基于RFID供电的理论永久性电子墨水屏标签设计与实现

王璐明 肖海峰

摘 要 文中设计并实现了一个基于RFID供电的电子墨水屏标签，硬件部分主要由能量收集整流系统、arduino、BLE低功耗蓝牙等器件组成。此无源系统中，通过带NFC功能的手机给其供能，使其微处理器arduino和BLE正常工作，等待手机发送内容后，在墨水屏中显示。测试表明无源墨水屏工作稳定，使用便利。

关键词 电子墨水屏 电子标签 RFID应用

中图分类号：TP368.1文献标识码：A

0引言

目前，电子墨水屏以其极低功耗、无需驱动、断点后长时间保存、强光下可视、柔性结构引起极大关注。本文决定应用现有技术从电子墨水屏的现实应用做起，创新性的打造一款RFID供电的理论永久性电子墨水屏标签并展示其实物。

1硬件设计

1.1总体设计

如图一所示，电子墨水屏分供能端、控制端、显示端三部分，其中供能端利用NFC原理、射频卡原理以及合理的整流电路将外界的交流能量整流成可直接供单片机和外围器件使用的直流电源。控制端通過BLE接收外界传输数据，再由arduino控制输出到显示端，显示端可视化传输的数据。

1.2硬件系统设计

硬件总体电子线路图如下图所示。RFID供电的电子墨水屏由基于射频卡原理的取能电路、整流变压的转换电路、arduino内核与ble结合的数据处理电路、以及外接显示电路构成。

NFC射频有300mw的发射能量，arduino耗能不足50mw，蓝牙BLE只要不到10mw，墨水屏更新时几十mw，故取能电路的线圈从外界13.56MHZ的震荡场源发出的无线电场中取得的能量足够系统使用。震荡电场经整流、升压，能直接驱动arduino内核与BLE工作，从而接收到手机蓝牙发送的数据。这些数据再由arduino通过SPI通信传输到墨水屏端，便实现了从智能终端到墨水屏的数据传输及显示。利用电子墨水屏断电仍能保持显示的特性，制成的电子墨水屏标签将能长时间显示所需的数据。

2软件系统设计

软件系统主要是系统主控以及智能终端的应用开发。智能终端应用主要是完成开启NFC供电，再自动连接墨水屏系统蓝牙，最终显示数据发送界面供使用者发送需显示的数据。系统主控的任务在于得到供电启动时，开启蓝牙供智能端连接，连接后等待数据传输，最后将数据通过SPI输出到墨水屏端显示。

3系统调试与分析

本文系统开发的实物如下图所示。

基于RFID供电的无源电子墨水屏系统调试过程如下：

（1）启动智能终端的应用，开启智能终端NFC以及蓝牙;

（2）将手机靠近墨水屏主控板，对其供电;

（3）待蓝牙连接成功后，在发送界面发送需要显示的内容;

（4）等待墨水屏刷新显示。

在调试过程中，系统初始化速度能满足要求，且连接后数据发送及显示都较为稳定，能实现对系统的有效控制。

4结语

随着电子技术的进步与成熟，RFID被广泛使用，但其一直被用于无线信息传输，本文发现并应用其功率完成足够一些现代低功耗集成电路的特点，扩展了该项技术的应用。此外，本文开发的无源极低功耗电子墨水屏，符合便捷使用、绿色环保的要求，具备极大的应用价值，相信成品能给人们日常生活带来更多便利。

参考文献

[1] 贺轶烈，许晓荣，楼丁溧，袁瑞明.基于电子墨水屏的无线电子标签设计[J].电子设计工程，2019，27（06）：138-141.

[2] 黄虎，陈诗瑶，卿松，周兴，杨丁，谢佳讯，蒋太平.一种基于NFC的电子墨水屏货物标签显示牌[J].单片机与嵌入式系统应用，2019，19（02）：60-63.

[3] 周也.物联网RFID技术在图书馆中的应用[J/OL].电子技术与软件工程，2019（07）：10.