一种多屏无线电子墨水屏标签系统及控制方法与流程

本发明涉及电子信息技术领域，尤其是涉及一种多屏无线电子墨水屏标签系统及控制方法。

背景技术：

科技的发展伴随着人们日益增强的环保意识，使得许多零售商开始采用一种新型的电子标签来替代传统的纸质标签。毫无疑问，比起后者，电子标签拥有着诸多优势。它可以重复使用，避免了纸张浪费。同时在修改更换标签内容时也更加便捷、高效，进而大大降低了人力成本。目前主流的电子标签采用的都是电子墨水屏，它具有低功耗及反射显示的特点。现有的多数电子墨水屏标签大多为静态显示电子墨水屏标签，即以静态的方式显示内容，一次配置完成后，画面不再改变，虽然可以降低功耗，却无法实现灵活的动态内容显示，实用性较差；此外，多数电子墨水屏标签采用的都是纸质条码的形式，而非动态显示的形式，倘若标识符变更时，必须重新打印进行后续的使用，这又造成了人力和资源的浪费。

中国专利cn201310558515.9提供了一种存储式多屏电子墨水屏标签显示系统，该系统中的多屏组合式电子标签设有控制装置，通过自带的控制装置与控制系统之间进行无线联接，多屏电子墨水屏标签能够在同一时间传递更多的信息，因此能让受众在同一时间获取更多的信息。然而当控制多个电子墨水屏标签的控制系统发生故障时，整个系统的显示功能将会受到影响，无法灵活配置后续的显示功能；而若某个电子墨水屏标签自带的控制装置发生故障时，则将会影响多个电子墨水屏标签同时显示的效果，使用不够灵活。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可实现动态灵活显示，且使用灵活、降低人力及资源的浪费的多屏无线电子墨水屏标签系统及控制方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种多屏无线电子墨水屏标签系统，包括：

服务器，包括pc和第一zigbee模块，所述服务器负责与控制终端进行数据交换以及系统管理，所述pc对商品及标签进行管理，所述pc通过第一zigbee模块与控制终端进行通讯；

控制终端，包括微控制器、第二zigbee模块和多个第一标签接口，所述控制终端至少为一个，一个控制终端控制多个电子墨水屏标签，所述第一标签接口连接微控制器与电子墨水屏标签，所述控制终端通过第二zigbee模块与服务器进行通讯；

电子墨水屏标签，包括电子墨水屏、按钮和第二标签接口，所述电子墨水屏标签至少为两个，所述电子墨水屏标签的第二标签接口与控制终端的第一标签接口通过热插拔的方式连接，所述电子墨水屏标签与控制终端连接后为在线工作状态，所述电子墨水屏标签接收控制终端的信息并将信息显示出来，所述电子墨水屏标签上的标签显示由控制终端实现远程重置或通过按钮实现自身重置，当所述电子墨水屏标签上的标签显示被重置后，其电子墨水屏显示自身的唯一标识符。

进一步地，该系统的组网工作由服务器的第一zigbee模块完成，当第一zigbee模块启动后，系统自行创建网络，并始终将附近的其他第二zigbee模块加入至该网络，所述第一zigbee模块为该网络分配一个四字节的网络号，所有第二zigbee模块在入网后由第一zigbee模块分配一个在该网络下的唯一短地址，所述短地址在当前网络下与第二zigbee模块的mac地址相互映射。

所述电子墨水屏标签与控制终端之间通过磁铁吸附的方式相互固定，当电子墨水屏标签上的第二标签接口与控制终端上的第一标签接口靠近时，二者自动吸附并连接。

进一步地，单独一个控制终端控制电子墨水屏标签的数量不超过四个，多个电子墨水屏标签通过复用一路spi的方式连接至一个控制终端，每一个电子墨水屏标签采用spi通信协议的电子墨水屏模块，控制终端与电子墨水屏标签的标签接口的接口包括供电引脚、按键输入引脚、连接检测引脚以及若干用以与电子墨水屏模块或控制终端实现通信的引脚。

