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标题: 基于嵌入式的无线条码扫描仪系统的设计 [打印本页]

作者: admin 时间: 2014-10-12 15:36
标题: 基于嵌入式的无线条码扫描仪系统的设计
1 引言
　　条码技术是自动识别技术中最成熟，也是应用最广泛和最成功的技术。条码技术为快速准确的数据采集、数据录入提供了有效、可靠的手段，他与计算机、网络通讯等一起构成了现代商业自动化的基础。条码符号制作容易，扫描操作简单易行，信息采集速度快，采集信息量大，设备结构简单，成本低。因此在大型超市和物流系统中有着广泛的运用。
　　传统的在线采集终端与计算机之间由电缆连接传输数据，不能脱机使用。因此，在线式数据采集终端必须安装在固定的位置，并且需把带条码符号的物品拿到扫描器前阅读。由于在线式数据采集终端在使用距离上有一定的限制，使其不能应用在需要脱机使用的场合，如较大新库存盘点，大件物品的扫描等。为了弥补在线式数据采集终端的不足之处，无线数据采集终端应运而生。而目前市面上的无线条码扫描仪传输距离一般为30～100m的范围内。本系统所设计的基于嵌入式的无线条码扫描仪，传送距离可达800 m，并且系统本身具有一定的数据处理功能，很大程度上提高了无线条码扫描的距离，增强了系统的功能。
　　2 系统设计
　　整个嵌入式无线条码扫描系统由3部分组成，一是数据采集与发射装置，主要由LPC2142和ADF7020无线收发芯片构成；二是数据接收和终端接口电路，由ADF7020为核心构成的接收电路，并由LPC2142进行数据处理和与终端主机进行数据传输；三是HOST主机数据库管理系统，对收集到的条码数据进行管理。
　　2．1 系统硬件构成

　　系统总体结构框图如图1所示。
　　系统工作原理如下：条码扫描仪读取条码信息，通过条码扫描仪自带的USB接口，和嵌入式接收装置连接并传输数据。LPC2142将接收的数据通过串口送给ADF7020，ADF7020再通过无线网络发给无线接收设备。与HOST连接的无线接收装置接收到数据后，将数据通过串口传到HOST主机，由主机上的应用数据系统对数据进行处理。
　　2．2 主要芯片介绍
　　本系统所使用的主要芯片分别是PHILIPS公司的LPC2142 ARM嵌入式芯片和ADI公司ADF7020无线收发芯片。
　　2．2．1 LPC2142芯片介绍
　　LPC2142是基于一个支持实时仿真和嵌入式跟踪的32／16位ARM7TDMI—S CPU的微控制器，并带有32kB和512 kB嵌入的高速FLASH存储器。128位宽的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟速率下运行。对代码规模有严格控制的应用可使用16位Thumb模式将代码规模降低超过30％，而性能的损失却很小。
　　较小的封装和很低的功耗使LPC2142特别适用于访问控制POS机等小型应用中；由于内置了宽范围的串行通信接口(从USB 2．0全速器件、多个UART，SPI，SSP到I2C总线)和8～40kB的片内SRAM，他们也非常适合于通信网关、协议转换器、软Modem、语音识别、低端成像，为这些应用提供大规模的缓冲区和强大的处理功能。多个32位定时器、1个或2个10位ADC，10位DAC，，PWM通道、45个高速GPIO以及多达9个边沿或电平触发的外部中断管脚，使他们特别适用于工业控制和医疗系统。LPC2142是属于工业级的应用芯片，其工作温度为-40～+85℃，具有最优化的电池消耗，特别适合运用在小型手持系统之中。
　　在本系统运用中，LPC2142起到2个作用，在数据采集与发射装置端，其作用是通过接口电路，接收条码扫描仪的扫描信息，并将其存储在自带的存储器中，最后数据传送到发射模块。在数据接收和终端接口电路端，他的作用是接收从接收模块输送来的数据，并通过其接口电路将数据传输到终端主机。
　　2．2．2 ADF7020芯片介绍
　　ADF7020是ADI公司的产品，是一种低功耗，低IFISM频段收发器，工作在433 MHz，868 MHz和915 MHz，电压2．3～3．6 V，可编输出功率从-16～13 dBm，1 kb／sFSK模式的接收灵敏度为-117．5 dBm或9．6 kb／s的-110．5 dBm，接收模式的功率为20 mA，10 dBm输出的发送模式的功率为30 mA，其他特性包括VCO，分数N PLL，片内7位ADC，数字接收信号强度指示(RSSI)，温度传感器以及全自动AFC回路，关断模式的电流小于1μA，在信号良好的情况下，传输距离可达800 m。在低成本数据传输器，遥控／安全系统，无线测量和无键盘输入方面有很大的应用前景。
　　在本系统中，ADF7020是无线数据通信模块的主要芯片，利用芯片本身集成的射频、滤波、放大、数字信号处理的模块，搭建收发一体的无线通信模块。由于芯片无线通信距离远及其高度的集成化，使得无线模块电路设计简单，调试方便，系统工作也更稳定。
　 2．3 主要电路介绍
　　本系统硬件电路分为3个部分：条码扫描仪和LPC2142之间的数据传输接口；数据无线收发电路；LPC2142和终端主机之间的接口电路，本系统采用串口与主机进行数据通讯。
　　主要电路的设计介绍如下：
　　2．3．1 条码接收电路
　　目前绝大多数条码扫描仪的数据接口有USB和串口2种形式，USB接口数据传输速度快和安装简单的优点。在系统设计中，我们采用USB接口的扫描仪。条码扫描仪读取条码信息后，通过USB将条码信息传送入LPC2142，LPC2142接收到条码信息后，驱动无线模块将数据发送出去。
　　LPC2142带有USB设备控制器，他由寄存器接口、串行接口引擎、端点缓冲存储器和DMA控制器组成。串行接口引擎对USB数据流进行译码，并将数据写入相应的端点缓冲存储器。通过该控制器直接与USB接口的设备相连，其连接电路图2所示。

