摘 要：本文设计了一种柔性无线电子标签系统，笔者阐述了柔性无线电子标签系统设计项目基本情况、电子标签系统主要业务内容、柔性无线电子标签系统硬件设计、系统软件设计、系统总结。本文的电子标签系统设计在系统开发成本、低功耗、灵活性、兼容性等方面有较大提高，并提出了多种电子标签的无线通信组网技术供客户选择，为实现低成本，低功耗，灵活可靠的无线电子标签系统提供一个参考。
关键词：电子标签系统;无线通信模块;柔性显示屏;半导体
中图分类号：TP391.44;TN92 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）13-0029-03
Flexible Wireless Electronic Label System Design
ZENG Wenbo
（Heyuan Ploytechnic，Heyuan 517000，China）
Abstract：This paper designs a flexible wireless electronic label system. The author expounds the basic situation of flexible wireless electronic label system design project，the main business content of electronic label system，hardware design of flexible wireless electronic label system，system software design and system summary. The design of the electronic label system in this paper has greatly improved the system development cost，low power consumption，flexibility，compatibility，etc.，and proposed a variety of electronic label wireless communication networking technology for customers to choose. In order to achieve low cost，low Power consumption，flexible and reliable wireless electronic label system ，this paper provides a reference.
Keywords：electronic label system;wireless communication module;flexible display;semiconductor
0 引 言
传统电子物品标签是一种基于射频识别（RFID）的技术，用于完成对物品信息的存储和自动识别的电子标签。电子物品标签系统具有很大的市场空间，市场需求旺盛。在旺盛的市场需求的驱动下，目前电子标签已发展为以电子屏为主流，可显示更多物品信息的智能标签，然而，当前大部分智能电子物品标签系统往往具有成本较高、兼容性差、不易维护等问题。采用柔性显示屏作为电子标签的人机交互端，柔性显示屏具有超薄、柔性特性、成本低等优良特性，通过SPI或I2C接口与电子标签一级主控进行读写通信。
本文基于意法半导体STM32开发平台进行柔性无线电子标签系统设计，笔者阐述了柔性无线电子标签系统设计项目的基本情况、电子标签系统主要业务内容、柔性无线电子标签系统硬件设计、系统软件设计、系统总结。本文的电子标签系统设计在系统开发成本、低功耗、灵活性、兼容性等方面有较大提高，并提出了多种电子标签的无线通信组网技术供客户选择，为实现低成本、低功耗、灵活可靠的无线电子标签系统提供一个参考。
1 柔性无线电子标签系统设计项目的基本情况
为了快速进行基于物联网系统的电子标签系统样机原型系统开发，本课题选取柔性无线电子标签系统作为主题应用，围绕意法半导体STM32F103ZET6开发板平台进行电子标签系统设计，柔性电子标签系统项目基本情况表如表1所示。
2 柔性无线电子标签系统硬件设计
2.1 意法半导体STM32F103ZET6开发板
本电子标签系统设计采取二级控制方式，其中第一级主控采用低成本8051单片机采集和更新电子标签数据，第二级主控采用针对微控制器系统领域的意法半导体公司（ST）的低功耗STM32F103ZET6开发板，二级主控负责通信协议转换，实质是沟通一级节点，PC服务端，手持移动端的网络协调器设备。一级和二级主控之间是通过433MHz无线通信模块进行通信的（也可按照实际应用场合选用ZigBee通信、蓝牙或者Wi-Fi通信）。STM32F103ZET6是ST公司推出的ARMv7架构Cortex系列的内核低功耗信号微处理器。开发板板载资源丰富，CPU采用STM32F103ZET6，144脚贴片封装。外扩1M字节SRAM：IS62WV51216，外扩SPI 8M字节FLASH：W25Q64，1个电源指示灯3个状态指示灯，1个容量256字节的EEPROM芯片：L24C02，采用TJA1050芯片CAN接口1路，采用SP3485芯片485接口1路。
该STM32F103ZET6微处理器具有以下特点：
（1）超低功耗，电源供电电压3.3V，待机电流可达μA级，可工作在低功耗模式;
（2）CPU处理能力强大，可采用32位/16位精简指令集（RISC）结构，系统时钟主频率72MHz，64KB RAM，内部带512KB Flash存储器。提供增强的媒体及数字处理能力，增加了系统性能;芯片支持ARM、Thumb-2、Thumb指令集;其中Thumb-2指令集提供了更高的代码存储密度，成本进一步被降低，STM32F103ZET6隶属Cortex-M系列芯片，该系列芯片是针对成本敏感应用作了深度优化的嵌入式处理器;
