王琳娜 胡冬琴

摘? 要：該文設(shè)計了一種能夠進行定位的移動式電子標(biāo)簽系統(tǒng)，實現(xiàn)了無線更新與定位、低功耗，而且能夠通過NB-IOT技術(shù)把定位信息發(fā)送到云端服務(wù)器。系統(tǒng)主要由嵌入式處理器STM32L476、NB-IOT模塊BC95、定位模塊、電子墨水屏及相關(guān)驅(qū)動電路組成，為載體提供通信、位置、時間等數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)具有實現(xiàn)簡單、成本低、物流信息更新方便、位置定位精度高等一系列的優(yōu)點。

關(guān)鍵詞：電子標(biāo)簽? 低功耗? 位置跟蹤

中圖分類號：TP391.44? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1672-3791（2019）02（c）-0011-02

近年來，線上線下融合的新零售業(yè)態(tài)正逐步得到市場廣泛關(guān)注，同時也面對著如何實現(xiàn)線下商超與線上電商平臺之間的銜接問題，即如何將產(chǎn)品信息變動及時準(zhǔn)確同步到線上線下不同的場景。傳統(tǒng)紙質(zhì)標(biāo)簽不能做到這一點，而電子價簽（ESL）可通過無線通信及時更新商品信息并同步至各大平臺，從而提高零售運行效率。因此，這種電子貨架標(biāo)簽在新零售超市中得到了廣泛的應(yīng)用。但今天我們要介紹的是一種能夠進行定位的移動式電子標(biāo)簽系統(tǒng)，它不但有電子標(biāo)簽?zāi)軌驘o線更新的特點，也具有定位的功能，而且能夠通過現(xiàn)在最流行的NB-IOT技術(shù)把定位信息發(fā)送到云端服務(wù)器，并且實現(xiàn)了低功耗。

1? 系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)主要由電子價簽（ESL）、ESL在線服務(wù)器管理系統(tǒng)以及ESL手持終端組成。ESL管理系統(tǒng)獲取到商品對應(yīng)物流信息以及其他要更新的信息，通過服務(wù)器進行下發(fā)，集成了NB-IOT模組的電子標(biāo)簽，會接收到這些信息并進行更新;電子標(biāo)簽會通過GPS定位獲取的位置信息通過NB-IOT上傳位置信息給ESL管理系統(tǒng)，供用戶觀測和查詢。NB-IOT技術(shù)，它是一種全新的基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，它有效提供深度室內(nèi)覆蓋的同時，支持龐大的低吞吐率、設(shè)備的連接，并具備低功耗及優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等獨特優(yōu)勢，非常適合車輛跟蹤場景的應(yīng)用，因此我們在電子標(biāo)簽中嵌入NB-IOT模組，與電子標(biāo)簽中的電子墨水屏一起組成低功耗系統(tǒng)。由于系統(tǒng)應(yīng)用于定位追蹤領(lǐng)域，系統(tǒng)要求運行功耗低，所以整體系統(tǒng)設(shè)計要求采用低功耗方案設(shè)計以滿足長時間待機應(yīng)用。系統(tǒng)采用嵌入式處理器STM32L476為主控芯片，主要包括NB-IOT模塊BC95，GPS定位模塊，WiFi定位模塊，電源、電子墨水屏及相關(guān)驅(qū)動電路組成，為載體提供通信、位置、時間等數(shù)據(jù)。

2? 系統(tǒng)模塊

2.1 主控處理器模塊

嵌入式處理器STM32L476。最大使用主頻為8MHz。休眠功耗為ua級。它除了有UART、SPI、I2C等外圍設(shè)備接口，還有PWM、AD等豐富的片內(nèi)外設(shè)。通過UART接口接受GPS獲取到的位置信息，NB-IOT無線通信模塊BC95數(shù)據(jù)交互和傳感器件等數(shù)據(jù)，并處理系統(tǒng)接收到的定位信息。

2.2 定位模塊

系統(tǒng)內(nèi)置ATGM336H-5N北斗/GPS模塊，其應(yīng)用范圍廣泛，衛(wèi)星信號接受能力強，支持BDS/GPS/GLONASS衛(wèi)星導(dǎo)航的系統(tǒng)定位。它以UART串口輸出1Hz的NMEA協(xié)議位置、速度、時間等參數(shù)。ARM可以采用UART串口與ATGM336H-5N通信，提取相關(guān)系統(tǒng)所需數(shù)據(jù)。

2.3 通信模塊

NB-IOT無線通信模塊BC95的工作頻段為900MHz、850MHz、800MHz。供電電壓3.1～4.2V，模塊尺寸19.9mm×23.6mm×2.2mm。它以UART串口與主控進行數(shù)據(jù)通信，為用戶提供通信服務(wù)。另外模塊的休眠電流為5uA，為系統(tǒng)的超長待機時間提供保障。NB-IOT的下行速率為125kbit/s，上行速率為140kbit/s;eMTC的下行速率為4Mbit/s，上行速率為7Mbit/s。與NB-IOT相比，eMTC支持率要比NB-IOT高，其功耗和成本也高于NB-IOT?？傮w來說，NB-IOT技術(shù)更適合應(yīng)用于物流車這種長距離低功耗的信息更新場景。NB-IOT具有五大優(yōu)勢，已經(jīng)讓其成為物聯(lián)網(wǎng)LPWA應(yīng)用的最佳網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)。

