基于电子纸技术的无线电子标签研究

1 引言

　　射频技术已获得广泛应用，尤其是在各行各业的管理中，如：银行的电子钱包、商业会员卡、公交卡、医疗保险卡、食堂售饭卡、门禁考勤卡、身份证卡等，随着管理的计算机化，基于射频技术的应用将越来越广，无线电子标签就是基于射频技术产生的。具有显示功能，可通过计算机进行集中管理。电子纸(ePaper)是新一代的显示装置，其特点是对比度超高，超低功耗．只有刷新屏幕时才用电，断电保持显示，超薄，最薄可做到0．1 mm，柔韧性良好，可任意弯曲折叠．基于电子纸以上特性．这里采用电子纸这一新型显示元件设计一种无线电子标签。

2 无线电子标签的工作原理

　　无线电子标签又名智能标签(Tag或Smart Labe1)，其核心是采用射频识别RFID (Radio Frequency Identification)技术的，具有一定存储容量的器件。射频识别RFID是一种非接触式的自动识别技术．它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，无须人工干预．可工作于各种恶劣环境。无线电子标签由IC器件、感应天线、通信接口以及显示模块组成。无线电子标签的读写过程：读写设备(基站)通过天线定时向周围环境辐射电磁波，然后进入接收状态，等待电子标签(应答器)应答。由于RFID 自身不含电源，因此RFID进入电磁场时，首先通过自带的天线耦合读写器发射电磁波，将其整流滤波．对内部的一个电容充电。当电容电压上升到特定值时．无线电子标签已具备足够能量，此时电子标签启动。控制器件与电子纸显示模块通信，将一些数据发送到电子显示模块中，并返回信号给读写器。

　　无线电子标签IC依据ISO／IEC l5693使用13．56 MHz频率。无线标签上除IC外还有RF电路和电子纸用的驱动电路、内存和升压电路等。ISO／IEC 15693是通过电磁感应获得电压的通信方式,这里所开发的元件的电压为+3 V，由于驱动电子显示元件需+15 V．因此使用升压电路，并采用独立电源为电子纸驱动模块供电。系统硬件框图如图1所示。

3 电子纸显示模块

　　电子纸是在两层透明软片问夹放带静电的有色小球．两种颜色颗粒、各带正负不同电荷。胶片外面加以正负电极，因为同性排斥、异性相吸原理，小球位置移动，从而点亮某段。电子纸真值表与静态显示液晶模块相类似,分为SEG段和TopPlane段．当SEG段和TopPlane段存在电势差时，电子纸中的电子墨水就会移动，相应段就会点亮或熄灭。

　　电子纸需要专门的驱动器才能驱动显示，这里电子纸驱动器件采用EPSON公司生产的slc05112．slc05112内置接口电路和驱动电子纸模块，3 V供电，便于与MCU通信。电子纸驱动模块分别与MCU的I／O端口相连接．通过I／O端口模拟电子纸驱动模块时序图。主控制器可以通过软件实现电子纸驱动模块的初始化启动、刷新显示和关断。图2为电子纸驱动接口设计电路连接。

　RFID获取数据后刷新显示电子纸．电子纸掉电后仍可以显示， 因此该系统设计功耗低，slc05ll2在待机状态下电流只有O．1 µA，在1=作情况下也仅有28 µA，1节CR2032电池即可保证其一年的工作年限。

4 数据存储和处理系统

　　数据存储和处理系统应用框图如图3所示。

该系统的具体功能有：

　　(1)数据通讯功能即向上与计算机、向下与无线电子标签之间的通讯，数据存储处理模块与计算机之问的通讯采用RS232方式；数据通讯处理模块与计算机之间的通讯可采用RS232，也可以是RS485方式实现数据的远程传输(理论通讯距离是１２００ m)：

　　(2)数据暂存功能由于无线电子标签往往固定在货架上，价格数据最终由计算机处理，所以应将价格等商品显示信息写入该系统，因此必须具有存储功能．以获得一个与计算机独立的工作过程， 即在刷电子标签时不独占计算机，只有在下载数据时需要计算机：

　　(3)动态链接库方式使用动态链接库方式，使安装在计算机内的管理程序与数据存储和处理模块连接．可缩短各种应用系统的开发周期：

　　(4)电源供电可充式锂电，停电后机内数据可保存至少1个月以上，甚至更长时间：

　　(5)LCD显示LCD显示器接口，小键盘输入。

5 RFID 电子标签在超市中的应用

　　在超市等零售市场上，不同的时间段价格也不尽相同。每当价格有变化时就得重新更换价格标签。而使用新型显示元件后就可以通过写入器发送并显示新的价格信息。从而节省人力，同时也环保。超市商品的价格通常是通过电脑集中管理，然后打印价签贴到货架的标签栏，由于超市的商品种类繁多，人工操作造成一些错误。使用RFID后，物流和信息流可以实现对称。从而提高价格的精确性。

　　RFID系统可实时更新，使用方便，容易查找需要更新价格的单品，利用无线电波感应，使得查找商品变得更加容易 。

　　RFID电子标签系统安装和调试非常简单，后期的使用和运营维护也十分便捷，可提高识别商品的速度，能够提供可靠的性能和高度的安全性。