CN103324965A - 一种基于fpga的电子货架标签 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于FPGA的电子货架标签，集成2.4G无线通信模块、高分辨率电泳式电子纸显示屏、基于低功耗FPGA芯片的核心控制器、锂电池及电源电路、太阳能电池板及外置DC充电模块、温湿度检测模块及报警模块、PSRAM显示缓存器。可以极高的分辨率显示各种商品价格、促销、生产厂家、一维、二维条码等商品信息，还可以显示相应商品的库存信息，可以接近零功耗实现相关内容的更新，为类似超市的零售商家提供了一种全新的、超前的价格更新方法，同时预留了与商业POS系统的接口，可以方便地无缝对接，并实现在线盘点的功能。辅助的温湿度检测及报警模块可以实时监测环境温湿度，并在异常情况下及时报警。

Description

一种基于 FPGA 的电子货架标签

技术领域

本发明涉及电子货架标签系统领域，更具体地，涉及一种基于FPGA的电子货架标签。

背景技术

随着零售业的蓬勃发展，超市货架上陈列的商品品种越来越多，超市的各类促销活动也使得商品的变价越发频繁，这些都导致了超市在更换及管理价格标签上花费了大量的精力，而不可避免的差错又使得货架标签上的价格和POS系统里的价格不一致，并最终导致顾客投诉，信誉受损的情况比比皆是。正是这些原因催生了ESL的诞生。

电子货架标签系统 （Electronic Shelf Label System， ESLs），是一种放置在货架上、可替代传统纸质价格标签的电子显示装置。 一般应用在超市、仓储等物流系统中。每一个电子货架标签通过有线或者无线网络与商场计算机数据库相连，并将最新的商品价格通过电子货架标签上的屏显示出来。

英国的ZBD公司是业界最早有相关产品问世的企业，2000年基于LCD的ESLs产品已经在超市开始使用，2012年被ZBD称之为下一代ESLs的基于电子纸的相关产品投放市场。

Altierre从2003年开始为零售商提供标签解决方案。公司致力于开发一种能够让零售商随时更新信息，并能让消费者看到这些关于食品、电子产品、服装以及其他商品信息的解决方案。

2010年，FUJITSU公司的ESLs产品推出市场。

2011年2月，德国WINCOR NIXDORF公司发布了基于点阵式液晶的ESLs系统及产品。

Pricer是世界领先的电子货架标签解决方案零售商。其产品能快速及时地将最新价格显示在电子货架上。

高通公司一直致力于ESL领域的研发、创新，其电子货架标签采用MCU+RF芯片及汉字字库配合液晶显示方式实现。

汉朗光电利用自主研发的尚白®（Whiteon®）技术，专注于电子货架标签显示屏（ESL Display Module）显示模块的定制和生产。2012年9月，汉朗光电电子货架标签正式投放物美超市，

无锡威峰科技有限公司提供ESL电子货架标签终端系统解决方案，并与全球最大的ESL制造厂商之一 —瑞典Pricer紧密合作，在多个规格产品上达成了采购订单。

中瑞思创出资设立公司控股子公司将主要从事电子货架标签系统及相关有源电子标签系统的设计、开发、生产、销售及相关信息数据服务。

公开号为CN201210140979.3的专利申请中，描述了一种采用Zigbee无线连接实现电子标签的控制，控制主机与无线网络之间采用有线联网方式，显示屏采用段式定制型电子纸；公开号为CN201210012535.1的专利申请中，描述了一种采用Wifi与2.4G组网，利用彩色电子纸显示，配合太阳能电池、声控防盗于一体的电子货架标签，其服务器与POS系统相连，每天更新2次价格，可连续使用5年，其2.4G通信单元采用MCU加无线模块的设计方式；公开号为CN201220290435.0的专利申请中，提出了基于路由器、中心交换机、手持终端、RF发射器、二级交换机与EPD构成的电子货架标签系统，其RF收发器由RF芯片加MCU驱动板构成；公开号为CN201120414258.8的专利申请中，描述了一种基于POS服务器、手持移动终端、E-INK无源ESL及EAS防盗传感器的电子货架标签；公开号为CN201210104573.X的专利申请中，提出了一种利用自唤醒功能实现低功耗电子纸无线联网的方法。

