电子价格标签的应用研究及演示系统开发

郭 颖，吴晓康，郭天太，高 嵘，朱陈兵

(中国计量大学 计量测试工程学院，浙江 杭州 310018)

电子价格标签的应用研究及演示系统开发

郭 颖，吴晓康，郭天太，高 嵘，朱陈兵

(中国计量大学 计量测试工程学院，浙江 杭州 310018)

为从根本上解决因使用纸质价格标签带来的商品标示与销售价格不符的问题，对电子价格标签的应用进行研究，并开发由手持装置与显示装置组成的电子价格标签演示系统。手持装置与显示装置由STC89C51单片机及相关数据处理电路，以及由红外发射管与接收管组成的红外通信电路和数码管等器件组成。该演示系统可实现百位至小数点后一位的四位数据在手持装置上的修改，并通过红外传输的方式对显示装置内数据进行远距离修改。该研究成果对促进电子价格标签技术在我国零售业中的应用与发展具有积极的推动作用。

电子价格标签；单片机；红外传输；演示系统

0 引言

电子价格标签(Electronic Price Label，EPL)可有效解决由使用纸质标签导致的商品标售价格不符的问题，减轻工作量，减少一次性能源浪费，且能提高商品调价的快速性。

用于EPL无线传输的方式主要有3种：红外传输、光学调制及无线射频技术。其中，光学调制、无线射频技术相对复杂且费用较高，而目前较为热门的ZigBee和蓝牙技术在结构、成本和能耗方面不适合用于电子价格标签系统[1-2]。红外通信具有成本低廉、连接方便、简单易用和结构紧凑的特点，在小型设备中获得了广泛应用[3-4]。EPL通常使用发光二极管(LED)、有机发光二极管、液晶显示(LCD)技术实现显示，而低能耗的液晶显示方式是目前众多电子价格标签制造商的首选方式，但LCD屏视角较小。电子纸产品良率较低导致价格相对过高，所以暂时实用性较低。但随着电子纸技术的进一步发展与成熟，且电子纸本身无需背光，掉电后仍可显示，决定了其在电子价格标签中的实际使用方面比液晶有着更为光明的前景，势必会成为未来电子价格标签显示的首选方式[5]。

虽然目前电子价格标签的维护费用极低，且其所使用技术已接近成熟，但由于电子价格标签安装整套系统的一次性投入对中国市场来说仍显得过高，所以至今仍未在国内见到电子价格标签的实际应用和能独当一面的自主品牌出现。根据多家市场调查研究机构分析，随着电子价格标签成本价格的进一步降低，电子价格标签在全世界都有着非常巨大的商机[6-7]。

由于整个电子价格标签实际应用系统过于庞大[8]，而电子价格标签在国内仍未见到实际应用，因此，综合目前实际情况，本文就电子价格标签的应用进行研究，并开发由手持装置与显示装置组成的电子价格标签演示系统。在选择技术实现和元器件时都考虑到实际可行性，并尽可能降低开发此演示系统的花费，而不是一味追求使用高新技术。

1 系统总体结构

完整的电子价格标签系统其总体结构如图1所示，由手持装置、显示装置、EPL管理系统等几部分组成。系统在实际更新数据时，根据所需要修改价格显示标签的多少，采用不同的方式实现。考虑到实际情况，演示系统开发中除涉及到手持装置和显示装置的开发外，不考虑电子价格标签系统其他部分的具体实现，以保证在现有演示系统的基础上开发时能顺利扩展为完整的电子价格标签系统。

图1 系统总体结构

本文开发的电子价格标签演示系统其组成如图2所示，主要分为两个部分：具有数据修改、显示功能的手持装置和独立的显示装置。其中，显示装置主要包括单片机控制处理电路、红外接收电路、显示和串口通信电路等几部分。手持装置除要用到红外发射电路和按键外，在电路设计上与显示装置基本相同。另外，加装了RS232串行通信接口，以供烧写调试程序所用。