进一步地，每一个电子墨水屏标签通过向拉低指定片选择引脚实现独立控制。

进一步地，所述电子墨水屏显示的自身唯一标识符包括二维码形式和文字形式标识符，自身唯一标识符由六个字节组成，其中前四个字节为控制终端的编号，后两个字节为标签接口号。

所述服务器向控制终端发送商品信息、显示指令、重置指令或握手指令，所述显示指令控制某一电子墨水屏标签的电子墨水屏显示某一商品信息，该指令包括待显示内容的屏幕编号、页数、帧画面数据若干组及数据校验位；所述重置指令从服务器重置某一电子墨水屏标签内容，该内容包括待重置电子墨水屏标签的屏幕编号；所述握手指令用于服务器在发送数据前确认发送目的地是否处于准备状态，发送握手请求后，当收到目的地终端的应答，服务器继续发送数据。

所述控制终端向服务器发出控制终端信息报文、重置报文、反馈报文和握手成功报文，所述控制终端信息报文包括第二zigbee模块的mac地址、第二zigbee模块的短地址以及各电子墨水屏的连接情况，当控制终端启动或屏幕连接发生变化时将该报文发送至服务器；当某一电子墨水屏标签通过自身重置时，控制终端主动上报重置报文至服务器进行同步更改；所述反馈信息用于在控制终端接收服务器的指令并执行了校验后进行反馈；所述握手成功报文用于在接收到握手请求后进行反馈。

一种多屏无线电子墨水屏标签的控制方法，具体包括如下步骤：

s1、对控制终端的多个第一标签接口依次分配编号，作为屏幕编号，任意一个在线工作状态的电子墨水屏标签根据其连接的控制终端的第一zigbee模块的短地址及其连接的第一标签接口号进行唯一确定，即将短地址及屏幕编号的组合视为任意一个在线工作状态的电子墨水屏标签的唯一标识；

s2、当服务器收到控制终端信息报文后，检查数据库是否已添加过该控制终端，若未添加过，则将其添加至系统，并向管理员发送通知，同时，当控制终端在联网时，若第一标签接口发生变化，控制终端同样向服务器发送控制终端信息报文，检查数据库是否已添加过该控制终端；

s3、服务器向控制终端发送商品信息，即帧画面数据，控制终端接收到该数据后进行数据校验，若校验通过，则提取若干帧画面数据，并加以存储；

s4、控制终端根据显示指令控制某一电子墨水屏标签显示商品内容，服务器通过数据库记录该电子墨水屏标签与该商品内容的绑定关系。

进一步地，所述控制终端对于接收到服务器发来的任何命令给予反馈，包括校验成功反馈、校验失败反馈、超时无响应反馈、控制终端离线反馈。基于现有技术的电子墨水屏原理，本发明的电子墨水屏标签同样是以一定周期切换画面的，根据电子墨水屏的特性，屏幕画面在保持时不需要通电。因此，当电子墨水屏标签完成一次画面的刷新后，就不再消耗电量，与此同时，微控制器也会进入低功耗模式，从而进一步的降低功耗。只有当下一次刷新时刻到来时，微控制器才会退出低功耗模式，并控制电子墨水屏标签切换显示内容。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

一、本发明采用多屏设计，单个控制终端可控制多个电子墨水屏标签，从而大大降低了成本；在采用1：n的设计的同时，各个电子墨水屏标签之间相互独立的，可实现单独控制，灵活显示不同内容，互不影响；

二、相比于市面上静态显示的电子墨水屏标签，本发明的电子墨水屏标签可周期性地轮流显示内容，基于电子墨水屏的技术原理，即屏幕只有在刷新时才需要消耗电量，保证了低功耗的同时，设计了周期性动态轮流显示的功能，从而传递更丰富的信息并提供了更多的交互可能；

