專利名稱：一種彩色電子標(biāo)牌及其電源控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子標(biāo)牌，具體的說是應(yīng)用彩色E-ink技術(shù)和太陽(yáng)能技術(shù)的彩色電子標(biāo)牌和標(biāo)牌的電源控制方法。
背景技術(shù)：
E-Ink —般稱之為“電子墨水技術(shù)”(電泳式電子紙)，它是一種屏幕技術(shù)，E-Ink 的電子紙由電子墨水及兩片基板所組成，它上面涂有一種由無數(shù)微小的透明顆粒組成的電子墨水，顆粒直徑只有人的頭發(fā)絲的一半大小。只要調(diào)整顆粒內(nèi)的染料和微型粒子的顏色， 便能夠使電子墨水展現(xiàn)色彩和圖案來。當(dāng)這種電子墨水被涂到紙、布或其他平面物體上后， 人們只要適當(dāng)?shù)貙?duì)它予以電擊，就能使數(shù)以億計(jì)的顆粒變幻顏色，從而根據(jù)人們的設(shè)定不斷地改變所顯現(xiàn)的圖案和文字。其具有耗電率低以及刷新速度快的特點(diǎn)。電子墨水相對(duì)其它顯示工藝很大優(yōu)點(diǎn)是低功耗。用電子墨水產(chǎn)生的一個(gè)顯示，可保持圖像達(dá)幾周，并不需要附加的功率輸入，并且當(dāng)需改變顯示的圖像僅需少量功率。太陽(yáng)能電池是一對(duì)光有響應(yīng)并能將光能轉(zhuǎn)換成電力的器件。能產(chǎn)生光伏效應(yīng)的材料有許多種，如單晶娃，多晶娃，非晶娃，砷化鎵，硒銦銅等。作為第三代太陽(yáng)能電池，染料敏化電池的最大吸引力在于廉價(jià)的原材料和簡(jiǎn)單的制作工藝。據(jù)估算，染料敏化電池的成本僅相當(dāng)于硅電池板的1/10。同時(shí)，它對(duì)光照條件要求不高，即便在陽(yáng)光不太充足的室內(nèi)，其光電轉(zhuǎn)化率也不會(huì)受到太大影響?，F(xiàn)在彩色E-ink的顯示屏工藝和太陽(yáng)能電池技術(shù)已經(jīng)非常成熟。傳統(tǒng)的標(biāo)簽或標(biāo)牌是紙質(zhì)的，尤其是價(jià)格標(biāo)牌，需要人手打印或書寫，再加上貼標(biāo)簽，需要大量人力、物力、財(cái)力，消耗大量資源和時(shí)間，每一次價(jià)格變動(dòng)都需要重新制作，既不經(jīng)濟(jì)也不環(huán)保。如果是彩色的標(biāo)簽更是如此，特別對(duì)一些普通的商家更是一筆不小的支出ο后來有人發(fā)明一種帶LCD顯示屏的電子標(biāo)牌，如果采用單色的LCD顏色比較單一， 如果是彩色的TFT顯示屏則需要有背光，耗電比較大，而且都需要有內(nèi)置的電池(紐扣電池、干電池或鋰電池等)，但是這就存在一個(gè)電池沒電后的更換問題(同樣不經(jīng)濟(jì)不環(huán)保) 或是充電的問題(鋰電池)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明根據(jù)傳統(tǒng)標(biāo)簽和IXD電子標(biāo)牌存在的上述不足之處，提供一種便于修改和管理的彩色電子標(biāo)牌且完全不用更換電池或充電。具體的說，一種彩色電子標(biāo)牌，包括MCU(單片機(jī))、存儲(chǔ)器、彩色E-ink屏、E_ink 驅(qū)動(dòng)芯片、太陽(yáng)能板、鋰電池、射頻裝置，單片機(jī)分別與存儲(chǔ)器、E-ink驅(qū)動(dòng)芯片、太陽(yáng)能板、 鋰電池和射頻裝置電連接，E-ink驅(qū)動(dòng)芯片與彩色E-ink屏電連接；射頻裝置接收?qǐng)D像數(shù)據(jù)并發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)控制E-ink驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)彩色E-ink屏顯示圖像數(shù)據(jù)，太陽(yáng)能板和鋰電池為射頻裝置和單片機(jī)供電。
