条码的识读Word文档格式.docx

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扫描系统由光学系统及探测器即光电转换器件组成，它完成对条码符号的光学扫描，并通过光电探测器，将条码条空图案的光信号转换成为电信号。

信号整形部分由信号放大、滤波、波形整形组成，它的功能在于将条码的光电扫描信号处理成为标准电位的矩形波信号，其高低电平的宽度和条码符号的条空尺寸相对应。

译码部分一般由嵌入式微处理器组成，它的功能就是对条码的矩形波信号进行译码，其结果通过接口电路输出到条码应用系统中的数据终端。

图6-1条码识读系统组成

条码符号的识读涉及光学、电子学、微处理器等多种技术。

要完成正确识读，必须满足以下几个条件：

（1）建立一个光学系统并产生一个光点，使该光点在人工或自动控制下能沿某一轨迹作直线运动且通过一个条码符号的左侧空白区、起始符、数据符、终止符及右侧空白区。

（2）建立一个反射光接收系统，使它能够接收到光点从条码符号上反射回来的光。

同时要求接受系统的探测器的敏感面尽量与光点经过光学系统成像的尺寸相吻合。

如果光点的成像比光敏感面小，则会使光点外的那些对探测器敏感的背景光进入探测器，影响识读。

当然也要求来自条上的光点的反射光弱，而来自空上的光点的反射光强，以便通过反射光的强弱及持续时间来测定条（空）宽。

（3）要求光电转换器将接收到的光信号不失真地转换成电信号。

（4）要求电子电路将电信号放大、滤波、整形，并转换成电脉冲信号。

（5）建立某种译码算法，将所获得的电脉冲信号进行分析、处理，从而得到条码符号所表示的信息。

（6）将所得到的信息转储到指定的地方。

上述的前四步一般由扫描器完成，后两步一般由译码器完成。

1．光源

首先，对于一般的条码应用系统，条码符号在制作时，条码符号的条空反差均针对630纳米附近的红光而言，所以条码扫描器的扫描光源应该含有较大的红光成分。

因红外线反射能力在900nm以上；

可见光反射能力一般为630-670nm；

紫外线反射能力为300-400nm。

一般物品对630纳米附近的红光的反射性能和对近红外光的反射性能十分接近，所以，有些扫描器采用近红外光。

扫描器所选用的光源种类很多，主要有半导体光源、激光光源，也有选用白炽灯、闪光灯等光源的。

在这里主要介绍半导体发光管和激光器。

（1）半导体发光二极管

半导体发光二极管又称发光二极管，它实际上就是一个由Ｐ型半导体和Ｎ型半导体组合而成的二极管。

当在Ｐ－Ｎ结上施加正向电压时发光二极管就发出光来，如图6-2所示。

图6-2半导体发光二极管

（2）激光器

激光技术的发展已有30多年的历史，它现已广泛应用于各个领域。

激光器可分为气体激光器和固体激光器，气体激光器波长稳定，多用于长度测量，其中氦氖激光器波长为633nm，因此早期的条码扫描器一般采用氦氖激光器作为扫描光源。

但到了80年代，随着半导体技术的发展，固体半导体激光器问世，并得到了迅速发展，它具有光功率大、功耗低、体积小、工作电压低、寿命长、可靠性高、价格低廉这些特点，这使得原来使用的氦氖激光器迅速被取代。

我们常见的半导体激光器光功率一般在3-5nm，因而常用于利用光强测量的设备中，体积像一个普通三极管那么大。

所以半导体激光器又称激光二极管。

因为条码扫描器普遍采用了激光二极管，条码扫描器的体积和成本大大降低，刚开始时，只有只能发出红外激光的激光二极管，20世纪90年代后才相继出现了红色光激光二极管，这方面的发展已成为近些年来条码技术发展的重要方面。

激光与其他光源相比，有其独特的性质：

●有很强的方向性；

●单色性和相干性极好，其他光源无论采用何种滤波技术也得不到像激光器发出的那样的单色光；

●可获得极高的光强度。

条码扫描系统采用的都是低功率的激光二极管。

2．光电转换接收器

接收到的光信号需要经光电转换器转换成电信号。

手持枪式扫描识读器的信号频率为几十千赫到几百千赫。

一般采用硅光电池、光电二极管和光电三极管作为光电转换器件。

3．放大、整形与计数

全角度扫描识读器中的条码信号（如图6-3）频率为几兆赫到几十兆赫。

全角度扫描识读器一般都是长时间连续使用，为了使用者安全，要求激光源出射能量较小。

因此最后接收到的能量极弱。

为了得到较高的信噪比（这由误码率决定），通常都采用低噪声的分立元件组成前置放大电路来低噪声地放大信号。

手持枪式扫描识读器出射光能量相对较强，信号频率较低。

另外，如前所说还可采用同步放大技术等。

因此，它对电子元器件特性要求就不是很高，而且由于信号频率较低，就可以较方便地实现自动增益控制电路。

如图6-3 

由于条码印刷时的边缘模糊性，更主要是因为扫描光斑的有限大小和电子线路的低通特性，将使得到的信号边缘模糊，通常称为“模拟电信号”。

这种信号还须经整形电路尽可能准确地将边缘恢复出来，变成通常所说的“数字信号”。

同样，手持枪式扫描器由于信号频率低，在选择整形方案上将有更多的余地。

条码识读系统经过对条码图形的光电转换、放大和整形，其中信号整形部分由信号放大、滤波、波形整形组成，它的功能在于将条码的光电扫描信号处理成为标准电位的矩形波信号，其高低电平的宽度和条码符号的条空尺寸相对应。

