第二章5条码识读.ppt

1、第二章 条码技术 条码的识读,条码识读原理,条形码识读的基本工作原理： 光源发光 照射到条码符号上 光反射 光电转换器接收并进行光电转换产生模拟电信号 信号经过放大、滤波、整形，形成方波信号 译码器译码 数字信号。 光信号 模拟电信号 数字信号,条码识读的基本工作原理,条码识读原理,条码识读的基本工作原理,矩阵码识读的基本工作原理:,在条码识读机具中被广泛使用的另一项技术是光学成像数字化技术。其基本原理是通过光学透镜成像在半导体传感器上，在通过模拟/数字转化（传统的CCD技术）或直接数字化（CMOS技术）输出图像数据。CMOS将采集到的图像数据送到嵌入式计算机系统处理。处理的内容包括图像处理、

2、解码、纠错、译码，最后处理结果通过通讯接口（如RS232）送往PC机。,条码识读原理,条码识读的基本工作原理,矩阵码识读的基本工作原理:,条码识读原理,条码识读的基本工作原理,矩阵码识读的基本工作原理:,条码识读原理,条码识读系统的组成,接口 电 路,条形码识读系统是由扫描系统、信号整形、译码三部分组成。,条码识读原理,条码识读系统的组成,条形码识读系统是由扫描系统、信号整形、译码三部分组成。,条码识读原理,条码识读系统的组成,条形码识读系统是由扫描系统、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

3、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。,条码识读原理,条码识读系统的组成,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。,条码识读原理,条码识读系统的组成,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

4、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。,条码识读原理,条码识读系统的组成,（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。,条码识读原理,条码识读系统的组成,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630纳米附近的红光而言， 条码扫描器的扫描光源应该含有较大的红光

5、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。,条码识读原理,条码识读系统的组成,光源,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。,条码识读原理,条码识读系统的组成,光源,半导体发光二极管半导体发光二极管实际上就是一个由型半导体和型半导体组合而成的二极管。当在结上施加正向电压时发光二极管就发出光来。,条码识读原理,条码识读系统的组成,光源,激光器 激光器可分为气体激光器和固体激

6、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。,条码识读原理,条码识读系统的组成,光源,激光器 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

7、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。,条码识读原理,条码识读系统的组成,光电转换接收器,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。,条码识读原理,条码识读系统的组成,放大、整形与计数,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”。,条码识读原理,条码识读系统的组成,放大、整形与计数,条码

8、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。,条码识读原理,条码识读系统的组成,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

9、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。,条码识读原理,条码识读系统的组成,译码,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。,（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。,条码识读原理,条码识读系统的组成,译码,码制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

10、也有其固定的形式。,（3）程序判别,一系列二进制数值,测量条空宽度,码制判定,编码字符集进行判别,条码识读原理,条码识读系统的组成,译码,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。,（3）程序判别,测量条空宽度,一系列二进制数值,码制判定,编码字符集进行判别,条码识读原理,条码识读系统的组成,通信接口,条码识读器的通信接口主要有键盘接口和RS232 。 （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

11、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。,条码识读原理,条码识读系统的组成,通信接口,（2）RS232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。,条码扫描器在传输数据时使用RS232串口通信协议，使用时要先进行必要的设置，如：波特率、数据位长度、有无奇偶校验和停止位等,条码识读原理,条码识读系统的技术参数,首次读出条码符号数量 首读率100 识读条码符号的总数量 错误识别次数 误码率100 识别总次数 不能识别的条码符号数量 拒识率100 条码符号的总数量,条码识读原理,条码识读系统的技术参数,

12、不同的条码应用系统对以上指标的要求不同。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，必然会使操作者感到厌倦，但与拒识相比，后者更严重，它常使数据无法录入，造成再次被原来键盘录入方法替代。对于一个条码应用系统而言，误码率高比首读率低更糟，由误读引起的错误，将造成信息的混乱和资源的浪费。,条码识读原理,条码识读系统的技术参数,扫描器的分辨率 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(空)宽度的最小值。 分辨率与扫描器的扫描光点尺寸有着密切的关系。扫描光点尺寸的大小则是由扫描器光学系统的聚焦能力

13、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。,条码识读原理,条码识读系统的技术参数,扫描器的分辨率,在采用光源照射聚焦光学系统的光电扫描器中，要实现扫描器扫描条码符号所要达到的分辨率，关键在于如何控制光学系统的聚焦能力，使照射到条码符号的光点的直径小于或等于条码符号中最窄元素的尺寸。也就是说，光点的大小决定了光电扫描器的分辨率。 光点的直径也就是扫描器所能达到的分辨率。,条码识读原理,条码识读系统的技术参数,条码扫描器的分辨率并不是越高越好，在能够保证识读的情况下，并不需要把分辨率做得太高，若过分强调分辨率，一是提高设备的成本；,二是必然造成扫描器对印刷缺陷的敏感程度的提

