一种分布式无线电子标签系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种分布式无线电子标签系统，其特征是，包括上位机、ZigBee网络和射频信号发射装置，上位机用于统一分发标签显示数据以及确认标签显示状态；ZigBee网络，直接对各个节点进行数据采集和监控，方便管理网络节点传递数据资料；射频信号发射装置，为各个微能量采集模块提供必要频率的射频信号，以便对各个模块进行供电；上位机与ZigBee网络进行无线或有线连接；射频信号发射装置通过无线射频信号与ZigBee网络连接。这种标签系统具备实时更新功能且成本低廉、方便管理和维护。
【专利说明】
一种分布式无线电子标签系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及短距离、低功耗的无线通信技术，具体是一种分布式无线电子标签系统。
【背景技术】
[0002]纸质商品价格标签在商品销售中应用相当广泛。在大型超市里，商品种类繁多、信息更新较为频繁，纸质标签的管理、更新维护工作长期依赖人工操作，不仅效率低下，而且随着超市规模的扩大，商品种类的增加，其管理无序、混乱等矛盾也越实用新型显。当缺少监督或是作业人员疏忽时，容易出现商品标价错误的情况，影响日常销售活动，甚至破坏公司形象。
[0003]随着无线通信技术的发展，特别是低功耗无线局域网ZigBee技术的出现，产生了许多类似技术的应用产品，譬如超市货架标签、仓储物流货柜标签、医院病床标签等等。与传统的纸质标签相比，该技术所衍生的应用产品具备有效降低人工成本、维护时间、避免纸张油墨过度使用等方面的特点，被视作新一代绿色节能环保技术，广泛应用于物联网、工业4.0、互联网+等新兴领域，具有非常巨大的应用市场。
[0004]基于ZigBee技术的电子标签系统在国内外呈现蓬勃发展的趋势，国内对其实际应用也有比较多的案例，目前市面上主要结构有以下两类:
[0005]1.改装安装架，如货架、病床等，ZigBee终端设备直接由安装架供电，使用普通LCD显示屏进行显示。电子标签的信息由中心机房的主节点所连接的上位机进行分发，统一管理。由于需要对安装架进行改装，这种方式对于电子标签使用条件有很高的要求，对实际使用环境有着严格的要求。因为存在供电改造，会出现货架漏电等不安全因素，埋下生产隐串
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[0006]2.无需改装安装架，每个电子标签使用便携式电源，如锂电池或者干电池等进行供电，使用电子墨水屏进行信息的显示，统一由中心机房的上位机对每个电子标签的信息进行发布和修改。这种方式能够有效地解决电子标签供电问题，但是需要定时对电子标签的电池进行更换或者充电，实际维护需要投入大量精力。并且电子标签显示信息由上位机发布后，如果显示有误或者需要修改，还需往返于对应电子标签节点和中心机房反复确认，造成实际工作效率低下。
[0007]基于上述分析，市面上存在的电子标签系统产品，或多或少存在一些亟需改进的缺陷。
【实用新型内容】
[0008]本实用新型的目的是针对现有技术的不足，而提供一种分布式无线电子标签系统。这种标签系统具备实时更新功能且成本低廉、方便管理和维护。
[0009]实现本实用新型目的的技术方案是:
[0010]—种分布式无线电子标签系统，包括
[0011]上位机，用于统一分发标签显示数据以及确认标签显示状态，上位机为固定监控机房中安装了软件程序计算机，不可移动；
[0012]ZigBee网络，工作于2.4GHz射频信号频率，直接对各个节点进行数据采集和监控，方便管理网络节点传递数据资料；
[0013]射频信号发射装置，工作于902-928MHZ射频信号频率。为各个微能量采集模块提供必要频率的射频信号，以便对各个模块进行供电；
[0014]上位机通过WiF1、有线以太网或串口 RS232与ZigBee网络进行无线或有线连接;射频信号发射装置通过无线射频信号与ZigBee网络连接，电子标签汇聚模块处于所述ZigBee网络的物理边缘，接近上位机，向上位机提供串口RS232、以太网口、WiFi三种数据通信通道，电子标签节点模块在所述ZigBee网络上的位置固定；电子标签手持模块则在所述ZigBee网络内可随意移动，根据需要移动到需要修改显示内容的电子标签节点模块处，现场点对点完成显示内容的修改。