这样就可以按高低电平持续的时间记数。

4．译码

条码是一种光学形式的代码，它不是利用简单的计数来识别和译码的，而是需要用特定方法来识别和译码的。

译码包括硬件译码和软件译码。

硬件译码通过译码器的硬件逻辑来完成，译码速度快，但灵活性较差。

为了简化结构和提高译码速度，现已研制了专用的条码译码芯片，并已经在市场上销售。

软件译码通过固化在ROM中的译码程序来完成，灵活性较好，但译码速度较慢。

实际上每种译码器的译码都是通过硬件逻辑与软件共同完成的。

译码不论采用什么方法，都包括如下几个过程：

（1）记录脉冲宽度

译码过程的第一步是测量记录每一脉冲的宽度值，即测量条空宽度。

记录脉冲宽度利用计数器完成。

我们所用的扫描设备不同，产生的数字脉冲信号的频率不同，计数器所用的计数时钟也发生相应变化。

仅能译一种码制的译码器，计数器所用的时钟一般是固定的；

能译多种码制译码器，由于其脉冲信号的变化范围较大，所以要用到多种计数频率。

对于高速扫描设备所产生的数字脉冲信号，译码器的计数时钟高达40MHZ。

在这种情况下，译码器有一个比较复杂的分频电路，它能自动形成不同频率的计数时钟以适应于不同的扫描设备。

下面介绍一种脉冲宽度的测量方法。

如图6-4（a）及图6-4（b）所示，它是一种利用中断技术测量脉冲宽度的测量方法。

图6-4脉冲宽度测量方法示意图

利用两个计数器分别测量高电平“1”（对应“条”）及低电平“0”（对应“空”）的宽度持续时间。

当数字脉冲信号的“1”到来时，启动中断0，存贮计数器0的数值后再清零；

同时启动计数器1开始计数，中断返回。

当数字脉冲信号的“O”到来时，启动中断1，存贮计数器1的数值后再清零，同时启动计数器0开始计数，中断返回。

采用这种方法测量脉冲宽度，除了电平变化时占用一点CPU时间外，整个计数过程一直释放CPU，所以在计数的同时就可以进行比较转换，即计数与转换同时进行，可大大提高译码速度。

（2）比较分析处理脉冲宽度

脉冲宽度的比较方法有多种，比较过程并非简单地求比值，而是经过转换/比较后得到一系列的便于存贮的二进制数值，把这一系列的数据放人缓冲区以便下一步的程序判别。

转换／比较的方法因码制的不同也有多种方法，比较常见的是均值比较法和对数比较法。

（3）程序判别

译码过程中的程序判别是用程序来判定转换／比较所得到的一系列二进制数值，把它们译成条码符号所表示的字符，同时也完成校验工作。

对于一个能译多种码制的译码，判定的方法比较复杂。

因为首先需要判定码制。

对于每个条码符号来说，都有空白区，现在的译码器大都是根据空白区与第一个条的比较来初步判定码制。

考虑多种因素的影响以及大量的实践可得到表6－1的经验。

表6-1码制判断表 

这种判定只是初步的，当比值大于等于6时，这种判定所起的作用不大。

码制的进一步判定必须通过起始符和终止符来实现。

因每一种码制都有选定的起始符和终止符，所以经过扫描所产生的数字脉冲信号也有其固定的形式。

码制判定以后，就可以按照该码制的编码字符集进行判别，并进行字符错误校验和整串信息错误校验，完成译码过程。

5．通信接口

条码识读器的通信接口主要有键盘接口和串行接口。

（1）键盘接口方式

条码识读器与计算机通信的一种方式是键盘仿真，即条码阅读器通过计算机键盘接口给计算机发送信息。

条码识读器与计算机键盘口通过一个四芯电缆连接，通过数据线串行传递扫描信息。

这种方式的优点是：

无需驱动程序，与操作系统无关，可以直接在各种操作系统上直接使用，不需要外接电源。

（2）串口方式∶扫描条码得到的数据由串口输入，需要驱动或直接读取串口数据，需要外接电源。

串行通信是计算机与条码识读器之间的一种常用的通信方式。

接收设备一次只传送一个数据位，因而比并行数据传送要慢。

但并行数据传送要求在两台通信设备之间至少安装含8条数据线的电缆，造价较高，这对于短距离传送来说还可以接受，然而对长距离的通信则是不能接受的。

串行数据传送方式如图6-5所示。

图6-5串行数据传输

计算机的发送设备将8位并行数据位同时送到串行转换硬件设备上，而这些数据则顺序地一次次地从该设备送到接收站。

因此，在发送端并行数据位流必须经过变换，变成串行数据位流，然后在接收端通过变换又恢复成并行数据位流。

这主要有串行接口来完成转换。

条码阅读器与计算机通过串行口连接后，条码识读器不断把采集到的信息输送给计算机，因此通信软件要不断地对串行口进行操作，保证及时准确地收到条码阅读器发来的全部信息。

然而在计算机应用系统中，数据采集仅仅是应用系统的一部分，计算机的大部分时间是被用户的应用程序所占用的。

就是说，如果不采用特殊技术将通信程序保护起来，应用程序就会覆盖掉通信程序，使得阅读器采集到的信息无法完整、准确地送给计算机处理。

如果应用系统需要数据时，每次调用通信软件，也将大大降低应用系统的运行效率。

因此，设计条码阅读器与计算机的通信软件时，应采用常驻内存技术，DOS将常驻内存的通信软件视为自身的一部分并加以保护，使其免受后续程序的覆盖，以便保证串行口信息被及时、完整、准确地接收。

条码识读系统一般采用RS232或键盘口传