CN110009085A - 一种基于LoRa无线通信的智能电子纸标签系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于LoRa无线通信的智能电子纸标签系统，是一款采用以太网波特率115200，无线频率433.92MHz通讯的电子标签，由标签主体、应用服务器、控制终端、基站、局域网/互联网组成。标签主体包括壳体、安装在壳体内的电源模块、MCU单元、用于无线通信的LORA模块、存储模块、字库模块、电子纸墨水屏。系统同时支持单个、批量更新模式，较于传统的纸质标签，其最大的特点是可循环使用，自动更新信息，可远程操控，搜索定位，数据采集传输及分析。该智能电子纸标签系统具有低功耗、节能环保、高效便捷、断电显示、实时更新、无纸化、可视化、数字化、信息化、智能化的特点。
Description
技术领域
本发明涉及电子标签领域，特别涉及一种基于LoRa无线通信的智能电子纸标签系统。
背景技术
物联网是利用局部网络或互联网等通信技术把传感器、控制器、机器、人员和物等通过新的方式联在一起，形成人与物、物与物相联，实现信息化、远程管理控制和智能化的网络。
现在的超市、售货机等里面的商品价格标识一般采用纸质标签，更换标签时，需要人力单个去现场更换，更换麻烦，不能实现物联远程管理。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种能够与控制端进行数据交互，节能环保的基于LoRa无线通信的智能电子纸标签系统，能够实现远程智能管理、定位。
本发明提出一种基于LoRa无线通信的智能电子纸标签系统，包括标签主体、应用服务器和控制终端，所述标签主体包括壳体、安装在所述壳体内的电源模块、MCU单元、用于无线通信的LORA模块、存储模块、字库模块、电子纸墨水屏；所述电源模块与所述MCU单元、所述LORA模块连接，用于供电；所述LORA模块、所述存储模块、所述字库模块、所述电子纸墨水屏分别与所述MCU单元连接；
所述控制终端、所述应用服务器与所述标签主体之间通过网络通信，所述控制终端用于发送业务数据到应用服务器，所述应用服务器对业务数据处理后通过网络发送数据到所述标签主体完成业务信息的显示和更新。
优选地，所述电源模块包括升压可调式开关稳压器MCP16251T-I/CH和升压可调式开关稳压器MCP1640T-I/CHY。
优选地，所述MCU单元包括STM32L152C8T6A微控制器，所述存储模块包括AT24C1024BN-SH存储芯片，所述字库模块包括GT5SL24K4W20字库芯片，所述LORA模块为E32_400T20S无线模块，所述温湿度传感器为USR-SENS-WSD温湿度数据采集模块；
所述升压可调式开关稳压器MCP1640T-I/CHY的电源输出端VOUT与所述E32_400T20S无线模块的VCC管脚相连，所述升压可调式开关稳压器MCP1640T-I/CHY的使能脚EN与所述STM32L152C8T6A微控制器的PA11管脚相连，所述升压可调式开关稳压器MCP16251T-I/CH的电源输出端VOUT与所述STM32L152C8T6A微控制器的VBAT、VDD1、VDD2、VDD_USB、VDDA/VREF+管脚相连；
所述E32_400T20S无线模块的M0、M1、RXD、TXD、AUX管脚依次与所述STM32L152C8T6A微控制器的PA12、PA15/JTDI、PA9、PA10、PA8管脚相连；
所述AT24C1024BN-SH存储芯片的VCC、SCL、SDA管脚依次与所述STM32L152C8T6A微控制器的PB2、PB6、PB7管脚相连；
所述GT5SL24K4W20字库芯片的SI、SCLK、CS、SO管脚依次与所述STM32L152C8T6A微控制器的PA7、PA5、PA4、PA6管脚相连；
所述STM32L152C8T6A微控制器的PB3/JTDO-TSWO、PB4/NJTRST、PB9、PB12、PB13、PB15管脚依次与所述电子纸墨水屏的CS、D/C、RES、BUSY、D0(SCK)、D1(SDI)管脚相连。
优选地，所述STM32L152C8T6A微控制器的NRST管脚与一开关按键相连，所述开关按键用于获取所述STM32L152C8T6A微控制器的ID号；在所述壳体的背部设置有ID按键孔，所述开关按键设置在所述ID按键孔内。
优选地，所述STM32L152C8T6A微控制器的PB0管脚与第一LED连接，所述STM32L152C8T6A微控制器的PB1管脚与第二LED连接，所述壳体上设有指示灯窗口，所述第一LED与所述第二LED的位置与所述指示灯窗口对应。
