一种基于PowerBus总线的电子价签系统

一种基于powerbus总线的电子价签系统
技术领域
1.本实用新型涉及电子价签技术领域，具体为一种基于powerbus总线的电子价签系统。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本实用新型相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.商品流通过程中使用传统的纸质价签，需要人工进行维护和更换，整体劳动量大，并且容易产生错误，在使用纸质价签的情况下，人工变价的效率低导致商品价签和收银系统之间价格不统一，造成了顾客的许多误解。一部分纸质价签采取机器打印的方式，虽然确保了价签上信息的正确性，但最终更换价签时，仍然需要花费大量的时间由工作人员参与更换，顾客看到的价格信息和收银系统的信息仍然无法同步从而造成误解。


技术实现要素：

4.为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本实用新型提供一种基于powerbus总线的电子价签系统，采用二总线供电及进行数据传输，可以进行无极性连接，维护简单，抗干扰能力强，为电子价签的安装带来了极大便利，价格低，色彩丰富，亮度及刷新率高，通过总线供电，无需更换电池，安装方便。
5.为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
6.本实用新型的第一个方面提供一种基于powerbus总线的电子价签系统，包括上位计算机、与上位计算机连接的至少一个电子价签主机及电子价签从机；每个电子价签主机通过两根无极性powerbus总线与多个电子价签从机相连接以提供电源和信号传输；
7.电子价签从机包括分别连接在主控芯片上的降压模块、通信模块和复位电路，通信模块包括与主控芯片连接的通信芯片和与通信芯片连接的powerbus总线，powerbus总线通过整流滤波电路与降压电路连接。
8.降压模块包括连接在正向低压降稳压器输入端的+5v电源，+5v电源至接地端gnd之间连接电容c21；正向低压降稳压器输出端连接+3.3v电源端，+3.3v电源端至至接地端gnd之间连接相互并联的至少三组电容。
9.整流滤波电路分别包括连接在电源vcc至接地端gnd之间相互并联的电容c18和c19，电源vcc经整流器d2后分别连接三极管q1、电阻r10和桥式整流电路d3；三极管q1分别连接电阻r11和电阻r14，电阻r14接地；电阻r10与电阻r13连接后接地；桥式整流电路d3分别连接电容c17和电容c20，电容c17连接瞬态二极管的一端，电容c20连接瞬态二极管的另一端；电容c17和电容c20相连接后接地。
10.时钟模块具有两部分，两部分电路结构一致，均为分别连接在主控芯片osc输入和输出管脚上的两组电容，两组电容一端连接后接地，主控芯片osc输入和输出管脚之间连接晶振模块，且晶振模块连接在两组电容一端。
11.复位电路包括连接在主控芯片nrst管脚上的电容c5，电容c5分别连接电阻r1和接地端，电阻r1连接+3.3v电源。
12.主控芯片还连接usb模块、字库单元、显示模块、时钟模块和boot模块。
13.boot模块包括连接在主控芯片boot0管脚上的电阻r2，电阻r2接地。
14.字库单元具有字库芯片，字库芯片的cs管脚接入电阻r20，so管脚接入电阻r19，电阻r19和r20均与电源+3.3v连接，si管脚接入电阻r22，sclk管脚接入电阻r21，电阻r21和r22均与电源+3.3v连接，电源vcc管脚接入电容c25后接地。
15.显示模块具有显示屏，显示屏的lcd_dbx引脚通过读取字库芯片中的编码，确定显示屏的显示内容；leda和ledk分别为阳极和阴极管脚，工作时通过控制阳极阴极管脚形成电势差点亮显示屏。
16.显示模块通过lcd驱动电路与主控芯片连接，lcd驱动电路包括，显示屏的ledk管脚接入电阻r16后与三极管q2的其中一端连接，三极管q2的另两端中，其中一端接地，另一端接入电阻r17后与主控芯片上的lcd_bl管脚连接。
17.与现有技术相比，以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
