条码扫描器原理之系统组成

条码扫描器原理之系统组成

条码符号是图形化的编码符号，对条码符号的识读就是要借助一定的专用设备，将条码符号中含有的编码信息转换成计算机可识别的数字信息。

从系统结构和功能上讲，条码扫描器原理之系统由扫描器系统、信号整形、译码三部分组成。

●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

2.1 光源

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630nm附件的红光而言，所以条码扫描器的扫描光源应该含有较大的红光部分。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。

2.1.1 半导体发光二极管

半导体发光二极管又称为发光二极管，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。

2.1.2 激光器

半导体激光器功率一般在3～5nm，与其它光源相比，有独特的性质：

●有很强的方向性

●单色性和相干性极好

●可获得极高的光强度，激光条码扫描器采用的都是低功率的激光二极管

2.2 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。

扫描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、光电三极管作为光电转换器件。

2.3 放大、整形与计数

为了得到较高的信噪比，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。由于条码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备地将边缘恢复出来，变成通常所说的“数字信号”。条码扫描器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。

2.4 译码

条码扫描器根据量化后的条空宽度值进行译码，由译码单元译出其中所含信息。各种条码符号的标准译码算法来自于各个条码符号的标准。

二、条码扫描器接口

条码扫描器接口目前主要有USB接口、PS/2接口、串口（RS232），其中USB 接口最为简单，最大的好处就是即插即用，并且不会因为条码扫描器的故障造成键盘或其它的外设不能使用的情况，目前该接口主要应用在与计算机的连接上。PS/2接口是最早成熟起来的条码扫描器接口，该接口除了可以与计算机连接外（具有PS/2接口的计算机），更被大量应用于与商业POS机做通讯接口，该接口最大的缺点是会因扫描器的故障造键盘外设的无效状态。RS232接口是目前工业领域使用最为频繁的条码扫描器接口，因它易于编程、数据传输距离远、可构建现场总线网络等优点，可被应用到生产线条码数据采集、PLC联动顺序控制等场合。

条码阅读器基本原理

条码阅读器是用于读取条码所包含的信息的设备，条码阅读器的结构通常为以下几部分：光源、接收装置、光电转换部件、译码电路、计算机接口。它们的基本工作原理为：由光源发出的光线经过光学系统照射到条码符号上面，被反射回来的光经过光学系统成像在光电转换器上，使之产生电信号，信号经过电路放大后产生一模拟电压，它与照射到条码符号上被反射回来的光成正比，再经过滤波、整形，形成与模拟信号对应的方波信号，经译码器解释为计算机可以直接接受的数字信号。

普通的条码阅读器通常采用以下三种技术：光笔、CCD、激光，它们都有各自的优缺点，没有一种阅读器能够在所有方面都具有优势，下面讨论每一种阅读器的工作原理和优缺点。

光笔的工作原理

光笔是最先出现的一种手持接触式条码阅读器，它也是最为经济的一种条码阅读器。

使用时，操作者需将光笔接触到条码表面，通过光笔的镜头发出一个很小的光点，当这个光点从左到右划过条码时，在“空”部分，光线被反射，“条”的部分，光线将被吸收，因此在光笔内部产生一个变化的电压，这个电压通过放大、整形后用于译码。

光笔的优点主要是：与条码接触阅读，能够明确哪一个是被阅读的条码；阅读条码的长度可以不受限制；与其它的阅读器相比成本较低；内部没有移动部件，比较坚固；体积小，重量轻。缺点：使用光笔会受到各种限制，比如在有一些场合不适合接触阅读条码；另外只有在比较平坦的表面上阅读指定密度的、打印质量较好的条码时，光笔才能发挥它的作用；而且操作人员需要经过一定的训练才能使用，如阅读速度、阅读角度、以及使用的压力不当都会影响它的阅读性能；最后，因为它必须接触阅读，当条码在因保存不当而产生损坏，或者上面有一层保护膜时，光笔都不能使用；光笔的首读成功率低及误码率较高。

CCD阅读器的工作原理

CCD为电子耦合器件（Charg couple device），比较适合近距离和接触阅读，它的价格没有激光阅读器贵，而且内部没有移动部件。

CCD阅读器使用一个或多个LED，发出的光线能够覆盖整个条码，条码的图像被传到一排光上，被每个单独的光电二激管采样，由邻近的的探测结果为“黑”或“白”区分每一个条或空，从而确定条码的字符，换言之，CCD阅读器不是注意的阅读每一个“条”或“空”，而是条码的整个部分，并转换成可以译码的电信号。

优点：与其它阅读器相比，CCD阅读器的价格较便宜，但同样有阅读条码的密度广泛，容易使用。它的重量比激光阅读器轻，而且不象光笔一样只能接触阅读。

缺点：CCD阅读器的局限在于它的阅读景深和阅读宽度，在需要阅读印在弧型表面的条码（如饮料罐）时候会有困难；在一些需要远距离阅读的场合，如仓库领域，也不是很适合；CCD的防摔性能较差，因此产生的故障率较高；在所要阅读的条码比较宽时，CCD也不是很好的选择，信息很长或密度很低的条码很容易超出扫描头的阅读范围，导致条码不可读；而且某些采取多个LED的条码阅读器中，任意一个的LED 故障都会导致不能阅读；大部分CCD阅读器的首读成功率较低且误码机率高。