优选地，还包括用于检测环境温湿度的温湿度传感器，所述温湿度传感器为HTS221温湿度传感器，所述HTS221温湿度传感器的VDD、SCL、SDA、DRDY管脚与所述STM32L152C8T6A微控制器的PA1、PB10、PB11、PA2相连。
优选地，还包括蜂鸣器，所述STM32L152C8T6A微控制器的PB0管脚或PB1管脚与所述蜂鸣器连接。
优选地，所述壳体包括前盖和凸台形状的后盖，所述指示灯窗口设置在所述前盖上，所述ID按键孔设置在所述后盖的凸起部位。
优选地，所述后盖的凸起部位的上下两侧横向设置有导轨，所述导轨上横向设置有导轨槽。
优选地，所述控制终端包括有线工作站、移动工作站和无线手持终端，所述有线工作站包括台式电脑，所述移动工作站包括笔记本电脑，所述无线手持终端包括手机。
本发明的基于LoRa无线通信的智能电子纸标签系统的有益效果为：
本发明的智能电子纸标签主体采用多稳态点阵电子纸显示屏，保证显示内容清晰，可靠稳定，条码，二维码可读，功耗低，环保，断电显示内容不消失，具有低功耗、节能环保、高效便捷、断电显示、实时更新、无纸化、可视化、数字化、信息化、智能化的特点。
同时支持单个、批量更新模式，较于传统的纸质标签，其最大的特点是可循环使用，自动更新信息，可远程操控，搜索定位，数据采集传输及分析。广泛应用于智能售货机、智能超市、传统大型超市的商品价格标识系统管理；仓储、物流管理；生产流水线周转箱标识作业；药房精准拣药、补货；仓库精准拣货、补货等应用系统管理；文件、档案、图书、资料、寄存等系统管理；特别是为后续的人工智能及机器人精准作业等物联互联网管理系统及大数据云。
附图说明
图1为本发明的基于LoRa无线通信的智能电子纸标签主体的电路框图；
图2为本发明的基于LoRa无线通信的智能电子纸标签主体的电源模块的电路原理图；
图3为本发明的基于LoRa无线通信的智能电子纸标签主体的LORA模块的电路原理图；
图4为本发明的基于LoRa无线通信的智能电子纸标签主体的MCU、存储模块、字库模块的连接电路原理图；
图5为本发明的基于LoRa无线通信的智能电子纸标签主体的电子纸墨水屏的电路原理图；
图6为本发明的基于LoRa无线通信的智能电子纸标签主体的温湿度传感器的连接电路原理图；
图7为本发明的基于LoRa无线通信的智能电子纸标签系统的拓扑图；
图8为本发明的基于LoRa无线通信的智能电子纸标签主体的正面结构图；
图9为本发明的基于LoRa无线通信的智能电子纸标签主体的背面结构图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1至图9，提出本发明的基于LoRa无线通信的智能电子纸标签系统的一实施例：
一种基于LoRa无线通信的智能电子纸标签系统，是一款采用以太网波特率115200，无线频率433.92MHz通讯的电子标签，由标签主体、应用服务器、控制终端、基站、局域网/互联网组成。标签主体包括壳体10、安装在壳体10内的电源模块1、MCU单元2、用于无线通信的LORA模块3、存储模块5、字库模块6、电子纸墨水屏4和用于检测环境温湿度的温湿度传感器7。电源模块1与MCU单元2、LORA模块3连接，用于供电；LORA模块3、存储模块5、字库模块6、电子纸墨水屏4和温湿度传感器7分别与MCU单元2连接。
控制终端、应用服务器与标签主体之间通过局域网/互联网通信，433.92MHz无线通讯空旷距离可达30米。控制终端可为有线工作站、移动工作站和无线手持终端，有线工作站可为台式电脑，移动工作站可为笔记本电脑，无线手持终端可为手机。控制终端用于发送业务数据到应用服务器，应用服务器对业务数据处理后通过网络发送数据到标签主体完成业务信息的显示和更新。
应用时，控制终端发送业务数据到应用服务器，应用服务器处理后通过网络发送数据到标签主体，MCU单元2通过LORA模块3接收应用服务器发送的数据并处理后，在字库模块6中调取相应的文字在电子纸墨水屏4上显示，控制电子纸墨水屏4显示相应的信息，并将接收的数据处理后存储在存储模块5中。
控制终端与应用服务器之间的通信，及应用服务器对数据的处理均采用现有软件技术。
本实施例中的壳体10为薄型壳体10，由前盖和后盖组成，后盖为凸台形状。电子纸墨水屏4安装在前盖的窗口中。后盖的凸起部位的上下两侧横向设置有导轨14，导轨上横向设置有导轨槽，方便标签主体的安装。
电源模块1包括升压可调式开关稳压器MCP16251T-I/CH和升压可调式开关稳压器MCP1640T-I/CHY。在壳体10背部设置有安卓式充电接口15，既可充电，又可更新升级程序软件，且可导出存储数据。