18.1、电子价签的从机通过两根无极性powerbus总线与主机连接，二总线能够同时实现供电和数据传输，可以进行无极性连接，维护简单，抗干扰能力强，为电子价签的安装带来了极大便利，并且通过总线供电，无需更换电池，安装方便。
19.2、电子价签简化了以往传统纸制价签要通过人工申请、调价、打印，再到人到货架前端的更换的复杂工作流程。选择电子价签以后，可做到一键变价，无论几千个sku(最小存货单位)，还是几万个sku，都可以实现快速变价。
20.3、从机中的整流滤波电路能够将其电路两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，从而有效地保护电子线路中的精密元器件，免受各种浪涌脉冲的损坏，保证powerbus总线的运行可靠。
21.4、可在复杂的场景中灵活应用，电子价签具备抗低温以及防水等功能，可在多种复杂场景中使用。
22.5、采用powerbus总线可为现场设备供电，无需额外布置电源线。对现场施工布线更容易，更可靠。也节省了人工和施工费用。
23.6、通信距离可达到1000米(可靠值)甚至3000米，能够较好的满足要求。
24.7、powerbus总线采用下行数据采用电压信号，上行数据采用电流信号的方式，大幅度降低了干扰，因而对导线要求低。
附图说明
25.构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
26.图1是本实用新型一个或多个实施例提供的电子价签系统整体结构示意图；
27.图2(a)-(b)是本实用新型一个或多个实施例提供的电子价签系统中主控电路结构示意图；
28.图3是本实用新型一个或多个实施例提供的电子价签系统中滤波电路的结构示意
图；
29.图4是本实用新型一个或多个实施例提供的电子价签系统中降压电路结构示意图；
30.图5是本实用新型一个或多个实施例提供的电子价签系统中pb331芯片结构示意图；
31.图6是本实用新型一个或多个实施例提供的电子价签系统中整流滤波电路结构示意图；
32.图7是本实用新型一个或多个实施例提供的电子价签系统中二总线接口电路结构示意图；
33.图8(a)-(b)是本实用新型一个或多个实施例提供的电子价签系统中时钟晶振电路结构示意图；
34.图9是本实用新型一个或多个实施例提供的电子价签系统中复位电路结构示意图；
35.图10是本实用新型一个或多个实施例提供的电子价签系统中boot电路结构示意图；
36.图11是本实用新型一个或多个实施例提供的电子价签系统中swd模式电路结构示意图；
37.图12是本实用新型一个或多个实施例提供的电子价签系统中usb模块电路结构示意图；
38.图13是本实用新型一个或多个实施例提供的电子价签系统中字库单元芯片电路结构示意图；
39.图14是本实用新型一个或多个实施例提供的电子价签系统中显示模块的结构示意图；
40.图15是本实用新型一个或多个实施例提供的电子价签系统中lcd驱动电路结构示意图；
41.图16是本实用新型一个或多个实施例提供的电子价签系统中dc-dc降压电路结构示意图。
具体实施方式
42.下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。
43.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
44.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
45.实施例一：
46.本实用新型的第一个方面提供一种基于powerbus总线的电子价签系统，包括上位
计算机、与上位计算机连接的至少一个电子价签主机及电子价签从机；每个电子价签主机通过两根无极性powerbus总线与多个电子价签从机相连接以提供电源和信号传输；
47.电子价签从机包括分别连接在主控芯片上的降压模块、通信模块和复位电路，通信模块包括与主控芯片连接的通信芯片和与通信芯片连接的powerbus总线，powerbus总线通过整流滤波电路与降压电路连接。
