怎样把智能桌牌的价格降下来 ――电子墨水屏桌牌的精简降本设计

怎样把智能桌牌的价格降下来
――电子墨水屏桌牌的精简降本设计

广西南宁林仙升

【摘要】 针对电子墨水屏的应用痛点，以智能桌牌为例，从屏示屏、芯片及电路板、电源、外壳四个方面进行选型改进，在技术路线上优化设计，以达到降低成本的目的。

电子墨水屏面世已经过了二十多年，其静态显示优势及节能省电特点一直受到推崇，但由于产业生态链受元太一家企业把持，技术及专利高度垄断，叠代更新慢，墨水屏价格高企，导致相关终端产品价格普遍较高。其中，电子智能桌牌是较为典型的应用，需求普遍，而现购物平台上的智能桌牌售价均在千元上下，市场一直难以推开。如何破局，笔者尝试从优化设计上实施改进。
首先展开市场调研，用智能桌牌终端与传统纸质桌牌进行对比，现阶段，在广西南宁，大众对桌牌产品的便利与成本的比较选择上，较大比例的接受价格集中在200到300元这个区间内，因此，将约束价格目标设定在260元。性能指标的要求上也相应作出设定，即满足基本的传输显示功能。总体的思路上就的要精简优化，做减法。
系统方案上采用简单便捷的手机蓝牙直传模式，蓝牙芯片接收数据后，输出电子墨水屏刷新显示。省去转发器或基站和电脑等设备，利用安卓手机应用程序进行文字录入编辑，通过安卓蓝牙通讯接口函数，实现数据的变换，终端搜索、连接、传输、进度显示等功能，这部分要与硬件接口相应进行匹配调试，通过软件编程来实现，主要是要花费时间，考虑软件复制的低成本，利于长期分摊研发投入，软件部分费用暂不计入硬件采购成本。
就硬件而言，屏幕是大头，基本占总成本的三分之二左右，目前常用的就是黑白两色和黑白红三色两种屏幕，桌牌适用的就是三色屏，现千元桌牌常用的是7.5寸屏，在考虑宽高比例约束后，可用的有7.5、5.8、4.2、3.7、2.9寸五种，
前两种价高(单屏220元左右)，后两种显示面积过小，而4.2寸屏，其分辨率为400＊300像素，已能胜任文字甚至二维码显示，而且数据量小（15K），蓝牙传输时间短（20秒内）。另外从显示面积上进行权衡，考虑应用场景上，现在会议较多的还是面对面的交流，协调、会见、汇报这样的形式较多，过去几位领导在主席台，众多听众在台下的大会形式较少。所以与会者的相互距离也就是会议桌的宽度，
桌牌可见即可标识，认识交流，白底红字的对比度极强，目测十米内均可辨识所显示的名字，所以4.2寸屏即可满足大多的会议应用，没必要配用7.5寸屏，过大的桌牌在室内小会议室中有时还显突兀。同时，4.2寸屏应用基数大，易采购，考虑电路板布设贴装的便利性，选用了有S形插接头的042Z21型号，网购价格85元，双屏即达到170元。
硬件的第二个关键点，就是蓝牙电路，选用单芯片解决方案，在SOC上实现蓝牙数据的接收存贮、处理解算，并驱动墨水屏显示。对于系统开发来说，固件开发需要的时间最长，工作量最大。整体来说，蓝牙应用开发和部署需要三个关键组成部分： 1.硬件 2.软件/固件 3.移动设备APP。在选择蓝牙产品平台时，首要的步骤是了解平台器件的现在和未来，应该深入了解芯片的规格与特性。主要是芯片的发射功率与接收灵敏度、功耗、处理能力、存储、外设、芯片温度范围等指标，为存储器需求较低的应用选择较低成本的器件。此外，部分器件使用ROM来存储蓝牙协议栈和外设驱动程序，这样可以将闪存释放给应用程序使用。另外芯片的软件极其重要，必须认真考虑，这里的软件不仅仅是指IDE和工具链，也包括底层的软件开发套件（SDK），IDE必须易于使用，比如基于Eclipse。理想情况下，芯片厂商会提供这些APP的源代码，方便用户进行二次开发。
初选两种蓝牙芯片:TI公司的CC2541/2540和Nordic公司的nRF51822/ 51422，前者是第一个BLE蓝牙的芯片厂商，开发资料全，参考设计多，产品性能稳定，技术支持好，市面第一个量产蓝牙5.0芯片，缺点是TI RTOS不太好用，Flash，RAM有点小；后者是产品丰富，资料全，但缺点是软件框架不友好，应用层逻辑不清晰，小客户价格差。前期着手开发出了样品电路，本身这两种芯片价格都较高，又碰到芯片荒，特别是新冠疫情暴发后，涨价特别厉害，达到单片45元的超高价，已到无法承受的程度，加之国外的芯片对华封禁，供应不稳定，风险高，果断选择了放弃，转而另选芯片方案，以支持国货的初心只从售价来设定入围门槛，再去平衡性能，结果寻到了一款不错的国产品牌芯片来替代，
经电路集成优化及软件的对接调整后满足了基本的性能要求，真是国货自强，扬眉吐气。
在电路板设计上也进行了精简优化，尽量缩减制板面积，在标准制板面积10＊10㎝上，设置了上下4.5毫米的贴装工艺边，制拼出五块电路板，
在双面电路板上实现双屏电路的单面连接，同时采用木工中常用的卯榫结构进行平面拼接，并留出了电池和配装的吸磁片安装空格。在宽91毫米、高20毫米的整块电路板上单侧边面制留卯榫结构接口外，其余区域布设了充电、稳压、蓝牙、显示驱动等所有电路模块，密集贴装73个0603以上封装的元器件，并留出了墨水屏PFC连接插片的径向高度空间。
蓝牙电路需要有极高的接收灵敏度，还需要在接收天线上进行优化设计，这非常关键。桌牌采用了PCB印制板天线，在极小的面积上实现天线区域侧面净空，经调试达到了较好的发射接收效果，及较大的方向角范围。单个电路板成本控制在50元内。
第三点是电池，桌牌采用电池供电的应用方式，既要保证足够的电池功率。也需要限制发射功率，才能降低功耗、延长电池续航时间，对于选择普通的5号干电池还是锂电池，两个方案进行了对比，两组均制出样品进行试验，均可満足要求，成本上锂电池略高于干电池，但考虑桌牌的整体外观比例及双面显示的特点，以及桌牌的挂、贴、夹等多种应用场景下对轻薄的要求，必须尽量压缩桌牌厚度，在平衡指标后，决定采用厚度3毫米的超薄可充电锂电池，在34＊50MM面积内，容量达到600Mah,自带充电保护电路，为桌牌提供了充足稳定的能量供应。电池组件控制在10元内
第四个方面是外壳的设计，千元桌牌采用一体化成形的注塑件或切削加工的金属外壳，无论制作模具或单独切削加工均步骤复杂工艺繁琐，而且质量大，占用成本较多。
本身4.2寸屏桌牌外形不算大，选择亚克力包覆方案，采用亚克力板来粘贴成本更低，也适应小批量产的实际情况，更灵活方便，亚克力材料的高清通透，更能展现电子墨水屏桌牌屏幕的细腻精致特性。只是粘接工艺上要控制质量。避免粘胶溢漏。外壳成本控制在20元内
加上10元左右的包装材料，这样在保证性能指标的前提下，经精简优化、摊薄成本后，总体终端成本控制在了260元的约束目标，

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