所述標(biāo)牌還包括一更新端口，更新端口與單片機(jī)電連接，更新端口接收更新的圖像數(shù)據(jù)。所述單片機(jī)為超低功耗單片機(jī)。所述存儲(chǔ)器為可擦寫可編程只讀存儲(chǔ)器。所述標(biāo)牌包括電源控制電路，所述電源控制電路包括開關(guān)一、開關(guān)二、充電電路、 單片機(jī)電源控制模塊和系統(tǒng)電源，充電電路一端與太陽(yáng)能板連接，另一端與鋰電池連接，使太陽(yáng)能板為鋰電池充電，開關(guān)一一端連接太陽(yáng)能板，另一端連接系統(tǒng)電源；開關(guān)二一端連接鋰電池，另一端連接系統(tǒng)電源，單片機(jī)電源控制模塊分別連接并控制開關(guān)一、開關(guān)二和充電電路；太陽(yáng)能板和鋰電池通過系統(tǒng)電源為單片機(jī)和射頻裝置供電。開關(guān)一為常閉開關(guān)，開關(guān)二為常開開關(guān)。所述MCU采用兩種頻率的晶振作為時(shí)鐘輸入，當(dāng)標(biāo)牌處于圖像更新或射頻裝置工作狀態(tài)時(shí)采用高頻時(shí)鐘，當(dāng)標(biāo)牌處于待機(jī)狀態(tài)時(shí)采用低頻時(shí)鐘。所述MCU采用32768Hz和4MHz的晶振作為時(shí)鐘輸入。本發(fā)明還提供一種彩色電子標(biāo)牌的電源控制方法，包括如下步驟當(dāng)彩色E-ink屏僅顯示圖像，射頻裝置沒有接收?qǐng)D像數(shù)據(jù)時(shí)，太陽(yáng)能板為鋰電池充電；當(dāng)射頻裝置接收?qǐng)D像數(shù)據(jù)時(shí)，太陽(yáng)能板通過開光一，輸送電流給系統(tǒng)電源為射頻裝置供電；當(dāng)彩色E-ink屏更新圖像數(shù)據(jù)時(shí)，鋰電池通過開關(guān)二，輸送電流給系統(tǒng)電源為MCU
{共 ο1、MCU為超低功耗單片機(jī)，本身有存儲(chǔ)空間(存儲(chǔ)空間大小根據(jù)需要確定)，考慮到存儲(chǔ)空間有可能不能滿足整個(gè)系統(tǒng)的要求增加了 EEPR0M(容量大小可根據(jù)實(shí)際需要確定)，EEPROM與MCU直連，采用SPI總線接口，主要用于存儲(chǔ)E_ink驅(qū)動(dòng)相關(guān)的數(shù)據(jù)和整個(gè)系統(tǒng)初始化的相關(guān)數(shù)據(jù)，射頻收發(fā)時(shí)臨時(shí)存儲(chǔ)的圖像數(shù)據(jù)則直接由MCU內(nèi)部存儲(chǔ)；2、E_ink驅(qū)動(dòng)芯片為專用芯片，前端與MCU有電氣連接，后端與E-ink顯示屏有電氣連接；3、射頻裝置與MCU有電氣連接，采用無線通訊協(xié)議，可為WIFI或ZIGBEE等常用無線通訊協(xié)議，這里不作過多闡述；4、更新端口主要功能是用于更新E-ink顯示屏的圖像數(shù)據(jù)，和射頻裝置構(gòu)成兩個(gè)通道；本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與積極效果本發(fā)明相比其他的電子標(biāo)牌有如下優(yōu)點(diǎn)1、節(jié)能環(huán)保，不需要更換電池或充電。E-ink顯示屏在不刷新圖像的情況下是不需要耗電的，并且采用低功耗MCU，平時(shí)是處于休眠狀態(tài)，整個(gè)系統(tǒng)的功耗非常低，在正常的燈光或光線條件下，太陽(yáng)能板完全可以滿足系統(tǒng)的電流需求，并可以給鋰電池提供充電電流。 在更新標(biāo)牌內(nèi)容時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)和彩色E-ink顯示屏進(jìn)入工作狀態(tài)，此時(shí)消耗的電能稍大，太陽(yáng)能板已經(jīng)不能滿足，此時(shí)才消耗鋰電池里存儲(chǔ)的電能；2、彩色顯示，提高商家檔次。3、更新方便?？梢圆捎脙煞N更新方式更新端口和射頻方式；


圖1是本發(fā)明的彩色電子標(biāo)牌結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的實(shí)施例的彩色電子標(biāo)牌結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的電源控制電路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明的電源控制電路的工作示意圖；圖5是本發(fā)明的實(shí)施例的電源控制方法的流程示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的彩色電子標(biāo)牌進(jìn)行詳細(xì)的說明。