48.本实施例中的电子价签主机包括：低压直流电源、主站控制模块、cpu模块和通信模块；低压直流电源与主站控制模块相连接以供电；主站控制模块与两根无极性powerbus总线相连接以调制控制信号并供电；主站控制模块与cpu模块相连以进行信号传输；cpu模块通过通信模块与上位机相连接。低压直流电源包括低压直流开关电源或低压直流线性电源。主站控制模块包括pb620主站控制芯片。通信模块包括wifi无线模块、以太网模块、串口模块中的一个或多个。
49.本实施例中的电子价签从机包括：与两根无极性powerbus总线相连接的另外两根无极性powerbus总线、从站收发模块、第二cpu模块和led/lcd显示模块；从站收发模块与另外两根无极性powerbus总线相连以对输入电源进行极性转换接及调制控制信号；从站收发模块与第二cpu模块相连以进行信号传输；led/lcd显示模块与第二cpu模块相连接以显示商品价格；另外两根无极性powerbus总线为供电电缆。
50.本实施例中的电子价签从机还包括电源开关；电源开关为带自锁开关；电源开关设置在另外两根无极性powerbus总线与从站收发模块之间。从站收发模块包括电源极性转换电路以对输入电源进行极性转换，从而实现电子价签主机的两根powerbus总线与电子价签从机的两根powerbus总线相连接时，不需要考虑电源的正负极，即电子价签主机的任意一根powerbus总线与电子价签从机的任意一根powerbus总线相连接即可。
51.本实施例中，电子价签从机包括分别连接在主控芯片上的降压模块、通信模块、usb模块、复位电路、时钟模块、字库单元、显示模块、boot模块和降压电路，通信模块包括与主控芯片连接的通信芯片和与通信芯片连接的powerbus总线，powerbus总线通过整流滤波电路与降压电路连接。
52.具体的：
53.如图2(a)-(b)所示，主控电路采用gd32f103cbt6芯片。gd32f103cbt6是一个基于arm cortex-m3 risc架构的32位通用微控制器。gd32f103cbt6的最高主频可达108mhz。并且flash能够以零等待状态达到最大速率。gd32f103cbt6内含3mb rom和96kb ram能够较好的支持本产品所需功能。vdd和vss分别为数字电和数字地端口，各端口分别对应不同的功能。
54.本实施例中，lcd_cs为显示屏的片选引脚，lcd_rs为显示屏的数据/命令切换引脚，lcd_rd为显示屏的读使能引脚，lcd_wr为显示屏的写使能引脚；spi_miso和spi_mosi分别为gt30l32s4w的串行输入输出接口；txd1和rxd1分别为数据发送和接收引脚；usbdm和usbdp为usb信号差分输入引脚；swdio为swd调试io口，swclk为swd调试时钟口；osc为系统晶振引脚；lcd_dbx为显示屏数据口；nrst为复位引脚。
55.如图3所示的滤波电路，包括连接在3.3v电源和接地端gnd之间相互并联的至少五组电容(c6、c7、c8、c9和c10)。
56.其中，c6为10uf电容，c7、c8、c9、c10为100nf电容，用来滤除低频和高频干扰。滤波
电容用在电源整流电路中，用来滤除交流成分。使输出的直流更平滑。而且对于精密电路而言，采用并联电容电路的组合方式来提高滤波电容的工作效果。
57.本实施例中的滤波电路位于电子价签从机中，与3.3v电源相连执行滤波。该电路结构简单，稳定性高，具有较强的实践背景，且能够有效的滤除干扰，适合电子价签产品。
58.降压模块具有如图4所示的降压电路，降压电路与主控芯片连接，包括连接在正向低压降稳压器输入端的+5v电源，+5v电源至接地端gnd之间连接电容c21；正向低压降稳压器输出端连接+3.3v电源端，+3.3v电源端至至接地端gnd之间连接相互并联的至少三组电容(c22、c23和c26)。
59.其中，ams1117-3.3是一种输出电压为3.3v的正向低压降稳压器。图中c21和c22为22uf电容，c23和c26为100nf电容用来滤除交流成分。本实施例中的降压电路位于从机中，powerbus总线经过滤波后降压为主控芯片提供电源。