[0015]所述的上位机与多个所述的ZigBee网络连接。
[0016]所述的射频信号发射装置与多个所述的ZigBee网络连接。
[0017]所述的ZigBee网络包括
[0018]电子标签节点模块，用于节点信息的显示；
[0019]电子标签汇聚模块，电子标签汇聚模块将上位机与分布在使用现场ZigBee网络中所有电子标签节点模块连接起来，完成数据的交互；
[0020]电子标签手持模块，对电子标签节点模块的数据进行修改和维护；
[0021 ]电子标签节点模块与电子标签汇聚模块、电子标签手持模块组网构成ZigBee网络，并且每个模块在该ZigBee网络中有且仅有唯一有效的网络标识ID，每一个ID都与具体物理位置——对应。
[0022]所述电子标签节点模块包括微能量采集模块、第一锂电池、电源管理电路、第一ZigBee SOC控制器、电子墨水显示屏和第一射频通信电路，微能量采集模块、第一锂电池、电源管理电路顺序连接；电子墨水显示屏、第一射频通信电路、第一锂电池、电源管理电路均接入第一ZigBee SOC控制器;第一锂电池还与电子墨水显示屏和第一射频通信电路电连接。
[0023]所述的电子标签汇聚模块包括第二ZigBeeSOC控制器以及与之连接的供电电路、第二射频通信电路、串口 RS232转换电路、有线以太网通信电路、W1-Fi通信电路。
[0024]所述电子标签手持模块包括充电管理电路、第二锂电池、第三ZigBeeSOC控制器、矩阵键盘、触摸LCD屏、字库EEPROM和第三射频通信电路，充电管理电路、第二锂电池、第三ZigBee SOC控制器、第三射频通信电路顺序连接;矩阵键盘、触摸LCD屏、字库EEPROM与第三ZigBee SOC控制器电连接。
[0025]所述电子标签节点模块分为显示状态和刷新状态，在显示状态，电子标签节点模块由微能量采集模块对锂电池进行充电；在刷新状态，电子标签节点模块对电子墨水显示屏的显示数据进行刷新。
[0026]在显示状态，即正常显示信息时，ZigBee SOC控制器通过电源管理电路完全切断锂电池对电子墨水显示屏供电，且进入掉电休眠状态等待数据传输，由微能量采集模块采集空间电磁场能量，特别是2G/3G/4G等移动通信频段信号，甚至可按需安装低功率的信号发射装置并转化为电能对锂电池进行充电，此时功耗达到最低几乎没有能量消耗;在刷新状态，即当有无线数据进入电子标签节点模块时，ZigBee SOC控制器被唤醒，并通过射频通信电路接收对应无线数据，接收数据完毕同时获得刷新电子墨水显示屏命令后，ZigBeeSOC控制器通过电源管理电路使锂电池开始对电子墨水显示屏进行供电，并完成电子墨水显示屏显示数据刷新工作，刷新结束后，重新回到设备显示状态。
[0027]所述的电子标签手持模块，可通过触摸LCD显示屏手写或者矩阵键盘进行显示信息数据的输入，然后利用RSSI(Received Signal Strength Indicat1n信号强度指示)技术，通过ZigBee SOC控制器和射频通信电路将这些显示数据点对点地发送到离电子标签手持模块最近的电子标签节点模块，从而达到能够对单独的电子标签节点模块显示数据进行更改，避免只能通过监控机房上位机对电子标签节点模块显示数据进行更改且需要往返电子标签节点模块现场确认的现象，提高了维护效率。
[0028]这个系统采用了新兴的微能量采集技术，能够直接从空间电磁场进行能量的采集并保存，大大提高单个节点的电池使用寿命甚至是无需更换电池，真正实现绿色环保、低碳经济的无线电子标签系统，提高了整个无线电子标签系统的灵活性和场景适用性；即使是空间电磁场能量极其微弱或几乎没有的地方，亦可通过安装射频信号发射装置，完成无线电量传输，避免繁重的电源布线工作或复杂的设备改造。
[0029]这个系统采用超低功耗、快速自组网的ZigBee技术，单个网络理论上可连入65535个电子标签节点模块，每个电子标签节点模块根据网络中分配的ID显示不同数据。采取多网络接入方式，可以连入更多电子标签节点模块，非常适用于大型超市、仓储物流、大型病房大楼等场合。同时亦可大大降低数据传输的能量消耗。
