子標(biāo)簽在超市中的應(yīng)用

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

　　RFID系統(tǒng)可實時更新，使用方便，容易查找需要更新價格的單品，利用無線電波感應(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)試非常簡單，后期的使用和運營維護(hù)也十分便捷，可提高識別商品的速度，能夠提供可靠的性能和高度的安全性。

6 結(jié)束語

　　無線電子標(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題而電子紙可解決這一難題。

　　本文首先闡述了無線電子標(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，只需幾個I／O端口即可實現(xiàn)驅(qū)動電子紙的顯示， 同時設(shè)計數(shù)據(jù)存儲與處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠更新電子標(biāo)簽信息，使信息傳遞及時準(zhǔn)確。最后提出了電子紙無線標(biāo)簽的一種典型應(yīng)用，即超市價格簽。該應(yīng)用完全顛覆了現(xiàn)有的超市價格更新體系，可自動完成耗時的勞動密集型工作，使超市的工作人員集中精力從事深層次的為消費者的服務(wù)工作。