60.如图5所示，通信模块采取的pb331芯片是powerbus技术的从站通讯芯片。powerbus属于低压供电总线技术。通过在供电电缆上调制控制信号,替代了传统分离的控制电缆和供电电缆并大幅度提高通讯稳定性。powerbus采用电压发送，电流信号回传的方式，提供了高通讯抗干扰能力。pb331能适应现场使用的各种线材并实现远距离通讯的功能。电缆可以总线型、树型或星型等任意方式铺设,极大方便施工布线,可防止错接。该通信模块与主机中通信模块同为powerbus通信，主机通过powerbus总线将数据发送至从机。
61.其中，utx端口为串行发送端口，接至mcu的rx端口；urx端口为串行接收端口，接至mcu的tx端口；po、pi分别为powerbus总线输出、输入接口，可同时提供供电和通信功能。
62.图6所示为整流滤波电路，整流滤波电路分别与降压电路和powerbus总线连接，包括连接在电源vcc至接地端gnd之间相互并联的电容c18和c19，电源vcc端经整流器d2后分别连接三极管q1、电阻r10和桥式整流电路d3；三极管q1分别连接电阻r11和电阻r14，电阻r14接地；电阻r10与电阻r13连接后接地；桥式整流电路d3分别连接电容c17和电容c20，电容c17连接瞬态二极管的一端，电容c20连接瞬态二极管的另一端；电容c17和电容c20相连接后接地。
63.整流滤波电路位于从机中。一方面，powerbus总线经过滤波电路后获得原始信号，原始信号经过pb331处理后与主控芯片连接，实现通信功能；另一方面，powerbus总线经滤波电路后与vcc(电源)相连，vcc经过降压后为主控芯片电源。在该电路中，二总线电压信号通过d3处桥式整流电路和c18和c19处电容进行滤波，将二总线电压信号转化为直流电，便于设备供电。tvs1为瞬态二极管，当瞬态二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以10的负12次方秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间(l1和l2之间)的电压箝位于一个预定值，有效地保护电子线路中的精密元器件，免受各种浪涌脉冲的损坏。c17、c20电容主要作用为钳制电压，使两极间的电压箝位于一个预定值，同瞬态二极管共同保护电路中的器件。
64.其中po为powerbus总线输出信号，经电阻r11后输出，pb331通过三极管q1将输出的电流放大至200ma上传0或1；pi为powerbus总线输入信号，经电阻r10和电阻r13相连接处输出，主机通过调试电压24v或12v显性的下发1或0。
65.图7所示为powerbus总线接口，总线接口位于从机中。
66.如图8所示，时钟模块分为两部分，其中一部分为8mhz晶振，另一部分为32.768khz
晶振。8mhz晶振提供外部高速时钟(hse)，用于提供更精确的系统时钟；32.768khz晶振提供外部低速时钟(lse)，为精确定时服务，可用于rtc电路时钟源，可为低功耗提供计时。
67.本实施例中，时钟模块的两部分电路结构一致，其中一部分为分别连接在主控芯片osc输入和输出管脚上的电容c1和电容c3，电容c1和电容c2一端连接后接地，主控芯片osc输入和输出管脚之间连接x1(8mhz晶振)，且x1(8mhz晶振)连接在电容c1和电容c3一端。两部分电路结构一致，两电容的容量不同，例如电容c1和电容c3为10pf,电容c2和电容c4为22pf。
68.如图9所示的复位电路，包括连接在主控芯片nrst管脚上的电容c5，电容c5分别连接电阻r1和接地端，电阻r1连接+3.3v电源。
69.本实施例的复位电路位于从机中，单片机指主控芯片，当电子价签系统崩溃时能够重置主控，保证系统正常运行。当设备上电时，电容c5充电，nrst管脚电平被拉低，主控芯片复位。当电容充放电结束达到稳定状态时，nrst管脚位于高电平状态，此时单片机正常工作。设备上电时硬件自动复位，无需进行软件复位。在一定程度上简化了开发过程。
70.如图10所示的boot电路，包括连接在主控芯片boot0管脚上的电阻r2，电阻r2接地。该电路位于从机中用于配置启动模式，boot0、boot1管脚复位时的电平状态确定程序的启动位置。当boot1＝x,boot0＝0时，从用户闪存启动；boot1＝0，boot0＝1从系统存储器启动；boot1＝1,boot0＝1从内置sram启动。
