CN204731816U - 一种基于电子纸的无源标签 - Google Patents
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Abstract
本实用新型具体公开了一种基于电子纸的无源标签，包括位于标签外部的电子纸显示屏、太阳能电池板以及位于标签内部的太阳能供电驱动系统、控制模块、ZigBee无线通讯模块；所述控制模块分别与太阳能供电驱动系统、ZigBee无线通讯模块以及电子纸显示屏相连；所述太阳能电池板与太阳能供电驱动系统相连。本实用新型替代传统的库房标签，与库房系统连接，智能的根据库房库位信息改变标签信息，辅助库房人员进行出入库操作，可替代人工记录维护，无延迟，准确率高。
Description
技术领域
本实用新型涉及无线通信技术领域，具体公开了一种基于电子纸的无源标签。
背景技术
目前仓储/库房管理中，都将货物按照分类以不同区域、不同货柜、不同货架和仓位进行存放。库管员对来料要按照规定的存放标准和位置进行操作，对去料要快速找到存放位置，并记录存取的详细流水。库房到每个关键时间点时，需要对库房进行盘点操作，即核对仓位中的物料是否与记录一致。为了操作方便，每个货架都会在不同的仓位进行标识，贴上货架标签，并记录仓位存放物资的类别、名称、重量、数量、质保期等关键信息。
目前货架标签普遍采用纸质卡片，由库管员根据来料和去料的流水账在标签中记录，记录满页后再更换新卡片。纸质卡片最大的问题就是记录不标准，除记录员以外的人难以识别。同时，对于流水账的及时更新也存在一定程度的问题，往往会由于人员失误导致漏记，错记的现象发生，影响对资产核算的准确性。
为了解决这个问题，市面上出现了以数码管的形式表现的独立电子标签，主要的作用就是以数字或简单字符的形式辅助库管员记录仓位存放信息。该类方式只能反映仓位存货有无存放或存放数量的信息，存放品名、流水、质保期等信息仍需要人工记录，并且电子标签中的数量信息也需要由存取操作员进行操作。遗漏现象仍有机会发生。后续又出现了能接入网络的电子标签，比如公开号为CN201654813U的公开文件中，电子标签能与后台系统进行互动，仓位存储信息由后台系统进行统一维护。该标签虽然免去了人工维护的工作，但是在标签展示上仍出现提示信息不足，需要库管员反复查询后台系统才能完成盘点操作等情况。最新出现的电子标签改进了标签本体的显示，比如公开号为CN201210140979，采用无线技术，将后台系统维护的仓位存储信息与标签本体展示的信息进行自动同步，方便库管员能快速获取仓位信息，并可借助扫码枪、手持终端等设备完成信息的核对和更改。
但是，上述所提供的方案仍然存在以下问题。一、带屏幕显示并支持分布式通讯的电子标签目前尚无“无源”设计方案，供电或者信息传输增加了布线成本，对标签的加装、改造、更换等都带来一定困难。二、电子标签采用电池供电技术，在3个月~6个月，甚至更短的时间内，需要花费大量人工去更换电池，从成本经济性和操作性上都不理想。三、电子标签普遍采用LED/LCD电子屏幕，由于屏幕是自发光，并由于光滑表面层玻璃导致反光，里面的信息不易被机器识别，如二维码扫码器难以解码读取显示的二维码。四、大部分采用无线技术的电子标签需要与无线AP（数据集中发射机）进行星型结构组网，每个电子标签都需要有无线AP的信号覆盖，因此需要在库房位置部署若干个无线AP节点，使系统成本和安装都存在问题。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于电子纸的无源标签，即用于替代传统的库房标签，能够与库房系统连接，智能的根据库房库位信息改变标签信息，辅助库房人员进行出入库操作，可替代人工记录维护，无延迟，准确率高的智能标签。
为解决上述技术问题，本实用新型采用了以下技术方案：
