基于嵌入式單片機(jī)和射頻技術(shù)的電子價(jià)格標(biāo)簽*

曹 軍，趙 寧，許浩博，周 普，劉 淵

(東南大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院，南京 210096)

電子標(biāo)價(jià)簽是一種放置在貨架上、可代替?zhèn)鹘y(tǒng)紙質(zhì)標(biāo)簽的電子顯示裝置，它將使得零售商的價(jià)格管理進(jìn)入信息化的時(shí)代，大大簡(jiǎn)化修改價(jià)格工作，節(jié)省日益昂貴的人工費(fèi)用。超市可利用便利的貨價(jià)調(diào)節(jié)環(huán)境進(jìn)行更多的促銷，同時(shí)由于它的靈活性強(qiáng)，可準(zhǔn)確顯示實(shí)時(shí)更新的商品價(jià)格，消除貨架標(biāo)簽價(jià)格和收銀機(jī)價(jià)格的差異，滿足顧客渴望得到真實(shí)價(jià)格的愿望。該價(jià)格管理系統(tǒng)還可以與政府物價(jià)管理部門(mén)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)價(jià)格信息交流，以便政府對(duì)商品價(jià)格的調(diào)控和管理。因此，利用當(dāng)前先進(jìn)的射頻收發(fā)技術(shù)和智能化的微處理器技術(shù)，開(kāi)發(fā)具有價(jià)格低廉，裝置小巧等特點(diǎn)的電子標(biāo)簽具有現(xiàn)實(shí)意義。

本課題自行設(shè)計(jì)一套基于射頻SOC，射頻收發(fā)器，嵌入式單片機(jī)［1］的電子貨架標(biāo)簽，每排貨架有一個(gè)單片機(jī)控制若干個(gè)串聯(lián)的顯示屏。標(biāo)簽分為兩類，第一類是類似于超市的紙質(zhì)便簽?zāi)菢硬⑴棚@示的電子標(biāo)簽，可以通過(guò)中央主機(jī)/POS 系統(tǒng)更新價(jià)格等信息;第二類是彩色顯示屏，可用作商品的廣告。接入點(diǎn)設(shè)備是一種具有微處理器的射頻收發(fā)器，按照通訊協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

1 硬件構(gòu)成

1.1 總體硬件結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示，整個(gè)硬件系統(tǒng)由二個(gè)部分組成:①待售商品信息讀取系統(tǒng)，②商品價(jià)格顯示系統(tǒng)。這二個(gè)部分的數(shù)據(jù)交流是通過(guò)無(wú)線通信的方式進(jìn)行的。

圖1 硬件結(jié)構(gòu)框圖

商品信息讀取系統(tǒng)是由商品信息條形碼掃描器、電腦主機(jī)、單片機(jī)和無(wú)線射頻發(fā)送模塊組成。條形碼掃描器將商品的信息讀取后送電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)登錄、價(jià)格標(biāo)定等數(shù)據(jù)處理后，送單片機(jī)A(MSP430F149)，單片機(jī)A 接收到有關(guān)商品名稱、價(jià)格、產(chǎn)地等數(shù)據(jù)后，通過(guò)無(wú)線發(fā)送模塊(CC2500)發(fā)送至商品價(jià)格顯示系統(tǒng)［2］。

商品價(jià)格顯示系統(tǒng)將來(lái)自無(wú)線接收模塊(CC2500)的商品價(jià)格信息送至單片機(jī) B(MSP430F149)［3］，進(jìn)處理后送液晶顯示器顯示［4］。

MSP430 系列單片機(jī)是美國(guó)德州儀器(TI)公司生產(chǎn)的的一種16 bit 超低功耗、具有精簡(jiǎn)指令集的混合信號(hào)處理器，很適合應(yīng)用于采用電池供電的長(zhǎng)時(shí)間工作場(chǎng)合。另外，MSP430 單片機(jī)串行通信模塊功能很強(qiáng)，與傳統(tǒng)串行通信相比，他可以用低時(shí)鐘頻率實(shí)現(xiàn)高速通信。