三、本发明控制终端与电子墨水屏标签采用了可分离设计，可自由组合，并支持热插拔，具有更高的灵活性；

四、本发明的每一个电子墨水屏标签可根据当前所连接的控制终端以二维码的形式显示其自身的唯一标识符，相比市面上的电子标签，大大降低了人力及资源的浪费。

附图说明

图1为本发明实施例中多屏无线电子墨水屏标签系统的架构示意图；

图2为本发明实施例中控制终端与电子墨水屏标签的标签接口的设计示意图；

图3为本发明实施例中服务器发出的显示指令信息示意图；

图4为本发明实施例中服务器发出的重置指令信息示意图；

图5为本发明实施例中服务器发出的握手指令信息示意图；

图6为本发明实施例中控制终端发出的控制终端信息报文示意图；

图7为本发明实施例中控制终端发出的重置报文示意图；

图8为本发明实施例中控制终端发出的反馈报文示意图；

图9为本发明实施例中控制终端发出的握手成功报文示意图；

图10为本发明实施例中电子墨水屏标签的多页显示内容示意图，其中，图10a)为电子墨水屏标签的第一页显示内容示意图，图10b)为电子墨水屏标签的第二页显示内容示意图，

图11为本发明实施例中电子墨水屏标签动态标识符显示示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“联接”、“连通”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，一体地连接，也可以是可拆卸连接；可以是两个元件内部的连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连以及无线联接，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本发明涉及一种多屏无线电子墨水屏标签系统，该系统包括：

服务器，负责数据交换与系统管理，系统中只含一个服务器。其由一台pc及第一zigbee模块构成。其中pc中搭载了数据库与管理软件，提供商品管理及标签管理的功能。优选地，服务器选用一台搭载windows操作系统的pc，并使用一个串口转usb芯片连接第一zigbee模块。第一zigbee模块基于cc2530的已封装成串口的模块，串口便于服务器pc与控制终端mcu访问。

服务器端的系统管理软件可进行商品信息的录入、修改与删除操作。同时，通过软件还可以查看当前系统内的所有电子墨水屏标签的信息以及它们与商品之间的绑定关系。此外，还可以通过该管理软件实现对系统内的电子墨水屏标签的远程控制。如控制某一标签显示某一商品信息，抑或是解除当前绑定关系。

控制终端，负责管理多个电子墨水屏标签，一个系统至少包含一个控制终端，一个控制终端可控制多个电子墨水屏标签。每个控制终端都由stm32系列微控制器、第二zigbee模块及多个第一标签接口构成。标签接口包含供电引脚和通讯引脚，通讯引脚与微控制器上引出的引脚相连。其中，第一标签接口用于连接电子墨水屏标签与微控制器，它具有模块供电、数据传输与连接检测的功能，并支持热插拔。第一标签接口为磁吸式弹簧片结构。优选地，mcu选用stm32f103rct6。

单个控制终端最多可控制4个电子墨水屏标签，即提供4个第一标签接口。单个控制终端提供了4个第一标签接口，即它最多可以控制4个电子墨水屏标签。每一个第一标签接口都包含了一个连接检测引脚。因此，通过该引脚，不难获取当前控制终端与电子墨水屏标签的连接情况。即哪些第一标签接口连接了电子墨水屏标签，哪些第一标签接口没有。此外，当某一第一标签接口的连接检测引脚电平发生变化时，也可以被控制终端所发现。换言之就是只要有电子墨水屏标签被连接至控制终端或被取下时，控制终端都可以知道，并且知道是哪一个第一标签接口发生了变动。

本发明系统中服务器连接的第一zigbee模块是网络协调器，整个网络中只允许存在一个协调器。控制终端连接的第二zigbee模块是终端节点。协调器与终端节点间可双向通信。

组网工作由服务器的zigbee协调器(第一zigbee模块)完成，当协调器启动后，就会自行创建网络，并始终将附近的其他zigbee终端节点(第二zigbee模块)加入至该网络。此外，协调器会为该网络分配一个四字节的网络号(pan_id)。

所有zigbee终端节点(第二zigbee模块)在入网后还会被zigbee协调器(第一zigbee模块)分配一个在该网络下的唯一短地址(shortaddr)。该短地址在当前网络下与第二zigbee模块的mac地址是相互映射的。