[0030]这个系统采用电子墨水显示屏技术，电子标签节点模块断电后，电子墨水显示屏依然可以正常显示，做到超低功耗甚至是零功耗。能够有效避免纸张油墨的使用，降低日常维护工作量，达到绿色环保、低碳经济的效果。
[0031 ]这个系统采用ZigBee SOC控制器，微控制器和ZigBee射频器件集成在同一芯片之中，仅需简单的外部射频通信电路即可实现完整的射频功能。可以有效降低整体模块的成本和体积。
[0032]这种标签系统具备实时更新功能且成本低廉、方便管理和维护。
【附图说明】
[0033]图1为实施例的系统结构示意图；
[0034]图2为实施例中电子标签节点模块结构示意图；
[0035]图3为实施例中电子标签手持模块结构示意图；
[0036]图4为实施例中电子标签汇聚模块结构示意图。
【具体实施方式】
[0037]下面结合附图和实施例对本实用新型的内容作进一步的阐述，但不是对本实用新型的限定。
[0038]实施例:
[0039]参见图1，一种分布式无线电子标签系统，包括
[0040]上位机Al，用于统一分发标签显示数据以及确认标签显示状态，上位机Al为固定监控机房中安装了软件程序计算机，不可移动；
[0041 ] ZigBee网络，工作于2.4GHz射频信号频率，直接对各个节点进行数据采集和监控，方便管理网络节点传递数据资料；
[0042]射频信号发射装置，工作于902-928MHZ射频信号频率，为各个微能量采集模块提供必要频率的射频信号，以便对各个模块进行供电；
[0043]上位机Al通过WiF1、有线以太网或串口 RS232与ZigBee网络进行无线或有线连接；射频信号发射装置A4通过无线射频信号与ZigBee网络连接，电子标签汇聚模块A2处于所述ZigBee网络的物理边缘，接近上位机Al，向上位机Al提供串口 RS232、以太网口、WiFi三种数据通信通道，电子标签节点模块在所述ZigBee网络上的位置固定；电子标签手持模块A3则在所述ZigBee网络内可随意移动，根据需要移动到需要修改显示内容的电子标签节点模块处，现场点对点完成显示内容的修改。
[0044]所述的上位机Al与多个具有相同结构的所述的ZigBee网络连接，即Al亦可同时与多个具有ZigBee网络NI相同结构的ZigBee网络N2至ZigBee网络Nn进行连接。
[0045]所述的射频信号发射装置A4与多个具有相同结构的所述的ZigBee网络连接，即射频信号发射装置A4通过无线射频信号与ZigBee网络NI至ZigBee网络Nn相连接。
[0046]所述的ZigBee网络包括
[0047]电子标签节点模块，用于节点信息的显示；
[0048]电子标签汇聚模块A2，电子标签汇聚模块A2将上位机Al与分布在使用现场ZigBee网络中所有电子标签节点模块连接起来，完成数据的交互，电子标签节点模块为电子标签节点模块al_电子标签节点模块an;
[0049]电子标签手持模块A3，对电子标签节点模块的数据进行修改和维护；
[0050]电子标签节点模块al-电子标签节点模块an与电子标签汇聚模块A2、电子标签手持模A3块组网构成ZigBee网络NI，并且每个模块在ZigBee网络NI中有且仅有唯一有效的网络标识ID，每一个ID都与具体物理位置--对应。
[0051 ]所述电子标签节点模块包括微能量采集模块B4、第一锂电池B5、电源管理电路B6、第一 ZigBee SOC控制器B1、电子墨水显示屏B2和第一射频通信电路B3，用于节点信息的显示，微能量采集模块B4、第一锂电池B5、电源管理电路B6顺序连接；电子墨水显示屏B2、第一射频通信电路B3、第一锂电池B5、电源管理电路B6均接入第一ZigBee SOC控制器BI;第一锂电池B5还与电子墨水显示屏B2和第一射频通信电路B3电连接;该模块直接安装使用于需要显示信息的实际地址，譬如具体货柜货物、床位或者其他需要的位置，完成信息的显示功會K;
[0052]所述的电子标签汇聚模块A2包括第二ZigBeeSOC控制器Cl以及与之连接的供电电路C4、第二射频通信电路C2、串口RS232转换电路C3、有线以太网通信电路C5、W1-Fi通信电路C6，电子标签汇聚模块A2将上位机Al与分布在使用现场ZigBee网络中所有电子标签节点模块连接起来，完成数据的交互；