图2 电子价格标签演示系统

2 硬件设计

电子价格标签演示系统的主要功能是演示电子价格标签系统中手持装置的具体工作方式，即通过手持装置对独立显示装置进行数据红外无线传输远程修改。

此系统中的红外通信是利用波长为780 nm～950 nm的近红外波段红外线。发送端使用脉时调制方式，将二进制数字信号调制成某一频率的脉冲序列，并驱动红外发射管以光脉冲的形式发送出去；接收端将接收到的光脉冲转换成电信号，经放大、滤波等处理后送给调解电路进行调解，还原为二进制数字信号后输出给单片机进行处理，实现数据的无线传输。

集成手持与显示装置功能的通用电路板功能模块图如图3所示。该电路主要由单片机电路、稳压供电电路、显示电路，以及红外传输和串口通信电路等几部分构成。

图3 通用电路板功能模块图

2.1单片机电路

单片机电路模块是本系统的核心，用于实现数据处理及存储。本文选用超强抗干扰、高速、低功耗的STC89C41RC单片机，其指令代码完全兼容传统8051单片机。STC89C51RC拥有4 KB可在线编程Flash存储器，512 B RAM存储器，100 000可擦写周期，工作频率范围为0～40 MHz，32个通用I/O口，复位后准双向口弱上拉，有ISP(在系统可编程)/IAP(在应用可编程)，无需专用编程器/仿真器，带EEPROM及看门狗功能。共3个16位定时器/计数器，其中定时器0还可以当成2个8位定时器使用。外部中断4路，下降沿中断或低电平触发中断，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒。工作温度范围：0～75℃。

2.2显示电路

本文采用红色4位共阳极带小数点七段数码管3461B。连接时，按照P0口由低到高的顺序，依次连接LED逆时针方向笔段位置管脚，P2.4～P2.7口用作数码管位选信号功能，低电平点亮。具体电路连接如图4所示。

图4 LED段数码管连接电路图

图5 红外接收与发射电路图

2.3红外接收与发射电路

红外接收电路中使用了红外接收头HS0038B，该接收头内部实现了红外信号的接收、放大、滤波，以及解调功能，从而可以将脉冲光信号解调成连续的方波信号，经单片机处理后还原成二进制数据。

实验用的人耳数据库为课题组拍摄制作的人耳数据库，共采集了30个对象，每个对象有11张不同的人耳图像。鉴于人耳生物特征具有刚性这一特点，因此课题组自摄的人耳库主要包括光照以及拍摄角度变化（包含正面、左面、右面、上面和下面，其角度变化在5∘～10∘范围内）。图2展示了人耳库中部分类别的人耳图像。

红外无线信号的接收与发射电路如图5所示。在红外无线传输中，红外信号的调制与解调部分是其核心，考虑到电子价格标签的实际应用，需要尽可能降低其成本。红外信号的调制与解调可采用软件或硬件方法实现。使用软件方法比硬件实现更灵活，但是在具体实现上比硬件实现要困难。

2.4稳压电路

本文选用常见的+5 V稳压供电的三端稳压集成电路7805，电路如图6所示。使用时需特别注意输入电压与输出电流和功率范围，以及稳压管的散热问题。当稳压器过热时，需立即切断电源，防止元器件烧坏。

图6 稳压电路图

2.5串口通信电路

在进行单片机程序的烧写调试时，需采用电平转换芯片来实现51系列单片机与PC的RS-232标准接口通信电路。单片机与PC进行串口通信的具体电路如图7所示。使用MAX232芯片对PC与单片机之间的电平进行转换以实现两者间的串口通信。

图7 单片机与PC串口通信电路图

MAX232是专为RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片，适合电池供电系统。它包含4个部分：双路电荷泵DC-DC电压转换器、RS-232驱动器、RS-232接收器，以及接收器与发送器使能控制输入。MAX232内部有两个电荷泵，将+5 V转换为±10 V(空载)，为RS-232驱动器提供工作电压。第一个转换器利用电容C1将+5 V输入加倍，得到V+输出端C3上的+10 V；第二个转换器利用电容C2将+10 V转换为V-输出端C4上的-10 V。