實(shí)施例如圖1所示，本發(fā)明的彩色電子標(biāo)牌，包括單片機(jī)(MCU)、存儲(chǔ)器、彩色E-ink屏、 E-ink驅(qū)動(dòng)芯片、太陽(yáng)能板、鋰電池、射頻裝置，單片機(jī)分別與存儲(chǔ)器、E-ink驅(qū)動(dòng)芯片、太陽(yáng)能板、鋰電池和射頻裝置電連接，E-ink驅(qū)動(dòng)芯片與彩色E-ink屏電連接；射頻裝置接收?qǐng)D像數(shù)據(jù)并發(fā)送給單片機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)，單片機(jī)控制E-ink驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)彩色E-ink屏顯示圖像數(shù)據(jù)，太陽(yáng)能板和鋰電池為射頻裝置和單片機(jī)供電。射頻裝置包括射頻收發(fā)芯片和射頻天線。存儲(chǔ)器為可擦寫可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)。如圖2所示，本實(shí)施例中采用TI公司生產(chǎn)的超低功耗MCU MSP430F4794，此單片機(jī)是一款具有精簡(jiǎn)指令集的16位超低功耗混合型單片機(jī)。采用MSP430系列單片機(jī)的一個(gè)最大優(yōu)勢(shì)是它具有低功耗和高集成度。MSP430F4794為MSP430的4系列單片機(jī)，工作電壓為1. 8 3. 6V ；當(dāng)工作電壓為2. 2V，頻率為IMHz時(shí)，活動(dòng)模式下電流為280 μ A，待機(jī)模式下電流為1. 1μ A ；從待機(jī)到喚醒的時(shí)間不超過6 μ S。其它結(jié)構(gòu)采用的型號(hào)可見附圖2，但該附圖中的型號(hào)并不能限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，用其它型號(hào)的器件來代替圖中所示的各器件，應(yīng)該是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到的。如圖3所示，本發(fā)明的電源控制模塊包括開關(guān)一、開關(guān)二、充電電路、單片機(jī)電源控制模塊和系統(tǒng)電源，充電電路一端與太陽(yáng)能板連接，另一端與鋰電池連接，使太陽(yáng)能板為鋰電池充電，開關(guān)一一端連接太陽(yáng)能板，另一端連接系統(tǒng)電源；開關(guān)二一端連接鋰電池，另一端連接系統(tǒng)電源，單片機(jī)電源控制模塊分別連接并控制開關(guān)一、開關(guān)二和充電電路；太陽(yáng)能板和鋰電池通過系統(tǒng)電源為單片機(jī)和射頻裝置供電。系統(tǒng)電源包括LDO電源芯片和電源，LDO電源芯片控制電源輸出。太陽(yáng)能板和鋰電池為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源，根據(jù)系統(tǒng)的工作模式通過控制開關(guān)切換由哪個(gè)來供應(yīng)；電源開關(guān)一為常閉開關(guān)，電源開關(guān)二為常開開關(guān)。此電源管理方法也是本發(fā)明的發(fā)明點(diǎn)之一，電源管理有如下幾個(gè)狀態(tài)Α)輕負(fù)載狀態(tài)電源開關(guān)一關(guān)閉，電源開關(guān)二打開，電流的方向?yàn)樘?yáng)能板一電源開關(guān)一一-LD0電源芯片一電源；輕負(fù)載狀態(tài)是指射頻裝置收發(fā)更新圖像的狀態(tài)。B)重負(fù)載狀態(tài)電源開關(guān)一打開，電源開關(guān)二關(guān)閉，電流的方向?yàn)殇囯姵匾浑娫撮_關(guān)二 --LD0電源芯片一電源；重負(fù)載狀態(tài)是指彩色E-ink屏更新圖像時(shí)的狀態(tài)，此時(shí)，MCU、存儲(chǔ)器、彩色E-ink屏和E-ink驅(qū)動(dòng)芯片都需要耗電。