14、高，则条码符号上微小的污点、脱墨等对扫描信号都会产生严重的影响。,条码识读原理,条码识读系统的技术参数,条码识读原理,条码识读系统的技术参数,较为优化的一种选择是：光点直径(椭圆形的光点是指短轴尺寸)为最窄单元宽度值的0.81.0倍。,当扫描光点做得很小时，扫描对印刷缺陷的敏感度很高，造成识读困难。如果扫描光点做得太大，扫描信号就不能反映出条与空的变化，同样造成识读困难，如图（b）所示。,条码识读原理,条码识读系统的技术参数,扫描景深,扫描时，扫描器与被扫描的条码符号之间可保持一定距离范围。这一范围就叫作扫描景深，通常用DOF表示。,扫描景深是非接触式的条码扫描器的一个重要参数，在一定程度上，

15、扫描识读距离的范围和条码符号的最窄元素宽度以及条码其他的质量参数有关。值大，条码印刷的误差小，条码符号条空反差大，该范围相应地会大一些。,条码识读原理,条码识读系统的技术参数,扫描景深,激光扫描器扫描工作距离一般为830英寸（2076cm），有些特殊的手持激光扫描器识读距离能够达到数英尺；CCD扫描器的扫描景深一般为1至2英寸，但出现有新型的CCD扫描器，其识读距离能有扩展到7英寸（17.78cm）。,条码识读原理,条码识读系统的技术参数,扫描频率,扫描频率是指条码扫描器进行多重扫描时每秒的扫描次数。 选择扫描器扫描频率时应充分考虑到扫描图案的复杂程度及被识别的条码符号的运动速度。不同的应用场

16、合对扫描频率的要求不同。,条码识读原理,条码识读系统的技术参数,扫描频率,单向激光扫描的扫描频率一般为40 线s； POS系统用台式激光扫描器(全向扫描)的 扫描频率一般为200 线s。 工业型激光扫描器可达1000 线/s。,条码识读原理,条码识读系统的技术参数,抗镜向反射能力,条码扫描器在扫描条码符号时其探测器接收到的反射光是漫反射光，而不是直接的镜向反射光，方能保证正确识读。 注：为了在各个角度都能对条码符号扫描识读,通常希望深色条与浅色条都具有漫反射特性。 漫反射背底,避免镜面反射条空颜色搭配不当。 在设计扫描器的光学系统时已充分考虑了这一问题。,最好选择那些有较强的抗镜向反射能力的扫

17、描器。,条码识读原理,条码识读系统的技术参数,抗镜向反射能力,在某些场合，会出现直接反射光进入探测器影响正常识读的情况。 例如在条码符号表面加一层覆膜或涂层来保护它，这会给识读增加难度。因为当光束照射条码符号时，覆膜的镜向反射光要比条码符号的漫反射光强得多。如果较强的直接反射光进入接收系统，必然影响正确识读。所以在设计光路系统时应尽量使镜向光远离接收光路。,常用识读设备,以一维条码识读设备为主，包括：激光枪、CCD扫描器、光笔与卡槽和全向扫描平台。,常用识读设备,激光扫描器,激光二级管,激光束,常用识读设备,激光扫描器,激光扫描技术的基本原理是：先由机具产生一束激光（通常是由半导体激光二级管产

18、生），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。,常用识读设备,激光扫描器,激光扫描技术的优点是，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，而且只能识读堆叠式二维码（如PDF417码）和一维码。 另外,激光扫描器的不足之处是条码符号的长度受光学系统的限制，并与扫描器到条码符号的距离有关。,常用识读设备,激光扫描器,4 密尔 （0.1毫米）,常用识读设备,CCD扫描器,这种扫描器主要采用了CCD (Charge Coupled

19、Device)电荷耦合装置。CCD元件是一种电子自动扫描的光电转换器，也叫CCD图像感应器。,常用识读设备,CCD扫描器,条码符号将光路成像在CCD感光器件阵列（光电二极管阵）上，由于条和空的反光强度不同，映在感光器件上，产生的电信号强度也不同，通过扫描电路，把相应的电信号经过放大、整形输出，最后形成与条码符号信息对应的电信号。 为了保证一定的分辨率，光电元件的排列密度要保证条码符号中最窄的元素至少应被2-3个光电元件所覆盖，而排列长度应能够覆盖整个条码符号的像。常见的阵列数有1024、2048、4096等。,常用识读设备,CCD扫描器,CCD扫描器是利用光电耦合（CCD）原理，对条码印刷图案

20、进行成像，然后再译码。它的特点是无任何机械运动部件，性能可靠，寿命长；按元件排列的节距或总长计算，可以进行测长；价格比激光枪便宜；可测条码的长度受限制；景深小。,常用识读设备,CCD扫描器,选择CCD扫描器的两个参数（1）景深。由于CCD的成像原理类似于照相机，如果要加大景深，则相应的要加大透镜，从而使CCD体积过大，不便操作。优秀的CCD应无须紧贴条码即可识读，而且体积适中，操作舒适。 （2）分辨率。如果要提高CCD分辨率，必须增加成像处光敏元件的单位元素。低价CCD一般是512像素 （pixel），识读EAN、UPC等商品条码已经足够，对于别的码制识读就会困难一些。中档CCD以1024pi

