CN102314837A

CN102314837A - 一种彩色电子标牌及其电源控制方法

Info

Publication number: CN102314837A
Application number: CN201110266486A
Authority: CN
Inventors: 段作杰; 陈实如; 王彦超; 段惟荣
Original assignee: Shanghai Founder Technology Computer System Co Ltd
Current assignee: Shanghai Founder Technology Computer System Co Ltd
Priority date: 2011-09-08
Filing date: 2011-09-08
Publication date: 2012-01-11

Abstract

本发明公开了一种彩色电子标牌及其电源控制方法，标牌包括单片机、存储器、彩色E-ink屏、E-ink驱动芯片、太阳能板、锂电池、射频装置，单片机分别与存储器、E-ink驱动芯片、太阳能板、锂电池和射频装置电连接；E-ink驱动芯片与E-ink屏连接；射频装置接收图像数据；单片机控制E-ink驱动芯片驱动彩色E-ink屏显示图像数据；太阳能板和锂电池为射频装置和单片机供电。其电源控制方法为：当彩色E-ink屏仅显示图像，太阳能板为锂电池充电；当射频装置接收图像数据时，太阳能板通过开光一为射频装置供电；当E-ink屏更新图像数据时，锂电池通过开关二为MCU供电。本发明节能环保，不需要更换电池或充电。

Description

一种彩色电子标牌及其电源控制方法

技术领域

本发明涉及电子标牌，具体的说是应用彩色E-ink技术和太阳能技术的彩色电子标牌和标牌的电源控制方法。

背景技术

E-Ink一般称之为“电子墨水技术”(电泳式电子纸)，它是一种屏幕技术，E-Ink的电子纸由电子墨水及两片基板所组成，它上面涂有一种由无数微小的透明颗粒组成的电子墨水，颗粒直径只有人的头发丝的一半大小。只要调整颗粒内的染料和微型粒子的颜色，便能够使电子墨水展现色彩和图案来。当这种电子墨水被涂到纸、布或其他平面物体上后，人们只要适当地对它予以电击，就能使数以亿计的颗粒变幻颜色，从而根据人们的设定不断地改变所显现的图案和文字。其具有耗电率低以及刷新速度快的特点。

电子墨水相对其它显示工艺很大优点是低功耗。用电子墨水产生的一个显示，可保持图像达几周，并不需要附加的功率输入，并且当需改变显示的图像仅需少量功率。

太阳能电池是一对光有响应并能将光能转换成电力的器件。能产生光伏效应的材料有许多种，如：单晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化镓，硒铟铜等。

作为第三代太阳能电池，染料敏化电池的最大吸引力在于廉价的原材料和简单的制作工艺。据估算，染料敏化电池的成本仅相当于硅电池板的1/10。同时，它对光照条件要求不高，即便在阳光不太充足的室内，其光电转化率也不会受到太大影响。

现在彩色E-ink的显示屏工艺和太阳能电池技术已经非常成熟。

传统的标签或标牌是纸质的，尤其是价格标牌，需要人手打印或书写，再加上贴标签，需要大量人力、物力、财力，消耗大量资源和时间，每一次价格变动都需要重新制作，既不经济也不环保。如果是彩色的标签更是如此，特别对一些普通的商家更是一笔不小的支出。

后来有人发明一种带LCD显示屏的电子标牌，如果采用单色的LCD颜色比较单一，如果是彩色的TFT显示屏则需要有背光，耗电比较大，而且都需要有内置的电池(纽扣电池、干电池或锂电池等)，但是这就存在一个电池没电后的更换问题(同样不经济不环保)或是充电的问题(锂电池)。

发明内容

本发明根据传统标签和LCD电子标牌存在的上述不足之处，提供一种便于修改和管理的彩色电子标牌且完全不用更换电池或充电。

具体的说，一种彩色电子标牌，包括MCU(单片机)、存储器、彩色E-ink屏、E-ink驱动芯片、太阳能板、锂电池、射频装置，单片机分别与存储器、E-ink驱动芯片、太阳能板、锂电池和射频装置电连接，E-ink驱动芯片与彩色E-ink屏电连接；射频装置接收图像数据并发送给单片机，单片机控制E-ink驱动芯片驱动彩色E-ink屏显示图像数据，太阳能板和锂电池为射频装置和单片机供电。

所述标牌还包括一更新端口，更新端口与单片机电连接，更新端口接收更新的图像数据。

所述单片机为超低功耗单片机。

所述存储器为可擦写可编程只读存储器。

所述标牌包括电源控制电路，所述电源控制电路包括开关一、开关二、充电电路、单片机电源控制模块和系统电源，充电电路一端与太阳能板连接，另一端与锂电池连接，使太阳能板为锂电池充电，开关一一端连接太阳能板，另一端连接系统电源；开关二一端连接锂电池，另一端连接系统电源，单片机电源控制模块分别连接并控制开关一、开关二和充电电路；太阳能板和锂电池通过系统电源为单片机和射频装置供电。