71.具体的：使用串口isp下载时，将boot0置1boot1置0。
72.如图11所示，在实际应用中采用swd模式。在使用swd模式时，对boot0和boot1需要做如下处理，将boot0悬空(或接高电平)，将boot1经过一个10k的下拉电阻拉低。
73.如图12所示的usb模块，usb是英文universal serial bus(通用串行总线)的缩写，是一个外部总线标准。电子价签通过该模块与其他设备进行连接和通信。图中usbdm和usbdp为usb差分信号线。
74.如图13所示的字库单元，gt30l32s4w为标准点阵汉字库芯片。该芯片采用spi串行总线，点阵横置横排，支持国标汉字库和ascii字库。其中cs为片选输入管脚，sclk为串行时钟输入管脚，so和si分别为串行数据输出和串行数据输入管脚，hold为总线挂起。
75.其中，cs管脚接入电阻r20，so管脚接入电阻r19，电阻r19和r20均与电源+3.3v连接，si管脚接入电阻r22，sclk管脚接入电阻r21，电阻r21和r22均与电源+3.3v连接，电源vcc管脚接入电容c25后接地。
76.如图14所示的显示模块，采用ili9341显示屏。其中lcd_dbx引脚与单片机连接，通过读取字库芯片中的编码，确定lcd屏的显示内容；lcd_cs为片选管脚，选择lcd屏的工作部分；rs为命令数据转换引脚；leda和ledk分别为阳极和阴极管脚，工作时通过控制阳极阴极管脚形成电势差点亮lcd屏。
77.如图15所示的lcd驱动电路，该电路位于从机中，由于gd32f103cbt6驱动能力有限，选用s8050提高电压增强其驱动能力，确保阴极和阳极间电势差能够在允许范围内。
78.本实施例中，ili9341显示屏的ledk管脚接入电阻r16后与三极管q2的其中一端连接，三极管q2的另两端中，其中一端接地，另一端接入电阻r17后与主控芯片上的lcd_bl管脚连接。
79.降压模块还具有如图16所示的dc-dc降压电路，该电路位于从机中。主控芯片电源
电压为3.3v，而powerbus总线电压为5v需要降低电压以满足主控芯片的要求。电路中采用了tps54202ddcr开关稳压器。开关稳压器使用输出级，重复切换“开”和“关”状态，与能量存贮部件一起产生输出电压。在门控振荡器或脉冲模式稳压器中，开关脉冲的宽度和频率保持恒定，但是，输出开关的“开”或“关”由反馈控制。根据开关和能量存贮部件的排列，产生的输出电压可以大于或小于输入电压，并且可以用一个稳压器产生多个输出电压。图中c12、c13、c15、c16为滤波电容，用于滤除交流成分，使直流输出更平滑；图中的r12、r15电阻用于调节控制输出电压可调输出的反馈电阻计算公式如下：vout＝vref
×
(1+r29/r28)vref＝0.6v。
80.本实施例中，dc-dc降压电路包括，tps54202ddcr开关稳压器的sw管脚上接入电感l1后连接相互并联的电阻r12、电容c12、电容c13和电容c14，电阻r12和电容c14连接后分别接入tps54202ddcr开关稳压器的的fb3管脚和电阻r15，电阻r15、电容c12、电容c13和电容c14均与接地端连接，电阻r12、电容c12、电容c13和电容c14均连接+5v电源；tps54202ddcr开关稳压器的boot管脚接入电阻r8后接地；tps54202ddcr开关稳压器的vin管脚分别接入电阻r9、电容c15、电容c16和电源vcc，电容c15和电容c16均接地，电阻r9和电阻r8连接。
81.传统的电子价签通过电池供电，更换电池步骤繁杂，不利于长期使用；色彩单调，亮度较暗，刷新率低，难以将货品信息全方位呈现给顾客。
82.而上述结构形成的电子价签系统采用二总线供电及进行数据传输，供电和数据传输共用一组线路，可以进行无极性连接，维护简单，抗干扰能力强，为电子价签的安装带来了极大便利，价格低，色彩丰富，亮度及刷新率高，通过总线供电，无需更换电池，安装方便；显示内容更加丰富，价格更加低廉，采用总线连接使数据传输更加稳定，电路结构也有较大变化。
83.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。