21、xel为多，有些甚至达到2048pixe1，能分辨最窄单位元素为0.1mm的条码。,常用识读设备,CCD扫描器,常用识读设备,光笔与卡槽式,光笔属于接触式、固定光束扫描器。在其笔尖附近中含有发光二极管LED作为照明光源，并含有光电探测器。在选择光笔时，要根据应用中的条码符号正确选择光笔的孔径(分辨率)，,分辨率高的光笔的光点尺寸能达到4 密尔（0.1毫米），6密尔属于高分辨率，10密尔属于低分辨率。一般光笔的光点尺寸在0.2毫米左右。,常用识读设备,光笔与卡槽式,光笔的光源有红光和红外光两种，红外光笔擅长于识读被油污弄脏的条码符号。光笔的笔尖容易磨损，一般用蓝宝石笔头，不过，光笔的笔头可以更换

22、。,卡槽式扫描器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。 这种识读其广泛用于时间管理以及考勤系统。它经常和带有液晶显示和数字键盘的终端集成为一体。,常用识读设备,全向激光扫描器,全向扫描指的是标准尺寸的商品条码以任何方向通过扫描器的区域都会被扫描器的某个或某两个扫描线扫过整个条码符号。,这种扫描器一般用于商业超市的收款台，全向扫描器一般有3个到5个扫描方向，每个方向上的扫描线为4个左右，扫描线数一般为20左右，他们有些安装在柜台下面，有的可以安装在柜台侧面。,常用识读设备,全向激光扫描器,这类设备的高端产品为全息式激光扫描器，它用高速

23、旋转的全息盘代替了棱镜状多边转镜扫描。有的扫描线能达到100条，扫描的对焦面达到5个，每个对焦面含有20条扫描线，扫描速度可以高达8000线/秒，,特别适用于传送带上识读不同距离、不同方向的条码符号。这种类型的扫描器对传送带的最大速度要求小的有0.5m/s，高的有4m/s。,数据采集器,把条码识读器和具有数据存储、处理、通信传输功能的手持数据终端设备结合在一起，成为条码数据采集器，简称数据采集器，当人们强调数据处理功能时，往往简称为数据终端。 它具备实时采集、自动存储、即时显示、即时反馈、自动处理、自动传输功能。,数据采集器,它实际上是移动式数据处理终端和某一类型的条码扫描器的集合体。,数据采

24、集器按产品性能分为：手持终端、无线型手持终端、无线掌上电脑、无线网络设备。,数据采集器,数据采集器与扫描设备的异同点,普通的扫描设备扫描条码后，经过接口电路直接将数据传送给PC机； 数据采集器扫描条码后，先将数据存储起来，根据需要再经过接口电路批处理数据，也可以通过无线局域网或GPRS或广域网相联，实时传送和处理数据。,数据采集器是具有现场实时数据采集、处理功能的自动化设备。数据采集器随机提供可视化编程环境。,数据采集器,数据采集器的环境性能要求,由于数据采集器大都在室外使用，周围的湿度、温度等环境因素对手持终端的操作影响比较大。尤其是液晶屏幕、RAM芯片等关键部件，低温、高温特性都受限制。

25、因此用户要根据自身的使用环境情况选择手持终端产品。,抗震、抗摔性能也是手持终端产品另一项操作性能指标。作为便携使用的数据采集产品，操作者无意间的失手跌落是难免的。因而手持终端要具备一定的抗震、抗摔性。 目前大多数产品能够满足1m 以上的跌落高度。,数据采集器,数据采集器主要技术指标,以CASIO-DT800数据采集器主要技术指标为例,数据采集器,便携式数据采集器,便携式数据采集器，也称为 便携式数据采集终端（Portable Data Terminal，PDT） 或手持终端(Hand-hold Terminal，HT)。 便携式数据采集器是为适应一些现场数据采集和扫描笨重物体的条码符号而设计的

26、，适合于脱机使用的场合。识读时，与在线式数据采集器相反，它是将扫描器带到物体的条码符号前扫描。,数据采集器,便携式数据采集器,便携式数据采集器是集激光扫描、汉字显示、数据采集、数据处理、数据通讯等功能于一体的高科技产品，它相当于一台小型的计算机 。 硬件上具有计算机设备的基本配置：CPU、内存、依靠电池供电、各种外设接口；软件上具有计算机运行的基本要求：操作系统；可以编程的开发平台；独立的应用程序。,数据采集器,便携式数据采集器,硬件特点,CPU处理器：采用32bit RISC 结构的CPU芯片。 手持终端内存：目前大多数产品采用 FLASH-ROM+RAM型内存。 功耗：包括条码扫描设备的功耗、显示屏 的功耗、CPU的功耗等。,数据采集器,便携式数据采集器,硬件特点,输入设备：包括条码扫描输入、 键盘输入两种方式。 显示输出：目前的数据采集器大都具备大屏液晶显示屏。目前高档的便携式数据采集器都具有串口、红外线通讯口等几种方式。 外围设备驱动能力。包括：串并口打印机、调