1.2 掃描模塊

條形碼(Barcode)是將寬度不等的多個(gè)黑條和空白，按照一定的編碼規(guī)則排列，用以表達(dá)一組信息的圖形標(biāo)識(shí)符，即一串?dāng)?shù)字信息。條形碼可以標(biāo)出物品的生產(chǎn)國(guó)、制造廠家、商品名稱、生產(chǎn)日期、圖書(shū)分類號(hào)、郵件起止地點(diǎn)、類別、日期等信息，因而在商品流通、圖書(shū)管理、郵政管理、銀行系統(tǒng)等許多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。條形碼的掃描需要掃描器，掃描器利用自身光源照射條形碼，再利用光電轉(zhuǎn)換器接受反射的光線，將反射光線的明暗轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。不論是采取何種規(guī)則印制的條形碼，都由靜區(qū)、起始字符、數(shù)據(jù)字符與終止字符組成。本設(shè)計(jì)輸入模塊采用的是市場(chǎng)上的條碼掃描儀，如圖2所示，該產(chǎn)品為紅外掃描，USB 接口，即插即用型。

光源類型為可視激光二極管，波長(zhǎng)650 nm，單線掃描，速度為每秒100/200，解析度為0.1 mm(4 mil)at PCS 0.9。

圖2 條碼掃描儀

1.3 無(wú)線傳輸模塊

無(wú)線模塊采用TI 公司的的CC2500 無(wú)線收發(fā)器。CC2500 是一種低成本真正單片的2.4 GHz 收發(fā)器，為低功耗無(wú)線應(yīng)用而設(shè)計(jì)。電路設(shè)定為2 400 MHz～2 483.5 MHz 的ISM(工業(yè)，科學(xué)和醫(yī)學(xué))和SRD(短距離設(shè)備)頻率波段。RF 收發(fā)器集成了一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)500 kbit/s 的高度可配置的調(diào)制解調(diào)器。通過(guò)開(kāi)啟集成在調(diào)制解調(diào)器上的前向誤差校正選項(xiàng)，性能得到提升。CC2500為數(shù)據(jù)包處理、數(shù)據(jù)緩沖、突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸、清晰信道評(píng)估、連接質(zhì)量指示和電磁波激發(fā)提供廣泛的硬件支持。

無(wú)線發(fā)送端，通過(guò)232 串口［5］將PC 機(jī)收集的數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)MSP430F149［6］，單片機(jī)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成有效信息，并通過(guò)無(wú)線模塊CC2500 將采集得到的數(shù)據(jù)發(fā)送出去［7］;

無(wú)線接收端，通過(guò)無(wú)線模塊CC2500 接收發(fā)送端發(fā)出的數(shù)據(jù)信息，當(dāng)數(shù)據(jù)接收完成后產(chǎn)生接收完成中斷信號(hào)，單片機(jī)確認(rèn)有中斷信息后讀取無(wú)線接收緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)包協(xié)議將接收到的信息通過(guò)12864 圖形點(diǎn)陣LCD 顯示屏顯示當(dāng)前貨物。

如圖3所示，CC2500和MSP430 的組成的無(wú)線收發(fā)系統(tǒng)，具有低功耗、高性能特性，可有效地延長(zhǎng)電池使用壽命。

圖3 無(wú)線收發(fā)系統(tǒng)

1.4 液晶顯示

系統(tǒng)采用12864 圖形點(diǎn)陣液晶顯示器，可以顯示字母，數(shù)字，漢字圖形等，與單片機(jī)的接口是采用串行連接方式，其接口連線少，便于多顯示器的連接，顯示效果如圖4所示。

圖4 液晶顯示屏

1.5 單片機(jī)電源解決方案

為了解決單片機(jī)的供電問(wèn)題，我們采用了兩種供電方案:①采用電池盒作為供電電源;②采用手機(jī)的旅行充電電源匹配器。

2 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

2.1 數(shù)據(jù)管理軟件

數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)作為該系統(tǒng)的配套軟件，主要承擔(dān)整個(gè)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)處理工作［8］。其中具體有可以劃分為商品信息的采集、數(shù)據(jù)庫(kù)的寫(xiě)入和讀取、商品信息處理與發(fā)送等等。在此基礎(chǔ)上又有如下基本要求:處理速度快、信息完整、穩(wěn)定性強(qiáng)、人機(jī)界面友好等。同時(shí)，又要能實(shí)現(xiàn)后續(xù)改善，維護(hù)方便快捷的特點(diǎn)。本系統(tǒng)采用C++軟件編寫(xiě)?？蓪?shí)現(xiàn)下面的功能。