C)充電狀態(tài)充電控制電路工作，電流的方向?yàn)樘?yáng)能板一充電控制電路一鋰電池。正常情況下A和C兩種狀態(tài)是一起工作的，如果設(shè)備關(guān)機(jī)后，則只有C狀態(tài)工作。如圖4所示，為了降低本發(fā)明的彩色電子標(biāo)牌的耗電量，采用32768Hz和4MHz的晶振作為時(shí)鐘輸入，當(dāng)電子標(biāo)牌系統(tǒng)處于圖像更新或通信狀態(tài)時(shí)采用高頻時(shí)鐘來獲取較高的處理速度，當(dāng)系統(tǒng)處于待機(jī)狀態(tài)時(shí)采用低頻時(shí)鐘來降低系統(tǒng)功耗。這樣就較好的解決了電池供電的小電流應(yīng)用系統(tǒng)中工作頻率和功耗之間的矛盾。選擇低的供電電壓和低功耗的外圍器件來降低功耗。系統(tǒng)采用太陽(yáng)能板和鋰電池供電；使用超低功耗的LDO芯片AS1360進(jìn)行電源管理；選用低功耗的E_ink顯示器。在程序設(shè)計(jì)上充分利用MSP430提供的多種低功耗工作模式，如圖4所示。在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，系統(tǒng)由低功耗模式轉(zhuǎn)換為工作模式，MCU處于休眠狀態(tài)，E-ink驅(qū)動(dòng)芯片處于斷電模式，讓射頻裝置獨(dú)立工作。在進(jìn)行E-ink顯示器的圖像更新時(shí)，MCU和E-ink驅(qū)動(dòng)芯片轉(zhuǎn)換到工作模式，射頻裝置處于斷電模式，在不進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和圖像更新時(shí)，系統(tǒng)處于待機(jī)模式，進(jìn)入待機(jī)模式。當(dāng)需要工作時(shí)，發(fā)生中斷喚醒MCU，處理完后再進(jìn)入低功耗模式。這樣，系統(tǒng)通常運(yùn)行在休眠模式下，它是在保持實(shí)時(shí)時(shí)鐘活動(dòng)情況下功耗最低的一種工作模式。通過各種模式之間的靈活轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了降低系統(tǒng)功耗的目的。系統(tǒng)進(jìn)行一次圖像更新時(shí)程序的運(yùn)行狀態(tài)與對(duì)應(yīng)工作模式的轉(zhuǎn)換如圖4所示如圖4和圖5所示，電源控制模塊對(duì)與MCU電連接的彩色E_ink屏、E_ink驅(qū)動(dòng)芯片和射頻裝置進(jìn)行如下的電源控制。1、在初始化模式下，MCU控制電源開關(guān)三、電源開關(guān)四、電源開關(guān)五處于關(guān)閉 (OFF)狀態(tài)，只給MCU最小系統(tǒng)上電，最小系統(tǒng)上電是指給MCU的CPU及存儲(chǔ)器供電；2、在工作模式1下，MCU控制電源開關(guān)三處于打開(ON)狀態(tài)為射頻收發(fā)模塊供電， 電源開關(guān)四和電源開關(guān)五OFF ；3、在工作模式2下，MCU控制電源開關(guān)三處于關(guān)閉(OFF)狀態(tài)，切斷射頻收發(fā)模塊供電，電源開關(guān)四和電源開關(guān)五處于打開(ON)狀態(tài)，為E-ink驅(qū)動(dòng)芯片和E-ink顯示屏供電；4、在休眠或待機(jī)模式下，MCU控制電源開關(guān)三、電源開關(guān)四、電源開關(guān)五處于關(guān)閉 (OFF)狀態(tài)，只給MCU最小系統(tǒng)上電，在此模式下，彩色E-ink屏繼續(xù)顯示但并不耗電。
權(quán)利要求
1.一種彩色電子標(biāo)牌，其特征在于，包括單片機(jī)、存儲(chǔ)器、彩色E-ink屏、E-ink驅(qū)動(dòng)芯片、太陽(yáng)能板、鋰電池、射頻裝置，單片機(jī)分別與存儲(chǔ)器、E-ink驅(qū)動(dòng)芯片、太陽(yáng)能板、鋰電池和射頻裝置電連接；E-ink驅(qū)動(dòng)芯片與彩色E-ink屏電連接；射頻裝置接收?qǐng)D像數(shù)據(jù)并發(fā)送給單片機(jī)；單片機(jī)控制E-ink驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)彩色E-ink屏顯示圖像數(shù)據(jù)；太陽(yáng)能板和鋰電池為射頻裝置和單片機(jī)供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彩色電子標(biāo)牌，其特征在于，所述標(biāo)牌還包括一更新端口，