MCU单元2包括STM32L152C8T6A微控制器，存储模块5包括AT24C1024BN-SH存储芯片，字库模块6包括GT5SL24K4W20字库芯片，LORA模块3为E32_400T20S无线模块，温湿度传感器7为HTS221温湿度传感器。
如图2所示，升压可调式开关稳压器MCP1640T-I/CHY的电源输出端VOUT与E32_400T20S无线模块的VCC管脚相连，升压可调式开关稳压器MCP1640T-I/CHY的使能脚EN与STM32L152C8T6A微控制器的PA11管脚相连，升压可调式开关稳压器MCP16251T-I/CH的电源输出端VOUT与STM32L152C8T6A微控制器的VBAT、VDD1、VDD2、VDD_USB、VDDA/VREF+管脚相连。
如图3所示，E32_400T20S无线模块的M0、M1、RXD、TXD、AUX管脚依次与STM32L152C8T6A微控制器的PA12、PA15/JTDI、PA9、PA10、PA8管脚相连；
如图4所示，AT24C1024BN-SH存储芯片的VCC、SCL、SDA管脚依次与STM32L152C8T6A微控制器的PB2、PB6、PB7管脚相连。
GT5SL24K4W20字库芯片的SI、SCLK、CS、SO管脚依次与STM32L152C8T6A微控制器的PA7、PA5、PA4、PA6管脚相连。
HTS221温湿度传感器的VDD、SCL、SDA、DRDY管脚与STM32L152C8T6A微控制器的PA1、PB10、PB11、PA2相连。
STM32L152C8T6A微控制器的NRST管脚与一开关按键相连，开关按键用于获取STM32L152C8T6A微控制器的ID号。在后盖的凸起部位设置有ID按键孔13，开关按键设置在ID按键孔13内，用回形针按后标签显示ID号。
STM32L152C8T6A微控制器的PB0管脚与蓝光LED连接，STM32L152C8T6A微控制器的PB1管脚与红光LED连接，在前盖上设有指示灯窗口，蓝光LED与红光LED的位置与指示灯窗口11对应，构成指示灯功能。当MCU单元2在接收数据时，红光LED闪烁。
通过红光LED和蓝光LED交替频繁闪烁实现视觉定位，通过LED灯的频闪来定位，方便找到当前的标签所在的位置。在前盖上还设置有确认键12。
标签主体内还包括蜂鸣器，该STM32L152C8T6A微控制器的PB0管脚或PB1管脚与所述蜂鸣器连接。可通过蜂鸣器频繁蜂鸣声实现听觉定位。
如图5所示，STM32L152C8T6A微控制器的PB3/JTDO-TSWO、PB4/NJTRST、PB9、PB12、PB13、PB15管脚依次与电子纸墨水屏4的CS、D/C、RES、BUSY、D0(SCK)、D1(SDI)管脚相连。
该智能电子纸标签通过LORA模块3与互联网连接，每一个基于LoRa无线通信的智能电子纸标签主体出厂的时候都设置有唯一的ID号，控制终端通过该唯一的ID号来物理定位。
该智能电子纸标签主体使用的是多稳态点阵电子纸显示屏，保证显示内容清晰，可靠稳定，条码，二维码可读，功耗低，环保，断电显示内容不消失。电子纸墨水屏4上会显示信号强弱、电池电量、LOGO图形，直观明了，一目了然。用该电子纸墨水屏4只需要在输入信息或更改输入信息的时候点亮该电子纸墨水屏4，就可以做到长时间显示的目的，相较于市面上较为普遍的LED显示屏更加节能环保。
标签主体内安装有温湿度传感器7，通过温湿度传感器7检测当前的环境温湿度，用于环境数据的收据与分析。
控制终端可以根据每个基于LoRa无线通信的智能电子纸标签主体上的ID号实时获取每个基于LoRa无线通信的智能电子纸标签主体的显示信息，同时在有需要的时候对基于LoRa无线通信的智能电子纸标签主体上的信息进行修改，可以实现远程控制该基于LoRa无线通信的智能电子纸标签主体更改显示字的目的。
该智能电子纸标签系统同时支持单个、批量更新模式，较于传统的纸质标签，其最大的特点是可循环使用，自动更新信息，可远程操控，搜索定位，数据采集传输及分析。支持远程更新资料信息及数据传输、收集与分析，实现大数据及云数据的建立，智能系统管理。广泛应用于智能售货机、智能超市、传统大型超市的商品价格标识系统管理；仓储、物流管理；生产流水线周转箱标识作业；药房精准拣药、补货；仓库精准拣货、补货等应用系统管理；文件、档案、图书、资料、寄存等系统管理；特别是为后续的人工智能及机器人精准作业等物联互联网管理系统及大数据云。