电子墨水屏标签由一块电子墨水屏、一个按钮及第二标签接口构成。一个系统可包含任意数目的电子墨水屏标签。电子墨水屏标签不可独立工作，它依赖于控制终端，即必须与某一控制终端连接，此时，电子墨水屏标签才是“在线”的。多个电子墨水屏标签通过复用一路spi的方式连接至一个控制终端。通过向拉低指定片选引脚实现独立控制。当电子墨水屏标签与控制终端通过彼此的标签接口相连时，它即可接收由控制终端发来的图像信息并加以显示。

在本实施例中，作为优选方案，第二标签接口为磁吸式的弹簧顶针结构。弹簧顶针分公座与母座。电子墨水屏标签的第二标签接口使用公座，控制终端的第一标签接口选用母座。电子墨水屏标签与控制终端之间通过磁铁吸附的方式相互固定，当电子墨水屏标签上的标签接口与控制终端你上的标签接口靠近时，两者就会自动吸附并连接。

控制终端与电子墨水屏标签的标签接口的接口设计如图2所示，其中，两个引脚(vcc、gnd)用于供电，一个引脚用于按键输入，一个引脚用于连接检测，这两个引脚与微控制器的gpio引脚相连接，并配置这些引脚为gpio上拉输入模式。在实际应用中，选择stm上两个可用的空闲gpio即可。其余若干引脚用于与电子墨水屏模块实现通信。本发明通过设计控制终端与电子墨水屏标签上的标签接口实现可插拔，将控制终端与电子墨水屏标签分离成两个独立模块。

优选地，电子墨水屏标签选用屏幕尺寸介于2～4英寸间，采用spi通信协议的电子墨水屏模块。

电子墨水屏标签上的标签显示可以被重置，当被重置后，标签将显示自身的唯一标识符，有二维码与文字两种形式，通过标识符即可很容易地在系统管理软件中定位该标签，从而实现控制。标签重置有两种方式：远程重置或自身重置。

通过按下电子墨水屏标签上的按钮即可自身重置。其实现过程大致为：当按下按钮后，控制终端通过检测按键输入的引脚，判断出是具体的哪一个电子墨水屏标签。随后，控制终端向该电子墨水屏标签发送指令清除其显示的内容；同时通知服务器该电子墨水屏标签已被重置的消息。服务器在接收到该消息后，在数据库中解除该电子墨水屏标签与某一显示商品的绑定，以同步更改。而远程重置的过程则与上述的正好相反，由服务器向某一待重置的电子墨水屏标签所述的控制终端发送重置指令，控制终端在接收到指令后，清除某一具体电子墨水屏标签的显示内容，并发送反馈信息，当且仅当服务器收到该反馈信息后，才会在数据库中解除绑定。否则上述操作可视为无效操作(回滚)。此外，还需指出的是，当电子墨水屏标签被重新连接至一个控制终端时，它也会被重置，过程与自身重置类似。

本发明系统的服务器与控制终端分别设计了两种协议格式：

(一)由服务器发出的数据，采用十六进制格式。有以下三种指令：

1、显示指令

显示指令可控制某一屏幕显示某一商品信息，该指令包含的信息有：待显示内容的屏幕编号、页数、帧画面数据若干组及数据校验位。示例如图3所示。

2、重置指令

重置指令用于从服务器重置某一电子墨水屏标签内容，其包含了待重置电子墨水屏标签的屏幕编号。示例如图4所示。

3、握手指令

握手指令用于服务器在发送数据前先确认发送目的地是否处于准备状态。在发送握手请求后，只有收到了目的地终端的应答后，服务器才会继续发送数据。示例如图5所示。

(二)由控制终端发出的数据，采用字符串格式。有以下四种报文：

1、控制终端信息报文

控制终端信息报文包含第二zigbee模块的mac地址、第二zigbee模块的短地址以及4个屏幕的连接情况。当控制终端启动时或屏幕连接发生变化(屏幕被插上或拔下)时都会将该报文发送至服务器。目的是让服务器实时掌握系统内所有的电子墨水屏标签连接情况，并实现控制。示例如图6所示。