2.1.1 商品入庫(kù)與信息處理

商品信息主要是通過(guò)條形碼掃描器實(shí)時(shí)讀入的，目前所涉及的信息是條形碼，商品名稱，商品價(jià)格。但是由于掃描儀可能存在的不穩(wěn)定性，有時(shí)商品信息不能正常地被讀取，這時(shí)可以采用手動(dòng)錄入信息的方法。掃描儀的自動(dòng)讀入操作簡(jiǎn)單，速度快，讀取一件商品的信息一般不超過(guò)1 s，而手動(dòng)輸入比較慢，但是更為精確，兩者相配合可以實(shí)現(xiàn)比較好的讀取效果。

該軟件系統(tǒng)對(duì)于新入庫(kù)的商品可以通過(guò)添加來(lái)加入商品數(shù)據(jù)庫(kù)［9］，同時(shí)也可以對(duì)已入庫(kù)的商品進(jìn)行查詢、刪除，若無(wú)該商品信息，則顯示“無(wú)此類商品”，系統(tǒng)框圖如圖5所示。界面如圖6所示。

圖5 商品信息錄入系統(tǒng)功能框圖

圖6 商品信息界面

2.1.2 商品價(jià)格錄入

商品價(jià)格確定與顯示可以通過(guò)商品價(jià)格錄入軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)［10］，一旦價(jià)格錄入并確定，其價(jià)格信息將通過(guò)串口通信發(fā)送給MSP430F149 單片機(jī)［11－12］，價(jià)格顯示系統(tǒng)在接收到信息后，送液晶顯示器顯示商品的價(jià)格信息，其軟件界面如圖7所示。該軟件還可更改任意的商品信息(名稱，價(jià)格)，顯示器顯示的價(jià)格也會(huì)更新，以準(zhǔn)確無(wú)誤地顯示商品的實(shí)時(shí)價(jià)格。

圖7 商品價(jià)格錄入界面

3 結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)運(yùn)用了串口通信和無(wú)線射頻技術(shù)，通過(guò)MSP430 單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)了上位PC 機(jī)、下位單片機(jī)及無(wú)線顯示器之間的完整通信。同時(shí)還成功實(shí)現(xiàn)了商品信息管理的智能化，完成了價(jià)格標(biāo)簽了智能化，為商店貨物管理提供了便利，同時(shí)也有利于監(jiān)管部門(mén)對(duì)價(jià)格的監(jiān)督，達(dá)到了預(yù)期的結(jié)果，具有很好的前景及運(yùn)用價(jià)值。本設(shè)計(jì)設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低，功耗低，準(zhǔn)確率高，適用性強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了電子價(jià)格標(biāo)簽的基本特性和功能。在實(shí)際運(yùn)用中可以根據(jù)具體的現(xiàn)實(shí)功能設(shè)計(jì)更加復(fù)雜、功能更加全面、操作性更高的完整的系統(tǒng)，值得進(jìn)一步研究和改善。

［1］張福才.MSP430 單片機(jī)自學(xué)筆記［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2011:20－50.

［2］曹婧華.基于CC2500 的種子RFID 無(wú)線識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.長(zhǎng)春理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2011(2):114－116.

［3］侯俊杰.深入淺出MFC［M］.武漢:華中科技大學(xué)出版社，2011:233－248.

［4］韓東暉.基于單片機(jī)的液晶顯示器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.電腦開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，2011(10):48－50.

［5］張園.MSP430 單片機(jī)串口的程序升級(jí)方法［J］.單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2011(10):23－24.

［6］沈建華，楊艷琴，翟驍曙.MSP430 系列16 位超低功耗單片機(jī)原理與應(yīng)用［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2004:143－160.

［7］胡大可.MSP 系列單片機(jī)C 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2003:122－140.

［8］劉紅軍.信息管理基礎(chǔ)［M］.北京:高等教育出版社，2004:55－70.

［9］王珊，陳紅.數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)原理教程［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2006:120－140.

［10］羅曉沛.數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2000:55－62.

［11］李現(xiàn)勇.Visual C++串口通信技術(shù)與工程實(shí)踐［M］.人民郵電出版社，2004:70－100.

［12］張琦，張英.PC 機(jī)與MSP430 單片機(jī)串行通信的實(shí)現(xiàn)方法［J］.中國(guó)工程機(jī)械學(xué)報(bào)，2007，5(1):22－25.