[0053]所述电子标签手持模块A3包括充电管理电路D5、第二锂电池D4、第三ZigBee SOC控制器Dl、矩阵键盘D6、触摸LCD屏D3、字库EEPROM D7和第三射频通信电路D2，充电管理电路D5、第二锂电池D4、第三ZigBee SOC控制器Dl、第三射频通信电路D2顺序连接;矩阵键盘D6、触摸LCD屏D3、字库EEPROM D7与第三ZigBee SOC控制器Dl连接；
[0054]所述电子标签节点模块分为显示状态和刷新状态;在显示状态，电子标签节点模块由微能量采集模块B4对锂电池进行充电；在刷新状态，电子标签节点模块才对电子墨水显示屏B2的显示数据进行刷新。
[0055]在显示状态，即正常显示信息时，ZigBee SOC控制器通过电源管理电路完全切断锂电池对电子墨水显示屏供电，且进入掉电休眠状态等待数据传输，由微能量采集模块采集空间电磁场能量，特别是2G/3G/4G等移动通信频段信号，甚至可按需安装低功率的信号发射装置并转化为电能对锂电池进行充电，此时功耗达到最低几乎没有能量消耗;在刷新状态，即当有无线数据进入电子标签节点模块时，ZigBee SOC控制器被唤醒，并通过射频通信电路接收对应无线数据，接收数据完毕同时获得刷新电子墨水显示屏命令后，ZigBeeSOC控制器通过电源管理电路使锂电池开始对电子墨水显示屏进行供电，并完成电子墨水显示屏显示数据刷新工作，刷新结束后，重新回到设备显示状态。
[0056]所述的电子标签手持模块A3，可通过触摸LCD显示屏D3手写或者矩阵键盘D6进行显不信息数据的输入，然后利用RSSI(Received Signal Strength Indicat1n，信号强度指示，简称RSSI)技术，通过ZigBee SOC控制器Dl和射频通信电路D2将这些显示数据点对点地发送到离电子标签手持模块A3最近的电子标签节点模块，从而达到能够对单独的电子标签节点模块显示数据进行更改，避免只能通过监控机房上位机Al对电子标签节点模块显示数据进行更改且需要往返电子标签节点模块现场确认的现象，提高了维护效率。
[0057]具体地，
[0058]参见图2，所示电子标签节点模块，在刷新状态，第一锂电池B5向第一ZigBee SOC控制器B1、电子墨水屏B2、第一射频通信电路B3和电源管理电路B6进行供电，微能量采集模块B4停止工作，BI通过B3接收到数据后，对B2进行显示刷新;完成刷新后，BI通过B6，切断B5对B2的供电且B4开始工作，之后BI进入极低功耗的深度休眠状态，等待唤醒，进入显示状态;在显示状态，B4采集电磁场能量，对B5进行充电，此时B2完全断电，但由于电子墨水显示屏的特点，掉电依然能够正常显示信息，BI等待B3接收到特定无线信号来唤醒，整个模块处于极低功耗的状态，若B3接收到特定无线信号，则BI被唤醒，开始接收数据，进入显示状态。
[0059]参见图3，所示电子标签手持模块。第二锂电池D4为第三ZigBee SOC控制器Dl、矩阵键盘D6、字库EEPROM D7、第三射频通信电路D2和触摸LCD显示屏D3进行供电；D6和04可作为输入设备，输入相关显示数据;D7为存储汉字、字体等信息的电可擦除存储器，用以完成标准符号的输入;完成数据输入，Dl通过D2将输入的数据发送给邻近的电子标签节点模块进行显示数据刷新，完成点对点的数据修改;充电管理电路D5则用来对D4进行充电。
[0060]参见图4，所示电子标签汇聚模块，供电电路C4为第二ZigBee SOC控制器Cl、第二射频通信电路C2、串口 RS232电路C3、有线以太网通信电路C5和WiFi通信电路C6提供工作电压;数据从监控机房上位机发送至ZigBee网络时，Cl通过C3或者C5或者C6从上位机进行数据接收，然后进行数据处理，最后经由C2发送至ZigBee网络;数据从ZigBee网络发送至监控机房上位机时，Cl通过C2接收数据，完成数据处理后，通过C3或者C5或者C6发送给上位机。