该智能电子纸标签系统具有低功耗、节能环保、高效便捷、断电显示、实时更新、无纸化、可视化、数字化、信息化、智能化的特点。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于LoRa无线通信的智能电子纸标签系统，其特征在于，包括标签主体、应用服务器和控制终端，所述标签主体包括壳体、安装在所述壳体内的电源模块、MCU单元、用于无线通信的LORA模块、存储模块、字库模块、电子纸墨水屏；所述电源模块与所述MCU单元、所述LORA模块连接，用于供电；所述LORA模块、所述存储模块、所述字库模块、所述电子纸墨水屏分别与所述MCU单元连接；
所述控制终端、所述应用服务器与所述标签主体之间通过网络通信，所述控制终端用于发送业务数据到应用服务器，所述应用服务器对业务数据处理后通过网络发送数据到所述标签主体完成业务信息的显示和更新。
2.根据权利要求1所述的基于LoRa无线通信的智能电子纸标签系统，其特征在于，所述电源模块包括升压可调式开关稳压器MCP16251T-I/CH和升压可调式开关稳压器MCP1640T-I/CHY。
3.根据权利要求2所述的基于LoRa无线通信的智能电子纸标签系统，其特征在于，所述MCU单元包括STM32L152C8T6A微控制器，所述存储模块包括AT24C1024BN-SH存储芯片，所述字库模块包括GT5SL24K4W20字库芯片，所述LORA模块为E32_400T20S无线模块；
所述升压可调式开关稳压器MCP1640T-I/CHY的电源输出端VOUT与所述E32_400T20S无线模块的VCC管脚相连，所述升压可调式开关稳压器MCP1640T-I/CHY的使能脚EN与所述STM32L152C8T6A微控制器的PA11管脚相连，所述升压可调式开关稳压器MCP16251T-I/CH的电源输出端VOUT与所述STM32L152C8T6A微控制器的VBAT、VDD1、VDD2、VDD_USB、VDDA/VREF+管脚相连；
所述E32_400T20S无线模块的M0、M1、RXD、TXD、AUX管脚依次与所述STM32L152C8T6A微控制器的PA12、PA15/JTDI、PA9、PA10、PA8管脚相连；
所述AT24C1024BN-SH存储芯片的VCC、SCL、SDA管脚依次与所述STM32L152C8T6A微控制器的PB2、PB6、PB7管脚相连；
所述GT5SL24K4W20字库芯片的SI、SCLK、CS、SO管脚依次与所述STM32L152C8T6A微控制器的PA7、PA5、PA4、PA6管脚相连；
所述STM32L152C8T6A微控制器的PB3/JTDO-TSWO、PB4/NJTRST、PB9、PB12、PB13、PB15管脚依次与所述电子纸墨水屏的CS、D/C、RES、BUSY、D0(SCK)、D1(SDI)管脚相连。
4.根据权利要求3所述的基于LoRa无线通信的智能电子纸标签系统，其特征在于，所述STM32L152C8T6A微控制器的NRST管脚与一开关按键相连，所述开关按键用于获取所述STM32L152C8T6A微控制器的ID号；在所述壳体的背部设置有ID按键孔，所述开关按键设置在所述ID按键孔内。
5.根据权利要求4所述的基于LoRa无线通信的智能电子纸标签系统，其特征在于，所述STM32L152C8T6A微控制器的PB0管脚与第一LED连接，所述STM32L152C8T6A微控制器的PB1管脚与第二LED连接，所述壳体上设有指示灯窗口，所述第一LED与所述第二LED的位置与所述指示灯窗口对应。
6.根据权利要求5所述的基于LoRa无线通信的智能电子纸标签系统，其特征在于，还包括用于检测环境温湿度的温湿度传感器，所述温湿度传感器为HTS221温湿度传感器，所述HTS221温湿度传感器的VDD、SCL、SDA、DRDY管脚与所述STM32L152C8T6A微控制器的PA1、PB10、PB11、PA2相连。
7.根据权利要求5所述的基于LoRa无线通信的智能电子纸标签系统，其特征在于，还包括蜂鸣器，所述STM32L152C8T6A微控制器的PB0管脚或PB1管脚与所述蜂鸣器连接。
8.根据权利要求5所述的基于LoRa无线通信的智能电子纸标签系统，其特征在于，所述壳体包括前盖和凸台形状的后盖，所述指示灯窗口设置在所述前盖上，所述ID按键孔设置在所述后盖的凸起部位。
9.根据权利要求8所述的基于LoRa无线通信的智能电子纸标签系统，其特征在于，所述后盖的凸起部位的上下两侧横向设置有导轨，所述导轨上横向设置有导轨槽。
10.根据权利要求1所述的基于LoRa无线通信的智能电子纸标签系统，其特征在于，所述控制终端包括有线工作站、移动工作站和无线手持终端，所述有线工作站包括台式电脑，所述移动工作站包括笔记本电脑，所述无线手持终端包括手机。
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