2、重置报文

重置信息用于当用户人为地重置了某一电子墨水屏标签时——即该电子墨水屏标签不在显示之前的商品信息，由控制终端主动上报至服务器，以同步更改。示例如图7所示。

3、反馈报文

反馈信息用于在控制终端接收到服务器的指令并执行了校验后的反馈。示例如图8示。

4、握手成功报文

握手成功信息用于在接收到握手请求后的反馈。示例如图9所示。

图10是本发明中电子墨水屏标签多页显示内容示意图，其分为两页，默认以5秒的周期更替显示。单个商品具体可拥有多少页没有限制，每页具体应显示什么内容也没有限制。

图11是本发明中电子墨水屏标签动态标识符显示示意图，使用文字和二维码两种形式进行显示。需要指出的是，标识符由6个字节组成。其中前4个字节是控制终端的编号，后两个字节是标签接口号。

所述的4字节的控制终端号是搭载在控制终端上的zigbee模块在网络中的短地址。所述2字节标签接口号可表示0～99的数字，根据所连接的标签接口分配。

本发明还公开了一种多屏无线电子墨水屏标签的控制方法，该方法包括下列步骤：

步骤1、对控制终端的4个第一标签接口从0～3依次分配编号，并称之为屏幕编号。如此一来，系统中任意一个在线的电子墨水屏标签都可以根据其连接的控制终端的第一zigbee模块的短地址+其连接的第一标签接口号来唯一确定。即shortaddr+屏幕编号的组合是系统中任意一个在线的电子墨水屏标签的唯一标识。

系统的标签管理同步主要依赖于控制终端的主动上报。当控制终端启动后，只要此时协调器已经组网，控制终端就会向服务器发送控制终端信息报文。报文包含了控制终端的第一zigbee模块的短地址、mac地址以及当前4个第一标签接口的连接情况。

步骤2、当服务器收到控制终端信息报文后，检查数据库是否已添加过该控制终端，若没有则将其添加至系统，并向管理员发送通知。即便数据库中已存在该控制终端的记录，系统也会核查一遍mac地址与短地址的映射关系及4个第一标签接口的连接情况是否发生了变更并做出相应修改。此外，当控制终端在联网时，若第一标签接口发生变化时，控制终端也会向服务器发送控制终端信息报文。相似的，服务器也会执行一边上述的同步操作。

步骤3、服务器向控制终端发送商品信息，商品信息实际上是帧画面数据，控制终端在接收到数据后，使用checksum算法进行数据校验，当通过校验后，将提取若干帧画面数据，并加以存储。然后根据命令，控制某一标签显示该内容。

控制终端在接收到服务器发来的任何命令都会给予反馈，因此当用户操作服务器端的管理软件发送命令后，都会得到一个正确的反馈。如成功、校验失败、超时无响应、控制终端离线。

通过服务器端的系统管理软件，可向系统中某一在线的电子墨水屏标签发送显示命令，从而控制其显示某一商品信息，并在数据库中记录这一绑定关系。

此外，服务器还可以向某一标签发送重置命令。无论发送哪一种命令，在发送命令前，服务器都会先发送一个握手请求，只有当服务器成功接收到握手反馈后，才会发送后续的命令。这样，若某一控制终端离线，服务器就可以通过这样的方式发现并同步更改。

基于现有技术的电子墨水屏原理，本发明的电子墨水屏标签同样是以一定周期切换画面的，根据电子墨水屏的特性，屏幕画面在保持时不需要通电。因此，当电子墨水屏标签完成一次画面的刷新后，就不再消耗电量，与此同时，微控制器也会进入低功耗模式，从而进一步的降低功耗。只有当下一次刷新时刻到来时，微控制器才会退出低功耗模式，并控制电子墨水屏标签切换显示内容。

本发明采用多屏设计，单个控制终端可控制多个电子墨水屏标签，从而大大降低了成本；在采用1：n的设计的同时，各个电子墨水屏标签之间相互独立的，可实现单独控制，灵活显示不同内容，互不影响。相比于市面上静态显示的电子墨水屏标签，本发明的电子墨水屏标签可周期性地轮流显示内容，基于电子墨水屏的技术原理，即屏幕只有在刷新时才需要消耗电量，保证了低功耗的同时，设计了周期性动态轮流显示的功能，从而传递更丰富的信息并提供了更多的交互可能。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。