开关一为常闭开关，开关二为常开开关。

所述MCU采用两种频率的晶振作为时钟输入，当标牌处于图像更新或射频装置工作状态时采用高频时钟，当标牌处于待机状态时采用低频时钟。

所述MCU采用32768Hz和4MHz的晶振作为时钟输入。

本发明还提供一种彩色电子标牌的电源控制方法，包括如下步骤：

当彩色E-ink屏仅显示图像，射频装置没有接收图像数据时，太阳能板为锂电池充电；

当射频装置接收图像数据时，太阳能板通过开光一，输送电流给系统电源为射频装置供电；

当彩色E-ink屏更新图像数据时，锂电池通过开关二，输送电流给系统电源为MCU供电。

1、MCU为超低功耗单片机，本身有存储空间(存储空间大小根据需要确定)，考虑到存储空间有可能不能满足整个系统的要求增加了EEPROM(容量大小可根据实际需要确定)，EEPROM与MCU直连，采用SPI总线接口，主要用于存储E-ink驱动相关的数据和整个系统初始化的相关数据，射频收发时临时存储的图像数据则直接由MCU内部存储；

2、E-ink驱动芯片为专用芯片，前端与MCU有电气连接，后端与E-ink显示屏有电气连接；

3、射频装置与MCU有电气连接，采用无线通讯协议，可为WIFI或ZIGBEE等常用无线通讯协议，这里不作过多阐述；

4、更新端口主要功能是用于更新E-ink显示屏的图像数据，和射频装置构成两个通道；

本发明的优点与积极效果

本发明相比其他的电子标牌有如下优点：

1、节能环保，不需要更换电池或充电。E-ink显示屏在不刷新图像的情况下是不需要耗电的，并且采用低功耗MCU，平时是处于休眠状态，整个系统的功耗非常低，在正常的灯光或光线条件下，太阳能板完全可以满足系统的电流需求，并可以给锂电池提供充电电流。在更新标牌内容时，整个系统和彩色E-ink显示屏进入工作状态，此时消耗的电能稍大，太阳能板已经不能满足，此时才消耗锂电池里存储的电能；

2、彩色显示，提高商家档次。

3、更新方便。可以采用两种更新方式：更新端口和射频方式；

附图说明

图1是本发明的彩色电子标牌结构示意图；

图2是本发明的实施例的彩色电子标牌结构示意图；

图3是本发明的电源控制电路的结构示意图；

图4是本发明的电源控制电路的工作示意图；

图5是本发明的实施例的电源控制方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的彩色电子标牌进行详细的说明。

实施例

如图1所示，本发明的彩色电子标牌，包括单片机(MCU)、存储器、彩色E-ink屏、E-ink驱动芯片、太阳能板、锂电池、射频装置，单片机分别与存储器、E-ink驱动芯片、太阳能板、锂电池和射频装置电连接，E-ink驱动芯片与彩色E-ink屏电连接；射频装置接收图像数据并发送给单片机进行存储，单片机控制E-ink驱动芯片驱动彩色E-ink屏显示图像数据，太阳能板和锂电池为射频装置和单片机供电。射频装置包括射频收发芯片和射频天线。存储器为可擦写可编程只读存储器(EEPROM)。

如图2所示，本实施例中采用TI公司生产的超低功耗MCU MSP430F4794，此单片机是一款具有精简指令集的16位超低功耗混合型单片机。采用MSP430系列单片机的一个最大优势是它具有低功耗和高集成度。MSP430F4794为MSP430的4系列单片机，工作电压为1.8～3.6V；当工作电压为2.2V，频率为1MHz时，活动模式下电流为280μA，待机模式下电流为1.1μA；从待机到唤醒的时间不超过6μs。其它结构采用的型号可见附图2，但该附图中的型号并不能限制本发明的保护范围，用其它型号的器件来代替图中所示的各器件，应该是本领域技术人员可以想到的。

如图3所示，本发明的电源控制模块包括开关一、开关二、充电电路、单片机电源控制模块和系统电源，充电电路一端与太阳能板连接，另一端与锂电池连接，使太阳能板为锂电池充电，开关一一端连接太阳能板，另一端连接系统电源；开关二一端连接锂电池，另一端连接系统电源，单片机电源控制模块分别连接并控制开关一、开关二和充电电路；太阳能板和锂电池通过系统电源为单片机和射频装置供电。系统电源包括LDO电源芯片和电源，LDO电源芯片控制电源输出。

太阳能板和锂电池为系统提供稳定的电源，根据系统的工作模式通过控制开关切换由哪个来供应；电源开关一为常闭开关，电源开关二为常开开关。

此电源管理方法也是本发明的发明点之一，电源管理有如下几个状态：

A)轻负载状态：电源开关一关闭，电源开关二打开，电流的方向为：太阳能板---电源开关一---LDO电源芯片---电源；轻负载状态是指射频装置收发更新图像的状态。

B)重负载状态：电源开关一打开，电源开关二关闭，电流的方向为：锂电池---电源开关二---LDO电源芯片---电源；重负载状态是指彩色E-ink屏更新图像时的状态，此时，MCU、存储器、彩色E-ink屏和E-ink驱动芯片都需要耗电。

