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专用条形码无线扫描器设计

2011-01-21   来源:电子产品世界   作者:江苏工业学院 计算机科学与工程系 郑剑锋 李瑾 凡东青   点击:540
摘要:本文介绍了一种工程实用条码扫描器硬件系统设计。该扫描器能快速扫描一维或二维条码,同时还具有本地显示、存储信息、对外进行无线通讯等功能。

在当今工业社会向信息社会,工业经济向知识经济发展过程中,自动识别技术正发挥着越来越重要的作用。在需要物品识别,数据扫描,信息登陆的业务领域,使用自动识别技术,可提高对物品及相关信息进行管理的效率和可靠性。条码数据扫描器正是为此设计的。

无线扫描器以单片机mPSD3254BV 为核心,通过扫描子系统可以扫描一维或二维条型码,键盘和显示系统方便用户进行人机交流,无线传送模块可以将现场采集到的数据发送到其它设备,同时本扫描器也能存储上万条数据信息,整个系统采用锂电池供电,可以连续工作40小时,当采集数据异常状态时,系统会自动蜂鸣,振动提醒用户。系统结构如图1如示。

图1 系统结构框图
  
硬件设计

系统的主控制芯片选用SoC单片机mPSD3254BV。mPSD3200单片机是ST公司将51内核与PSD(可编程系统器件)模块组合在一起的一款典型的SoC芯片。它在一块芯片中集成了8052的内核,扩展了I/O端口PA~PD,增加了I2C、USB、PWM、ADC等功能部件和二个UART接口,还增加了PLD(可编程逻辑器件)的功能;同时片内包括两块大容量的FLASH存储块和SRAM存储器,并可根据实际需要将其配置为数据存储器或者程序存储器来使用。

电源模块

电源模块由两部分组成,1AH的锂电池和电源稳压芯片MAX604。MAX604芯片是一种低压差、低功耗线性稳压器,用来保证系统工作电压的稳定。锂电池随着使用时间的增加,电量将会逐渐降低,不能有效保证系统稳定工作。因此在锂电池后端加一片MAX604,电压始终稳定在3.3V。

MAX604芯片上的OFF端,可以用来控制稳压芯片是否输出电压。当OFF端上是高电平“1”时,该模块就有输出电压;当OFF端上是低电平“0”时,该模块就无输出电压。本系统利用这一个特性,实现电源的开关和休眠的唤醒。其硬件原理图如图2所示。

图2 电源控制电路

充电模块

充电模块是用来在电池的电量不足的情况下,及时的对电池进行充电。

锂电池的电量参数为:正常情况下电压是3.6V,电压低于2.5V时,就要对电池进行充电,充电最高电压可以达到4.1V。在系统中要实时检测电池电压,当电池电压过低时,能及时提醒用户充电,以防止电池电压过低继续使用时,损坏电池。本设计采用LM317元件构成恒流源充电方式的电路,在充电过程实时检测电池电压,当电池充满时,能自动切断电源,以防止电池过充而损坏。充电电源的开关采用MOS管控制,从而避免了用继电器开关时火花的产生,使扫描器达到防爆设计的要求。

无线数据传输模块

无线传输模块采用STR-11微功率无线数据传输模块。该无线模块具有接收发射合一、体积小、外围器件少,内置天线,可直接与MCU串口相接等优点,本扫描器使用了mPSD3200单片机的一个TTL串行口直接控制这一无线传输模块,平时该模块处于休眠状态,当有无线传送请求时,单片机用一个IO信号将其激活,响应无线传送请求。

条码扫描模块

系统选择的条码扫描器件是SE-923 II类激光扫描引擎。该扫描引擎体积小、重量轻、亮度明亮、扫描速度最快。该激光扫描器具有功耗低、扫描速度快、精度高、自动识别等一维条码标致等特点。

本扫描器使用了mPSD3200单片机用的另一个TTL串行口直接与扫描模块通讯,用户通过按键来触发扫描,扫描模块把一维或二维码的信息通过串口发到单片机。扫描模块在扫描不成功时给单片机发送错误的声音提示;在长时间不进行扫描时,扫描模块自动转入休眠状态,以减少功耗。

键盘输入模块

本扫描器共设计28个按键;将mPSD3200单片机的PA,PB口设置成普通的I/O接口以构成一个行列式键盘矩阵。将PA0~6设置为七根列线,PB0~3设置为四根行线,并将PA7设置成逻辑输入。用PA7口来检测列线上是否有键按下。当检测到有键按下时,PA7向CPU申请中断,由CPU来判断具体是哪个键。具体电路如图3所示。

图3 键盘控制电路

LCD显示模块

本扫描器显示液晶屏采用KS0741芯片,该芯片本身自带驱动模块,驱动模块与CPU的接口有串行或并行两种控制方式,本扫描器采用并行控制方式。该液晶屏功耗较低,工作电流仅为毫安级。它可以显示文字与图片,该液晶屏最多可以显示8×16个汉字。能为用户显示各种信息。

报警提示模块

报警提示模块主要负责扫描器的声音与振动提示。当条型码扫描器扫描结束或出错时,扫描器会给出相应的声音或振动提示。发声器件采用压电式蜂鸣器,该蜂鸣器采用推挽式电路驱动,当加载不同频率的方波时,能发出不同的声音。振动器件是采用纽扣式电机,该电机采用三极管驱动,当三极管导通时纽扣式电机振动,从而能在声音嘈杂的环境下通过扫描器的振动来提示用户。

结语

本扫描器系统硬件设计已通过测试,将扫描器与相应的系统软件程序配合运行,即可实现条码扫描、数据无线传送、按键输入、LCD显示和报警提示等功能。

本扫描器不仅可以本地存储上万条信息,还可以通过无线传输或RS-232串行口与计算机进行通讯,方便了用户对信息进行数据管理的要求。

参考文献:
1.  金之城、李德领、马潮,mPSD32XX高速SOC51单片机原理及应用,清华大学出版社,2005.1-52
2.  吴少军、刘光斌,实用低功耗设计,人民邮电出版社 2003,33-91

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