更新端口與單片機(jī)電連接，更新端口接收更新的圖像數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彩色電子標(biāo)牌，其特征在于，所述標(biāo)牌包括電源控制電路，所述電源控制電路包括開關(guān)一、開關(guān)二、充電電路、單片機(jī)電源控制模塊和系統(tǒng)電源，充電電路一端與太陽(yáng)能板連接，另一端與鋰電池連接，使太陽(yáng)能板為鋰電池充電；開關(guān)一一端連接太陽(yáng)能板，另一端連接系統(tǒng)電源；開關(guān)二一端連接鋰電池，另一端連接系統(tǒng)電源；單片機(jī)電源控制模塊分別連接并控制開關(guān)一、開關(guān)二和充電電路；太陽(yáng)能板和鋰電池通過系統(tǒng)電源為單片機(jī)和射頻裝置供電。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彩色電子標(biāo)牌，其特征在于，所述開關(guān)一為常閉開關(guān)，開關(guān)二為常開開關(guān)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彩色電子標(biāo)牌，其特征在于，所述存儲(chǔ)器為可擦寫可編程只讀存儲(chǔ)器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彩色電子標(biāo)牌，其特征在于，所述單片機(jī)采用兩種頻率的晶振作為時(shí)鐘輸入，當(dāng)標(biāo)牌處于圖像更新或射頻裝置工作時(shí)采用高頻時(shí)鐘，當(dāng)標(biāo)牌處于待機(jī)狀態(tài)時(shí)采用低頻時(shí)鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的彩色電子標(biāo)牌，其特征在于，所述單片機(jī)采用32768Hz和 4MHz的晶振作為時(shí)鐘輸入。
8.一種彩色電子標(biāo)牌的電源控制方法，為1)當(dāng)彩色E-ink屏僅顯示圖像，射頻裝置沒有接收?qǐng)D像數(shù)據(jù)時(shí)，太陽(yáng)能板為鋰電池充電；2)當(dāng)射頻裝置接收?qǐng)D像數(shù)據(jù)時(shí)，太陽(yáng)能板通過開光一，輸送電流給系統(tǒng)電源為射頻裝置供電；3)當(dāng)彩色E-ink屏更新圖像數(shù)據(jù)時(shí)，鋰電池通過開關(guān)二，輸送電流給系統(tǒng)電源為單片機(jī)供電。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種彩色電子標(biāo)牌及其電源控制方法，標(biāo)牌包括單片機(jī)、存儲(chǔ)器、彩色E-ink屏、E-ink驅(qū)動(dòng)芯片、太陽(yáng)能板、鋰電池、射頻裝置，單片機(jī)分別與存儲(chǔ)器、E-ink驅(qū)動(dòng)芯片、太陽(yáng)能板、鋰電池和射頻裝置電連接；E-ink驅(qū)動(dòng)芯片與E-ink屏連接；射頻裝置接收?qǐng)D像數(shù)據(jù)；單片機(jī)控制E-ink驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)彩色E-ink屏顯示圖像數(shù)據(jù)；太陽(yáng)能板和鋰電池為射頻裝置和單片機(jī)供電。其電源控制方法為當(dāng)彩色E-ink屏僅顯示圖像，太陽(yáng)能板為鋰電池充電；當(dāng)射頻裝置接收?qǐng)D像數(shù)據(jù)時(shí)，太陽(yáng)能板通過開光一為射頻裝置供電；當(dāng)E-ink屏更新圖像數(shù)據(jù)時(shí)，鋰電池通過開關(guān)二為MCU供電。本發(fā)明節(jié)能環(huán)保，不需要更換電池或充電。
文檔編號(hào)H02J7/00GK102314837SQ20111026648
公開日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2011年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月8日
發(fā)明者段作杰, 段惟榮, 王彥超, 陳實(shí)如 申請(qǐng)人:上海北大方正科技電腦系統(tǒng)有限公司