（3）外围模块资源丰富，集成了定时器、比较器、12位ADC、3个串口（UART）、7组每组16个可复用多功能I/O、3个SPI和多个可软件模拟I2C接口。1个USB转串口，可用于程序下载（USMART调试）;STM32F103ZET6开发板学习资源丰富，腾讯课堂，职教云课程，人气旺盛的STM32开发者论坛等资源便于随时进行开发学习。
2.2 433MHz无线通信模块
一级节点控制端与二级主控协调端之间是通过433MHz信息通信，采用CC1101模块进行数据的收发。CC1101是集FSK/MSK/ASK/OOK等调制方式于一体的收发模块，该模块实物图如图1所示。该通信模块提供扩展硬件支持，可以实现信息包处理、数据缓冲、信息群发、空闲信道的评估、链接质量指示及无线唤醒。其可以用于315/433/868/915MHz ISM/SRD等频段系统中，本课题中选择使用433MHz频段进行通信。该通信模块可以用于无线传感器网络、RFID有源电子标签、PKE无钥门禁系统、住宅、建筑物（智能家居）控制、无线安防系统、无线鼠标、无线键盘、AMR远程抄表系统、无线类玩具等消费电子、工业监控、工业仪器仪表无线数据采集和控制、无线门禁、物流跟踪、仓库巡检等。本课题采用433MHz CC1101收发模块用于柔性无线电子标签系统设计。
2.3 柔性无线电子标签系统总体设计
本柔性电子标签系统设计组成上包含：柔性显示屏，电子标签节点一级主控，STM32F103ZET6二级主控器，手持智能移动终端，PC上位机。电子标签系统采取二级微控制方式，第一级控制采用低成本8051单片机采集和更新电子标签数据，第二级主控采用专门针对微控制器系统领域低功耗的意法半导体公司（ST）STM32F103ZET6开发板，其中二级主控负责通信协议转换，实质是沟通第一级主控节点，PC服务端，手持智能移动端的网络协调器设备。一级和二级主控之间是通过433MHz无线通信模块进行通信（也可按照实际应用场合选用ZigBee通信、蓝牙或者Wi-Fi通信）。本电子标签系统设计采用STM32F103ZET6开发板作为电子标签主板，外扩电源转换模块、CC1101收发模块、Wi-Fi模块。结合Keil5软件开发中控程序软件，设计了基于柔性显示屏的无线电子标签系统。电子标签系统总体设计框图如图2所示。
在本电子标签设计中，主控电源转换模块采用的电源转换芯是AMS1117，电源转换模块输入端的正负极性接口连接到天阳能电池，输出端的正负极接口连接到STM32F 103ZET6开发板的外接电源供电接口VCC和GND，提供主控开发板3.3V直流电源。采用二级主控开发板内置的Wi-Fi处理模块，设置Wi-Fi作为网络接入点（AP），用户通过手持智能终端的网络调试助手，以TCP协议与二级主控进行通信。当手持智能终端通过TCP协议发送数据到二级主控后，二级主控将数据通过433MHz CC1101收发模块传输给电子标签一级主控。识别到对应的信息后，一级主控就会通过对应的协议（SPI或I2C）将数据发送给柔性显示屏，将会在柔性显示屏上显示不同的物品标签信息，实现通过手持智能设备Wi-Fi控制柔性显示屏的显示。相对于手持智能移动端的控制，PC上位机控制的区别是通过串口与二级主控STM32F103ZET6开发板相连。
3 柔性无线电子标签系统软件设计
电子标签一级主控与STM32F103ZET6主控器之间是433MHz无线通信，需要配置好收发模块CC1101相应的通讯参数。首先，一级主控的通信频道与STM32F103ZET6主控器的通信频道要保持一致。其次，两者所处的地址ID号要明确。二级主控STM32F103ZET6的发送地址必须是电子标签一级主控的本机地址，这样才能保证信息被准确接收。串口通信主要是将STM32F103ZET6开发板主控器与PC上位机的串口相连，PC的数据能够通过串口发送给STM32F103ZET6主控。
电子标签一级主控采用低成本的8051单片机进行开发，进行无线通信模块参数配置后，程序检测是否收到二级主控STM32F103ZET6发来的更新柔性显示数据，没有检测到时，系统一直在轮询检测结果。当检测到STM32F103ZET6主控发来的本机更新显示数据时，一级主控控制柔性显示屏显示更新值。电子标签一级主控程序流程图如图3所示。
STM32F103ZET6主控器相当于电子标签系统一个“中转站”，首先需要对主控器进行初始化，并给无线通信模块配置相关通信参数。为确保主控器有接收到更新柔性显示指令和及时发送了更新显示数据到指定的一级主控节点。STM32F103ZET6主控器程序流程图如图4所示。
4 结 论
本文提出的是柔性无线电子标签系统的解决方案，低功耗低成本电子标签一级主控可以检测到是否有需要电子标签信息更新，并将检测结果通过柔性显示屏显示出来。电子标签系统一级主控与柔性显示屏采用SPI或I2C接口连接，同时根据现实客户需求，电子标签系统可以扩展为多个电子标签级联以及多级主控器级联，从而实现分布式实时检测更新电子标签显示数据。电子标签一级主控与STM32F103ZET6二级主控器之间采433MHz CC1101模块进行信息收发，根据实际需要，系统也可以灵活采用Zigbee、蓝牙、Wi-Fi等方式通信，实现电子标签一级主控与STM32F103ZET6二级主控之间信息准确发送和接收。STM32F103ZET6二级主控器相当于电子标签系统的一个“中转站”，通过Wi-Fi无线模块与手持移动智能终端进行数据通信，通过串口与PC服务端进行数据通信，借助STM32F103ZET6二级主控程序控制，实现电子标签系统各模块之间信息互联互通。本电子标签系统设计综合考虑系统成本，系统功耗，通信可靠性性能。整个柔性电子标签系统不仅稳定，而且低能源消耗。实验结果表明，本电子标签系统设计的方案具有一定的实用性、有效性和可靠性，能较好的实现低成本、低功耗、灵活可靠的无线电子标签系统。
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作者简介：曾文波（1983.07-），男，汉族，广东河源人，硕士研究生，高级工程师，研究方向：物联网应用技术、嵌入式显示系统技术。