一种基于电子纸的无源标签，包括位于标签外部的电子纸显示屏、太阳能电池板以及位于标签内部的太阳能供电驱动系统、控制模块、ZigBee无线通讯模块；
所述控制模块分别与太阳能供电驱动系统、ZigBee无线通讯模块以及电子纸显示屏相连；所述太阳能电池板与太阳能供电驱动系统相连。
进一步的，所述标签还包括与控制模块相连的环境监测模块。
进一步的，所述标签还包括单独的NFC近场识别模块，所述NFC近场识别模块采用被动式感应线圈。
进一步的，所述标签还包括提醒与确认面板；所述提醒与确认面板与控制模块相连。
进一步的，所述电子纸显示屏包括电子纸屏幕、电子纸刷新电路及背光导光板。
进一步的，所述太阳能供电驱动系统包括充电电路、可充电电池或超级电容、电压侦测传感器；所述充电电路与太阳能电池板相连；所述可充电电池或超级电容与充电电路相连；所述电压侦测传感器与太阳能电池板相连。
进一步的，所述控制模块由微处理芯片组成，主要包括：传感器数据接口、声光控制接口、电子纸显示屏接口、线通讯传输接口，供电模块控制，逻辑运算及Flash存储控制。
进一步的，所述ZigBee无线通讯模块包括主控芯片、ZigBee通讯协议栈、带增益的高频天线、主控芯片。
进一步的，所述环境监测模块包括温湿度传感器与光照传感器。
进一步的，所述提醒与确认面板包括发光灯、蜂鸣器以及电容按钮。
进一步的，所述包含有电子纸显示屏的标签上部根部与包含有太阳能电池板的标签下部根部通过合页铰链连接。
进一步的，所述包含有电子纸显示屏的标签上部端部与包含有太阳能电池板的标签下部端部通过暗扣或磁铁吸扣实现闭合。
进一步的，所述标签通过无线中继器与后台控制系统相连。
进一步的，还包括无线中继器与后台控制系统；所述标签通过无线中继器与后台控制系统相连。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型替代传统的库房标签，与库房系统连接，智能的根据库房库位信息的改变标签信息，辅助库房人员进行出入库操作，可替代人工记录维护，无延迟，准确率高。
本实用新型通过太阳能电池板对环境光进行光电转换及电池充电、供电，结合电子标签低功耗控制和休眠机制，实现一次安装，不用布电源线，不用更换电池，后期维护成本低的优点。
本实用新型中的电子纸，能够任意显示丰富的文字与图像，如文字描述+二维码+货物外观图，增加信息量和可识别性；电子纸中的背光灯可以根据自动检测环境光的强弱进行开启，保障电子纸屏幕在任意时段的可读性。
本实用新型能够自动采集、上传、显示当前库房的环境参数，省去库房再额外安装一套环境监测系统。
本实用新型能够支持库房手持移动终端机（盘点机），通过在电子纸屏幕上投射二维码，或者通过NFC线圈标签接触式通讯方式，让移动终端机获取标签ID，并与后台控制系统获取该标签的后台数据，可实现标签的信息查询和写入。
本实用新型的提醒与确认功能可以帮助库房人员快速找到货物的对应位置，并按照规定数量进行存取货，减少因人失误导致货物存取错误情况。
本实用新型采用合页式设计，在保证电子屏幕大尺寸情况下，同时保证太阳能电池面板的大尺寸，提高供电的能力；合页闭合也能够对电子标签的包装运输过程起到防护的作用。
附图说明
图1为本实用新型的结构组成示意图。
图2为本实用新型的功能模块连接关系示意图。
图3为本实用新型的数据更新流程示意图。
图4为本实用新型的能耗控制流程示意图。
图5为本实用新型的提醒确认功能流程示意图。
图6为本实用新型的环境监测流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的一种基于电子纸的无源标签进行进一步描述。