但是以上解决方案仍然存在以下问题。第一，未实现在线盘点功能。第二，组网模式上，未能提供有线、无线的混合解决方案。第三，未提供对环境参数的检测、报警功能。第四，未发现利用蓝牙及蓝牙低功耗实现组网的方案。第五，未见大尺寸、高分辨率的电子货架标签设计。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提出一种基于FPGA的电子货架标签，该电子货架标签集成高分辨率电泳式电子纸驱动技术、芯片技术及无线通信技术的电子货架标签设计方法，该电子货架标签能通过多种无线通信协议组网及连接，在没有提高设计成本的前提下，实现了模块间调度的并行处理，提高了系统的性价比。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种基于FPGA的电子货架标签，包括核心控制器、2.4G通信控制器、电源电路、电子纸显示屏、无线收发电路和存储器；

所述核心控制器分别与2.4G通信控制器、电子纸显示屏和存储器连接，2.4G通信控制器与无线收发电路连接，电源电路分别向核心控制器、2.4G通信控制器、电子纸显示屏和存储器供电。

将本方案应用于电子货架标签，无线收发电路获取通信范围内货物价格的变化，并传输至2.4G通信控制器，2.4G通信控制器将所获取的信号传输到核心控制器中进行处理，并存储到存储器中。

进一步的，所述太阳能电池板的输出端接隔离电路的输入端，DC适配器的输出端接隔离电路的输入端，所述隔离电路的输出端接充电电路的输入端，所述充电电路的输出端接锂电池的输入端，锂电池的输出端接电源电路的输入端。

太阳能电池板获取太阳能，将其转换为电能，该电能为直流，将其输入值隔离电路，并通过DC适配器对其进行适配，将隔离后的电能通过充电电路为锂电池充电。

进一步的，基于FPGA的电子货架标签还包括信号采集装置，所述信号采集装置的输出端与2.4G通信控制器连接；所述信号采集装置为温湿度检测器。

进一步的，基于FPGA的电子货架标签还包括报警装置，所述2.4G通信控制器的输出端与报警装置连接，所述报警装置为蜂鸣器。

进一步的，所述无线收发装置为天线及微带巴伦电路；存储器为PSRAM。

进一步的，所述核心控制器为基于FPGA的利用IP核整合实现的并行控制单元。

进一步的，所述2.4G通信控制器是基于Zigbee协议、蓝牙及蓝牙低功耗协议和基于2.4G通信协议的控制器；所述2.4G通信控制器为基于8位MCU及2.4G通信模块的Soc芯片。

进一步的，所述电子纸显示屏为高分辨率电子纸，所述高分辨率电子纸为高分辨率的点阵式电子纸显示模组。

其中电源管理模块为各功能模块提供所需的电源（电源为1A*5V+2A*5V），同时加入省电模式，即利用电源管理功能，根据实际操作的情况动态调节电源分配。

电子纸（Electronic Paper），简称ePaper，又称为电子墨水。是一种新型的显示器，最大特色在于能自由弯曲，与纸的十分相似，其色彩对比高、分辨率高、耗电量小、制造成本低。不同于一般的平板显示器，需要使用到背光灯照亮象素，电子纸如同普通纸一样可以反射环境光。而且电子纸可以在不加电的情况下保留住原先显示的图片和文字状态。

电子墨水主要由大量细小微胶囊 ﹙microcapsules﹚组成，这些微胶囊约为人类头发直径大小。每个微胶囊中包含悬浮于澄清液体之中的带正电荷的白粒子和带负电荷的黑粒子。设置电场为正时，白粒子向微胶囊顶部移动，因而呈现白色。同时，黑粒子被拉到微胶囊底部，从而隐藏。如施加相反的电场，黑粒子在胶囊顶部出现，因而呈现黑色。

本发明取代了传统的纸质标签，它把商品信息、促销信息、数据安全传输等集成在一起，利用无线网络实现与商业POS系统的对接及相关信息的更新，降低了人工等成本，更新延迟时间短，准确率高，且可以大规模实时更新相关信息。太阳能电池板的充电方式可以保证基于FPGA的电子货架标签连续使用两年。

基于FPGA的电子货架标签采用软硬件协同的方式进行开发，通过在FPGA中布署MCU软IP核及相应的总线、存储器、外设IP核构成针对2.4G通信控制器、高分辨率的点阵式电子纸显示模组及PSRAM的硬件解决方案，利用汇编编程实现相应模块的操控，特别地，实现基于PSRAM的多缓冲区设计技术，获得最佳的高分辨率点阵式电子纸显示效果。

附图说明

图1是本发明一种基于FPGA的电子货架标签的整体结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

为实现本发明的目的，本发明提供了一种基于FPGA的电子货架标签，如图1所示，一种基于FPGA的电子货架标签，包括核心控制器1、2.4G通信控制器2、电源电路3、锂电池4、充电电路5、隔离电路6、太阳能电池板7、DC适配器8、高分辨率电子纸9、温湿度检测器10、无线收发电路11、蜂鸣器12和PSRAM 13；