（1）覆蓋廣且深。NB-IOT的覆蓋面是其他技術(shù)無可比擬的，如提供改進型的室內(nèi)覆蓋，在同頻段下，NB-IOT要比現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)增益大20dB，等同于提升了原覆蓋區(qū)域的100倍。

（2）海量連接。NB-IOT的一個扇區(qū)可以同時支持10萬個連接，具有低延時敏感、低設(shè)備功耗、低設(shè)備成本以及優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特點。

（3）超低功耗。NB-IOT主要面向小數(shù)據(jù)量、低速率的應(yīng)用，所以設(shè)備功耗極低，電池的使用時長可達5年以上，針對電池不能經(jīng)常更換的場合尤為適用。

（4）成本低。對運營商來說，NB-IOT不需重新建網(wǎng)，射頻以及天線可復(fù)用，建網(wǎng)成本低。對于NB-IOT的產(chǎn)業(yè)鏈來說，芯片在其中位于核心基礎(chǔ)地位，NB-IOT芯片的低速率、低帶寬、低功耗的特點也使之具有低成本的優(yōu)勢，設(shè)備廠家評估單個連接模塊成本不超過5美元。

（5）安全性高。安全性對于網(wǎng)絡(luò)使用來說是非常關(guān)鍵的，NB-IOT在4G網(wǎng)絡(luò)安全性能的基礎(chǔ)上，運用雙向鑒權(quán)技術(shù)，更大地保障了用戶數(shù)據(jù)的安全。除此之外，對比無授權(quán)頻譜的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來說，NB-IOT技術(shù)還具有可基于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的快捷升級、等同于運營商級別的高可靠性和高安全性，以及可實現(xiàn)全球漫游等優(yōu)勢。

3? 定位方案

為了覆蓋盡可能大的定位范圍，該定位跟蹤系統(tǒng)結(jié)合了GPS定位和WiFi定位兩種流行的定位技術(shù)，無線通信端選用上海移遠公司的BC95模塊，用于將GPS獲取的定位數(shù)據(jù)通過移動通信模塊傳至Internet上的一臺服務(wù)器上，從而可以實現(xiàn)在電腦上查詢終端位置。GPS定位服務(wù)平臺是基于GPRS和Internet通信網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)。在戶外或GPS信號強的區(qū)域利用GPS進行定位，當(dāng)系統(tǒng)檢查到GPS獲取到定位數(shù)據(jù)，將自動將WiFi模塊置于睡眠模式，以節(jié)省功耗，而當(dāng)進入室內(nèi)或是地下等GPS信號弱的區(qū)域，系統(tǒng)將開啟WiFi進行輔助定位。定位系統(tǒng)可根據(jù)不同的定位場景提供不同的解決方案。為了覆蓋盡可能大的定位范圍，該文將定位環(huán)境分為4種情況：在僅有GPS信號環(huán)境下，采用GPS單獨定位;有WiFi和GPS信號但GPS不滿足定位要求的環(huán)境下，采用GPS和WiFi網(wǎng)組合定位;同時有GPS信號和WiFi信號且可單獨定位的環(huán)境下，采用WiFi網(wǎng)輔助GPS定位;有WiFi信號無GPS信號的環(huán)境下，采用WiFi網(wǎng)單獨定位。在實際定位中，可根據(jù)接收的信號情況及特定的切換策略進行環(huán)境判定，并進行定位方案的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)無縫定位的需求。

4? 結(jié)語

隨著新零售的快速發(fā)展，人們對貨物的位置跟蹤需求越來越強，該系統(tǒng)具有實現(xiàn)簡單、成本低、物流信息更新方便、位置定位精度高等一系列的優(yōu)點，這種基于NB-IOT并能夠進行位置定位的電子標(biāo)簽必將在新零售的大潮中得到更為廣泛的應(yīng)用。

參考文獻

[1] 鄭道寶，王懷杰.基于ARM/GPRS的遠程圖像報警系統(tǒng)的設(shè)計[J].計算機測量與控制，2013，21（1）：149-151，159.

[2] 互聯(lián)網(wǎng).2017或成NB-IOT規(guī)模商用元年物聯(lián)網(wǎng)孕育下一個萬億市場[EB/OL].中國信息產(chǎn)業(yè)網(wǎng)，2016.

[3] 曹小華.集裝箱電子標(biāo)簽系統(tǒng)的若干關(guān)鍵技術(shù)研究[D].武漢理工大學(xué)，2008.