如图1所示，电子标签外部采用上下合页结构，上部是人机交互面板层，由4:2的电子纸显示屏占据左侧大部分位置，右侧为提醒与确认面板，可选用双色LED灯，以及压感式电容按钮实现。LED灯也可以做成灯环，与按钮形成一个整体；下部是能源面板，主要为太阳能电池板，占据标签下部整个面积，上、下部通过暗扣方式实现合页闭合，也可以利用磁铁吸扣完成闭合；标签在储藏和运输时，为闭合状态。
上述电子标签中的内部有五大模块，分别是控制模块、ZigBee无线通讯模块、太阳能供电驱动系统、NFC近场识别模块，环境监测模块。
上述电子标签实施例中，控制模块通过GPIO接口与ZigBee无线通讯模块进行对接。
上述电子标签实施例中，控制模块通过GPIO接口与太阳能供电驱动系统对接。
上述电子标签实施例中，控制模块通过GPIO接口与环境监测模块对接。
上述电子标签实施例中，NFC近场识别模块为单独的模块，不接入控制系统中，采用被动式感应线圈，接受NFC读写器的读写信号。
如图2所示，上述电子标签实施例中，控制器可采用STM32F10x系列芯片，Flash存储模块可采用24C512 EEPROM芯片。
上述电子标签实施例中，ZigBee无线通信模块采用支持ZigBee无线通讯协议的集成芯片CC2530作为主控芯片，用陶瓷天线嵌入标签电路中，减小标签的体积。
上述电子标签实施例中，太阳能供电驱动系统由控制器供电模块控制芯片统一控制，可采用芯片CN3052A，负责监测太阳能电池板电压和电源切换；采用充电镍氢电池或者纽扣式超级电容5.5V/1F作为供电电源，太阳能电池板可采用118x70太阳能磨砂层压板，太阳能电池板能对外输出时，电子纸显示屏优先采用该电源，不能输出时，切换到电池或超级电容供电。
上述电子标签实施例中，环境监测模块包括温湿度传感器和光照传感器，其中温湿度传感器采用SHT10，光照传感器采用数字式光照传感器APDS-9301，实现对库房环境信息的全面监测。
上述电子标签实施例中，NFC近场识别模块可采用NFC Ntag216智能标签。直接粘贴于太阳能电池板的后面，操作员可以直接将NFC读写器靠近太阳能电池板即可读取标签ID数据。
上述电子标签实施例中，电子纸显示屏的电子纸屏幕可选用800（W）x 480（H）分辨率的黑白灰阶E-link电子纸（彩色电子纸在成本允许的情况下更好）；电子纸刷新电路采用HX8705-B控制芯片；背光导光板选择尺寸与电子纸大小一致，可选用PMMA材质，透光率93%，厚度2.5mm的侧发光导光板。
如图3所示，电子标签实施例中，数据更新的流程为：1）首先由后台控制系统监测到库房业务信息的更新；2）该更新信息需要在标签上同步；3）由后台控制系统发送网络传输唤醒帧，并将要更改信息和对应的标签ID打包发送；4）对应标签和路由经过标签被唤醒并接受和转发信息；5）对应标签刷新电子纸屏幕，完成信息更新。
如图4所示，电子标签实施例中，能耗控制流程为：1）太阳能电池板根据环境光的强度进行供电工作，环境光低于一定亮度则停止供电。2）由电压侦测传感器判断供电状态，如果电池板输出电压大于5V，则为正常供电模式，同时为充电电路和标签工作电路供电。3）若低于5V，则为节能模式；4）启动电池放电功能，ZigBee网络进入深度休眠状态，由ZigBee协议栈控制监听唤醒帧。5）控制系统深度休眠，只能被唤醒帧唤醒。6）电子纸屏幕不供电，根据电子纸特性可以保持显示。7）开启电子纸屏幕背光灯，保障电子纸在弱光环境阅读。8）若监测到网络唤醒帧，9）ZigBee传输唤醒，接受数据，10）控制系统唤醒，运算数据，11）电子纸屏幕刷新一次，完成显示的更换。12）再次进入休眠监听唤醒帧状态。
如图5所示，电子标签实施例中，提醒功能流程为：1）库房业务需要电子标签协助找到对应库位。2）电子标签接受后台控制系统的提醒需求。3）对应的电子标签被唤醒，并接受提醒指令。4）电子标签控制电路控制LED灯亮，蜂鸣器发声。5）工人找到该标签后，按下确认操作。6）该电子标签关闭提醒功能，并上传确认信息。7）系统接受到确认信息，存档记录。