核心控制器1分别与2.4G通信控制器2、高分辨率电子纸9及PSRAM13相连，2.4G通信控制器2与无线收发电路11连接，温湿度检测器10的输出端与2.4G通信控制器2的输入端连接，2.4G通信控制器2的输出端与蜂鸣器12连接，电源电路3分别向核心控制器1、2.4G通信控制器2、高分辨率电子纸9和PSRAM13供电。锂电池4的输出端与充电电路5的输入端连接；太阳能电池板7、DC适配器8通过隔离电路6与充电电路5连接。

在本实施例中，各个元件的具体型号为：

核心控制器1采用Actel公司Proasic3系列芯片A3P250（VQ208）；

电源电路3为各功能模块提供所需的电源（电源设计为1A*5V+2A*5V）；

2.4G通信控制器2采用TI公司的CC2540F256或CC2530F256，QFN封装；

高分辨率电子纸9选用广州奥熠公司的4.3”点阵式电子纸OPM043A1；

温湿度检测器10采用FAD-4007-02，供电电压：3.5-5V，输出≦2V，测量范围：0-50℃/0-100%RH，精度：±0.5℃，±3%RH；

充电电路5采用PJ4054；

太阳能电池板7的面积为50mm*40mm，可提供50mA的充电电流；

锂电池4选用4000mAH的产品。

本发明的工作过程如下：系统上电运行后，会自动检测是否存在相应的无线网络，如果没有可加入网络，电子货架标签会显示程序预设的开机界面，且每隔30秒会自动检测环境的实时温度及湿度，并显示在高分辨率电子纸的相应位置上；如果检测到相应网络，2.4G通信控制器2会根据程序的控制与网络路由节点通信，查询是否有更新需要，如果有，会启动无线通信进行数据接收，并将数据通过核心控制器存储至PSRAM13，程序中设计了多缓冲区机制，保证高分辨率电子纸的刷新快速、准确。2.4G通信控制器2在采集实时温度及湿度的同时，会判断相应的报警条件，如果达到报警条件，会驱动蜂鸣器报警，同时向路由节点发送报警信息。在经过设定的时间间隔后，电子货架标签会进入省电状态以降低功耗。

与电子货架标签相连的POS系统会定时地将动态库存信息发送至对应的电子货架标签，免去了售货员交班时打印库存记录表及对账的繁杂手续，实现了实时在线电子盘点功能。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于FPGA的电子货架标签，其特征在于，包括核心控制器、2.4G通信控制器、电源电路、电子纸显示屏、无线收发电路和存储器；

所述核心控制器分别与2.4G通信控制器、电子纸显示屏和存储器连接，2.4G通信控制器与无线收发电路连接，电源电路分别向核心控制器、2.4G通信控制器、电子纸显示屏和存储器供电。

2.根据权利要求1所述的基于FPGA的电子货架标签，其特征在于，还包括锂电池、充电电路、隔离电路、太阳能电池板和DC适配器；所述太阳能电池板的输出端接隔离电路的输入端，DC适配器的输出端接隔离电路的输入端，所述隔离电路的输出端接充电电路的输入端，所述充电电路的输出端接锂电池的输入端，锂电池的输出端接电源电路的输入端。

3.根据权利要求1所述的基于FPGA的电子货架标签，其特征在于，还包括信号采集装置，所述信号采集装置的输出端与2.4G通信控制器连接。

4.根据权利要求3所述的基于FPGA的电子货架标签，其特征在于，所述信号采集装置为温湿度检测器。

5.根据权利要求1所述的基于FPGA的电子货架标签，其特征在于，还包括报警装置，所述2.4G通信控制器的输出端与报警装置连接。

6.根据权利要求5所述的基于FPGA的电子货架标签，其特征在于，所述报警装置为蜂鸣器。

7.根据权利要求1-6任一项所述的基于FPGA的电子货架标签，其特征在于，所述无线收发装置为天线及微带巴伦电路；存储器为PSRAM。

8.根据权利要求1所述基于FPGA的电子货架标签，其特征在于，所述核心控制器为基于FPGA的利用IP核整合实现的并行控制单元。

9.根据权利要求1所述基于FPGA的电子货架标签，其特征在于，所述2.4G通信控制器是基于Zigbee协议、蓝牙及蓝牙低功耗协议和基于2.4G通信协议的控制器；所述2.4G通信控制器为基于8位MCU及2.4G通信模块的Soc芯片。

10.根据权利要求1所述的基于FPGA的电子货架标签，其特征在于，所述电子纸显示屏为高分辨率电子纸，所述高分辨率电子纸为高分辨率的点阵式电子纸显示模组。