2.6印制电路板的制作

在实物制作时，考虑到手工布线搭建电路需要耗费大量时间，以及在整个布线过程中可能出现一些难以排查的错误，选择使用Protel软件绘制电路原理图，并根据原理图直接绘制PCB图制板，以减轻在电路实体制作时手工布线的工作量。

根据实际PCB制板的开板情况和花费，通过对手持装置与显示装置进行一体化通用板设计，集成两个装置的硬件部分，以节约开板费用。

3 软件设计

演示系统的功能包括：手持装置上的按键功能、数据的存储与显示、信号的发射，以及显示装置上数据的显示与无线信号的接收与储存功能。

手持装置的软件功能为：通过手动按键对带小数点的四位十进制数进行输入修改、确认以及数据的发送。

显示装置的软件功能主要是通过串口读取并储存红外接收头HS0038B所接收到的红外信号[9]，对该信号进行处理并显示。

数据的读取、发射与接收、存储是整个演示系统中最重要的环节。手持装置TXD串口输出经由红外发射管发射数据，由接收管接收、读取并储存。数据接收的流程与其相似，仅在数据存储方面反向操作，即：手持设备数据通过红外接收头接收，通过RXD串口读取，并由累加器存储到相应的显示数据储存地址。

4 结论

本文设计并开发了一款电子价格标签实际演示系统，包括从硬件电路设计、PCB板的绘制，到实物的焊接和软件设计、编写、联机调试，成功地制作了由一个手持功能单元和显示装置组成的电子价格标签演示系统。

本文讨论的演示系统只是由手持与显示装置构成的一个子系统，实现了电子价格标签的设计，满足了商品价格一致性的要求，且成本低廉。虽然涉及到显示装置的具体开发，但距离拥有完整显示和扩展功能的电子价格标签还有一定距离。本文对实现电子价格标签的实用化具有积极的借鉴与帮助作用。随着电子纸与其相关技术的成熟，以及电子价格标签系统的进一步完善与成本的下降，该系统的性价比将显著提高，必将广泛应用于人们日常的工作与生活中。

[1] 徐金苟. 低能耗蓝牙4. 0 协议原理与实现方法[J]. 微型电脑应用, 2012, 28(10):16-19.

[2] GOMEZ C. Overview and evaluation of bluetooth low energy: an emerging low-power wireless technology[J]. Sensors, 2012, 12(9):11734-11753.

[3] 张萌.无线传感器网络中几种无线通信技术的分析比较[J].广西轻工业, 2008, 24(10):80-81,118.

[4] 曹军,赵宁,许浩博,等.基于嵌入式单片机和射频技术的电子价格标签[J].电子器件, 2012, 35(4):477-479.

[5] 陈俐雯,钱金维.电子纸的现状与未来发展[J].现代显示,2009, 20(3):54-57.

[6] GARRY M. ESLS around the world[N]. Supermarket News, 2010-01-11.

[7] THATCHER K, HINES P J. Electronic shelf labels[J]. Retail Merchandiser, 2008, 48(3):26-28.

[8] 叶国欣.基于ZigBee的低功耗电子货架标签系统[D]. 广州：华南理工大学, 2014.

[9] Wang Ying, Hu Yu. Design of electronic shelf label systems based on ZigBee[C]. Proceedings of 2013 IEEE 4th International Conference on Software Engineering and Service Science, IEEE, IEEE Beijing Section, 2013:4.

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

郭颖，吴晓康，郭天太，等.电子价格标签的应用研究及演示系统开发[J].微型机与应用，2017,36(19)：95-98.

2017-04-09)

郭颖(1994-)，女，本科在读，主要研究方向：自动化技术和现代传感技术。吴晓康(1992-)，男，本科在读，主要研究方向：自动化技术与计算机技术。郭天太(1965-)，男，博士，副教授，主要研究方向：现代传感技术与精密仪器。