如图6所示，电子标签实施例中，环境监测流程为：1）由工程师根据库房实际环境需求，设定监测频次（环境指标的采集频次）。2）电子标签根据设定值进行数据采集。3）电子标签将采集值暂存入Flash存储空间中，4）从节能角度考虑，当满足一定的时间周期时，将Flash存储空间中的数据一并打包上传到后台控制系统。5）电子纸屏幕上根据Flash存储空间中的数据计算移动平均值，并定期更新屏幕数据。6）后台控制系统接受标签采集的环境数据，并统计绘制曲线。7）统计信息被永久保存，或输出到第三方系统。
对于具体实施方式的理解的描述仅仅是为帮助理解本实用新型，而不是用来限制本实用新型的。本领域技术人员均可以利用本实用新型的思想进行一些改动和变化，只要其技术手段没有脱离本实用新型的思想和要点，仍然在本实用新型的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种基于电子纸的无源标签，其特征在于：包括位于标签外部的电子纸显示屏、太阳能电池板以及位于标签内部的太阳能供电驱动系统、控制模块、ZigBee无线通讯模块；
所述控制模块分别与太阳能供电驱动系统、ZigBee无线通讯模块以及电子纸显示屏相连；所述太阳能电池板与太阳能供电驱动系统相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于电子纸的无源标签，其特征在于：所述标签还包括与控制模块相连的环境监测模块。
3.根据权利要求1所述的一种基于电子纸的无源标签，其特征在于：所述标签还包括单独的NFC近场识别模块，所述NFC近场识别模块采用被动式感应线圈。
4.根据权利要求1所述的一种基于电子纸的无源标签，其特征在于：所述标签还包括提醒与确认面板；所述提醒与确认面板与控制模块相连。
5.根据权利要求1至4任一所述的一种基于电子纸的无源标签，其特征在于：所述电子纸显示屏包括电子纸屏幕、电子纸刷新电路及背光导光板。
6.根据权利要求1至4任一所述的一种基于电子纸的无源标签，其特征在于：所述太阳能供电驱动系统包括充电电路、可充电电池或超级电容及电压侦测传感器；所述充电电路与太阳能电池板相连；所述可充电电池或超级电容与充电电路相连；所述电压侦测传感器与太阳能电池板相连。
7.根据权利要求1至4任一所述的一种基于电子纸的无源标签，其特征在于：所述控制模块由微处理芯片组成，主要包括：传感器数据接口、声光控制接口、电子纸显示屏接口、线通讯传输接口，供电模块控制，逻辑运算及Flash存储控制。
8.根据权利要求1至4任一所述的一种基于电子纸的无源标签，其特征在于：所述ZigBee无线通讯模块包括主控芯片、ZigBee通讯协议栈、带增益的高频天线、主控芯片。
9.根据权利要求2所述的一种基于电子纸的无源标签，其特征在于：所述环境监测模块包括温湿度传感器与光照传感器。
10.根据权利要求4所述的一种基于电子纸的无源标签，其特征在于：所述提醒与确认面板包括发光灯、蜂鸣器以及电容按钮。
11.根据权利要求1至4任一所述的一种基于电子纸的无源标签，其特征在于：包含有电子纸显示屏的标签上部根部与包含有太阳能电池板的标签下部根部通过合页铰链连接。
12.根据权利要求1至4任一所述的一种基于电子纸的无源标签，其特征在于： 包含有电子纸显示屏的标签上部端部与包含有太阳能电池板的标签下部端部通过暗扣或磁铁吸扣实现闭合。
13.根据权利要求1至4任一所述的一种基于电子纸的无源标签，其特征在于：还包括无线中继器与后台控制系统；所述标签通过无线中继器与后台控制系统相连。
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