C)充电状态：充电控制电路工作，电流的方向为：太阳能板---充电控制电路---锂电池。正常情况下A和C两种状态是一起工作的，如果设备关机后，则只有C状态工作。

如图4所示，为了降低本发明的彩色电子标牌的耗电量，采用32768Hz和4MHz的晶振作为时钟输入，当电子标牌系统处于图像更新或通信状态时采用高频时钟来获取较高的处理速度，当系统处于待机状态时采用低频时钟来降低系统功耗。这样就较好的解决了电池供电的小电流应用系统中工作频率和功耗之间的矛盾。

选择低的供电电压和低功耗的外围器件来降低功耗。系统采用太阳能板和锂电池供电；使用超低功耗的LDO芯片AS1360进行电源管理；选用低功耗的E-ink显示器。

在程序设计上充分利用MSP430提供的多种低功耗工作模式，如图4所示。在进行数据传输时，系统由低功耗模式转换为工作模式，MCU处于休眠状态，E-ink驱动芯片处于断电模式，让射频装置独立工作。在进行E-ink显示器的图像更新时，MCU和E-ink驱动芯片转换到工作模式，射频装置处于断电模式，在不进行数据传输和图像更新时，系统处于待机模式，进入待机模式。当需要工作时，发生中断唤醒MCU，处理完后再进入低功耗模式。这样，系统通常运行在休眠模式下，它是在保持实时时钟活动情况下功耗最低的一种工作模式。通过各种模式之间的灵活转换，实现了降低系统功耗的目的。系统进行一次图像更新时程序的运行状态与对应工作模式的转换如图4所示：

如图4和图5所示，电源控制模块对与MCU电连接的彩色E-ink屏、E-ink驱动芯片和射频装置进行如下的电源控制。

1、在初始化模式下，MCU控制电源开关三、电源开关四、电源开关五处于关闭(OFF)状态，只给MCU最小系统上电，最小系统上电是指给MCU的CPU及存储器供电；

2、在工作模式1下，MCU控制电源开关三处于打开(ON)状态为射频收发模块供电，电源开关四和电源开关五OFF；

3、在工作模式2下，MCU控制电源开关三处于关闭(OFF)状态，切断射频收发模块供电，电源开关四和电源开关五处于打开(ON)状态，为E-ink驱动芯片和E-ink显示屏供电；

4、在休眠或待机模式下，MCU控制电源开关三、电源开关四、电源开关五处于关闭(OFF)状态，只给MCU最小系统上电，在此模式下，彩色E-ink屏继续显示但并不耗电。

Claims

1.一种彩色电子标牌，其特征在于，包括单片机、存储器、彩色E-ink屏、E-ink驱动芯片、太阳能板、锂电池、射频装置，单片机分别与存储器、E-ink驱动芯片、太阳能板、锂电池和射频装置电连接；E-ink驱动芯片与彩色E-ink屏电连接；射频装置接收图像数据并发送给单片机；单片机控制E-ink驱动芯片驱动彩色E-ink屏显示图像数据；太阳能板和锂电池为射频装置和单片机供电。

2.根据权利要求1所述的彩色电子标牌，其特征在于，所述标牌还包括一更新端口，更新端口与单片机电连接，更新端口接收更新的图像数据。

3.根据权利要求1所述的彩色电子标牌，其特征在于，所述标牌包括电源控制电路，所述电源控制电路包括开关一、开关二、充电电路、单片机电源控制模块和系统电源，充电电路一端与太阳能板连接，另一端与锂电池连接，使太阳能板为锂电池充电；开关一一端连接太阳能板，另一端连接系统电源；开关二一端连接锂电池，另一端连接系统电源；单片机电源控制模块分别连接并控制开关一、开关二和充电电路；太阳能板和锂电池通过系统电源为单片机和射频装置供电。

4.根据权利要求1所述的彩色电子标牌，其特征在于，所述开关一为常闭开关，开关二为常开开关。

5.根据权利要求1所述的彩色电子标牌，其特征在于，所述存储器为可擦写可编程只读存储器。

6.根据权利要求1所述的彩色电子标牌，其特征在于，所述单片机采用两种频率的晶振作为时钟输入，当标牌处于图像更新或射频装置工作时采用高频时钟，当标牌处于待机状态时采用低频时钟。

7.根据权利要求6所述的彩色电子标牌，其特征在于，所述单片机采用32768Hz和4MHz的晶振作为时钟输入。

8.一种彩色电子标牌的电源控制方法，为：

1)当彩色E-ink屏仅显示图像，射频装置没有接收图像数据时，太阳能板为锂电池充电；

2)当射频装置接收图像数据时，太阳能板通过开光一，输送电流给系统电源为射频装置供电；

3)当彩色E-ink屏更新图像数据时，锂电池通过开关二，输送电流给系统电源为单片机供电。