条码自动识别设备

第一节条码自动识别设备

条码作为一种信息载体，在各个领域迅速得到应用和推广，因此，市场上出现了品种繁多的适合于各个应用场合的条码自动识别设备。目前，条码自动识别设备正向着多功能、远距离、小型化、安全可靠、经济适用等方向发展。条码技术在物流领域的应用，可以大大提高物流效率和物流服务质量。

一、条码识读的基本原理

条码符号是图形化的编码符号，条码符号的识读必须借助一定的专用设备，将条码符号中所表示的编码信息转换成计算机可识别的数字信息。因而条码识读系统应该由扫描系统、信号整形、译码三个功能部分组成，如图7-1所示。

扫描系统由光学系统和光电转换器组成，其功能是完成对条码符号的光学扫描，通过光电转换器，将获得的条码符号的光信号转换成为模拟电信号。

信号整形部分由信号放大、滤波和整形部分组成，其功能是将扫描系统获得的模拟电信号处理成为标准电位的矩形波信号，即标准的数字脉冲信号，其高低电平的宽度与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，它的功能是对获得的条码脉冲数字信号进行译码，译码的结果通过接口电路输出到条码应用系统中的数据终端。

二、条码识读设备简介

1．条码识读设备的分类

按照条码识别设备能够识别码制的能力和识读原理，可将其分为光笔与卡槽式、激光式、CCD图像式三类条码扫描器。光笔与卡槽式条码扫描器只能识读一维条码。激光式条码扫描器只能识读一维条码和行排式二维码（如PDF417码）。图像式条码扫描器不仅可以识读一维条码，而且还能识读行排式和矩阵式二维条码。

2．常用识读设备简介

（1）手持激光扫描器

手持激光扫描器又称激光枪，是一种被广泛应用的远距离条码阅读设备，其外观如图7-2所示。

如图7-3所示是一种全向激光扫描器。对于标准尺寸的商品条码以任何方向通过扫描器识读区域时都能被准确的识读。这种扫描器一般用于商业超市的收款台，可以安装在柜台下面，也可以安装在柜台侧面。

图7-2 手持激光扫描器图7-3 全向激光式扫描器

激光扫描技术的基本原理如图7-4所示，先由机具产生一束激光，再由转镜将固定方向的激光束形成激光扫描线（类似电视机的电子枪扫描），激光扫描线扫描到条码上再反射回机具，由机具内部的光敏器件转换成电信号。

图7-4 激光扫描工作原理(00)006141411234567890

光敏器件

转镜

激光二极管

条码符号

激光扫描器的优点是识读距离适应能力强，且具有穿透保护膜识读的能力，识读的精度和速度比较容易做得高些。缺点是对识读的角度要求比较严格，而且只能识读层叠式二维码（如PDF417码）和一维码。

（2）CCD扫描器

CCD扫描器是一种图像式扫描器，它是采用CCD元件作为光电转换装置，CCD元件也叫CCD图像感应器。CCD扫描器在扫描条码符号时，其内部结构不需要任何驱动机构，便可实现对条码符号的自动扫描。如图7-5是手持式CCD扫描器，图7-6是固定式CCD扫描器，这是两种基本结构形式。

图7-5手持式CCD扫描器图7-6固定式CCD扫描器

CCD元件通常选用具有电荷耦合性能的光电二极管和CMOS电容制成。可将CCD元件排列成一维的线阵和二维的面阵。用于扫描一维条码的CCD扫描器通常选用一维的线阵，用于扫描二维条码的图像扫描器通常选用二维的面阵（也可选用一维的线阵）。

在条码识读器中使用的另一项技术是光学成像数字化技术。其基本原理如图7-7所示，它是将图像通过光学透镜成像在半导体传感器（即CMOS管阵列）上，CMOS管电路直接将图像数字化，并采集到的图像数据送到嵌入式计算机系统进行处理。处理的内容包括图像处理、解码、纠错、译码，最后将处理结果通过通讯接口（如RS232）送往PC机。

图7-7 图像拍摄方式原理

（3）光笔和卡槽式扫描器

光笔和大多数卡槽式条码扫描器都采用手动扫描的方式。扫描器内部没有扫描光束驱动装置，发射的照明光束的位置相对于扫描器是固定的，完成扫描的过程需要人工手持扫描器扫过条码符号，属于固定光束式扫描器。光笔扫描过程见图7-8。

图7-8光笔的扫描示意图

卡槽式扫描器也属于固定光束扫描器，其内部的结构和光笔类似，它上面有一个槽，手持带有条码符号的卡从槽中滑过实现扫描。这种识读器广泛用于时间管理和考勤系统。它经常和带有液晶显示和数字键盘的终端集成为一体。

二维条码符号

光源 光学透镜 CMOS 阵列

3．条码扫描设备的主要技术指标

（1）首读率

首读率是指首次读出条码符号的数量与识读条码符号总数量的比值，即:

%100⨯=识读条码符号的总数量量首次读出条码符号的数首读率

（2）误码率

是指错误识别次数与识别总次数的比值，即:

%100⨯=识读总次数识读错误的次数误码率

（3）拒识率

拒识率是指不能识别的条码符号数量与条码符号总数量的比值，即:

%100⨯=识读条码符号的总数量量不能识读的条码符号数拒识率

不同的条码应用系统对以上指标的要求有所不同。一般要求首读率在85％以上，拒识率低于1％，误码率低于0.01％。但对于一些重要场合，要求首读率为100％，误码率为百万分之一。

首读率过低，会使操作者感到厌倦，它常常使数据无法自动录入，而需要人工用键盘录入。对于一个条码系统而言，误码率是最重要的一个指标，由误读引起的错误，将造成信息的混乱和资源的浪费。

需要指出的是，首读率与误码率这两个指标在同一识读设备中是一对矛盾，当条码符号的质量确定时，要降低误码率，需加强译码算法，尽可能排除可疑字符，必然导致首读率的降低。当系统的性能达到一定程度后，要想在进一步提高首读率的同时降低误码率是不可能的，但可以牺牲一个指标而使另一个指标达到更高的要求。

（4）分辨率

扫描器的分辨率是指扫描器在识读条码符号时，能够分辨出的条(或空)•宽度的最小值。对于激光式扫描器而言，它与扫描光点（扫描系统的光信号的采集点）的尺寸有关。扫描光点尺寸的大小则是由扫描器光学系统的聚焦能力决定的，聚焦能力越强，所形成的光点尺寸越小，则扫描器的分辨率越高。对于CCD 扫描器而言，如果要提高其分辨率，必须增加成像处CCD 元件的单位元素数量。

需要说明的是，条码扫描器的分辨率并非越高越好，在能够保证准确识读的情况下，并不需要把分辨率做得太高，若过分强调分辨率，一方面会增加设备成本，另一方面必然造成扫描器对印刷缺陷敏感程度的提高。