[0061]综上所述，Al可批量对NI至Nn的显示信息进行修改，电子标签节点模块安装于显示现场具体物理位置，电子汇聚模块A2安装于靠近监控机房上位机的位置，A3则由操作维护人员随身携带。上述三个模块构成低功耗、快速自组网的ZigBee网络，并且每个模块在该ZigBee网络中有且仅有唯一有效的网络标识ID，每一个ID都能与具体物理位置——对应起来。射频信号发射装置A4作为可选模块，在无射频信号时，可由A4进行无线射频信号发射，为电子标签节点模块供给能量，避免繁重的电源布线工作或复杂的设备改造，降低系统的成本，并提高适用能力。完成安装后，电子标签节点模块进入超低功耗掉电休眠的显示状态，采集周围环境的电磁场能量对锂电池充电，等待无线信号的唤醒。监控机房上位机通过电子标签汇聚模块，将每个ID所对应的显示信息进行发布，电子标签节点模块此时被有效的数据信号唤醒，进入刷新状态且接收到这些信息后，完成对电子墨水显示屏的数据刷新操作，随后进入显示状态。实际显示期间，基本上不存在能量的消耗，且一直在采集电磁场能量为锂电池供电。如果需要对某些电子标签节点模块的数据进行有针对性的修改等维护操作，维护人员只需使用A3，通过矩阵键盘或者触摸LCD显示屏进行输入。然后通过RSSI技术，尽可能靠近需要修改数据的电子标签节点模块，即可完成显示数据的修改。能够避免仅通过上位机发布显示数据需要往返电子标签节点模块现场和监控机房上位机之间反复确认的不足，降低维护操作的工作量，大大提升维护操作效率。
【主权项】
1.一种分布式无线电子标签系统，其特征是，包括 上位机，用于统一分发标签显示数据以及确认标签显示状态； ZigBee网络，直接对各个节点进行数据采集和监控，方便管理网络节点传递数据资料； 射频信号发射装置，为各个微能量采集模块提供必要频率的射频信号，以便对各个模块进行供电； 上位机与ZigBee网络进行无线或有线连接;射频信号发射装置通过无线射频信号与ZigBee网络连接。2.根据权利要求1所述的分布式无线电子标签系统，其特征是，所述的上位机与多个所述的ZigBee网络连接。3.根据权利要求1所述的分布式无线电子标签系统，其特征是，所述的射频信号发射装置与多个所述的ZigBee网络连接。4.根据权利要求1所述的分布式无线电子标签系统，其特征是，所述的ZigBee网络包括 电子标签节点模块，用于节点信息的显示； 电子标签汇聚模块，电子标签汇聚模块将上位机与分布在使用现场ZigBee网络中所有电子标签节点模块连接起来，完成数据的交互； 电子标签手持模块，对电子标签节点模块的数据进行修改和维护； 电子标签节点模块与电子标签汇聚模块、电子标签手持模块组网构成Z igBee网络，并且每个模块在该ZigBee网络中有且仅有唯一有效的网络标识ID，每一个ID都与具体物理位置——对应。5.根据权利要求4所述的分布式无线电子标签系统，其特征是，所述电子标签节点模块包括微能量采集模块、第一锂电池、电源管理电路、第一ZigBee SOC控制器、电子墨水显示屏和第一射频通信电路，微能量采集模块、第一锂电池、电源管理电路顺序连接；电子墨水显示屏、第一射频通信电路、第一锂电池、电源管理电路均接入第一ZigBee SOC控制器;第一锂电池还与电子墨水显示屏和第一射频通信电路电连接。6.根据权利要求4所述的分布式无线电子标签系统，其特征是，所述的电子标签汇聚模块包括第二ZigBee SOC控制器以及与之连接的供电电路、第二射频通信电路、串口RS232转换电路、有线以太网通信电路、W1-Fi通信电路。7.根据权利要求4所述的分布式无线电子标签系统，其特征是，所述电子标签手持模块包括充电管理电路、第二锂电池、第三ZigBee SOC控制器、矩阵键盘、触摸LCD屏、字库EEPROM和第三射频通信电路，充电管理电路、第二锂电池、第三ZigBee SOC控制器、第三射频通信电路顺序连接;矩阵键盘、触摸IXD屏、字库EEPROM与第三ZigBee SOC控制器电连接。8.根据权利要求4所述的分布式无线电子标签系统，其特征是，所述电子标签节点模块分为显示状态和刷新状态，在显示状态，电子标签节点模块由微能量采集模块对锂电池进行充电;在刷新状态，电子标签节点模块对电子墨水显示屏的显示数据进行刷新。
【文档编号】G06F3/14GK205451437SQ201521101942
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年12月28日
【发明人】廖晶晶, 唐智勇, 黎科, 蒋旭亮, 肖立庚
【申请人】广西师范大学