　　2．3．2 无线收发模块电路
　　ADF7020芯片集成了完整的无线收发电路。在接收模式下，相当于一个传统的超外差接收器，RF(射频)输入信号通过从RFIN管脚引出的天线，经LNA(低噪声放大器)放大后翻转进入混频器，通过混频器混频产生IF(中频)信号。在IF处理阶段，该信号在送入解调器前被放大和滤波。解调后从引脚DATA I／O输出解调数字信号，解调信号的同步由芯片提供的时钟信号完成。
　　ADF7020芯片自带SDATA、DATAI／O两个串行接口实现数据收发功能，能够与多种单片机(MSC51，ARM，AVR，PIC等)直接兼容连接。在本系统中，LPC2142和ADF7020无线收发模块之间通过串口相连，采用SP3232E芯片进行RS232电平转换。具体电路如图3所示。

　　3 系统软件设计
　　系统软件设计包括USB的驱动和基于USB的数据传输，无线数据的收发，终端主机上数据库应用程序的开发。
　　3．1 USB的驱动和基于USB的数据传输
　　本系统的USB通信采用标准USB2．O协议，与USB控制器之间12 Mb／s的数据传输。该软件编程是用C语言实现的，通信过程主要包括2部分：并口数据的采集和初始化。
　　并口数据的采集是通过轮询的方式来进行的。在系统上电后，LPC2142扫描USB端口，当条码扫描仪准备工作，发送请求接收数据信号时，LPC2142接收到信号后，则从条码扫描仪的数据端口将并口数据读出。利用LPC2142芯片自带的串行接口引擎对USB数据流进行译码，并将数据写入相应的端点缓冲存储器。在从条码扫描仪向LPC2142进行数据传输过程中，LPC2142向条码扫描仪发送一个IN令牌，在条码扫描仪接收到令牌后对数据进行响应。
　　初始化过程分2部分：ARM芯片的初始化和条码扫描仪的初始化。ARM芯片的初始化过程就是直接向相应的I／O口写初始化值及设置看门狗，调用函数watchdog_init()实现设置看门狗。条码扫描仪的初始化包含以下一些步骤：获取设备描述符、设置条码扫描仪USB地址、获取配置描述符、加载USB配置值、发送数据接收符。
　　3．2 无线数据的收发
　　无线数据收发软件设计，首先是在LPC2142接收到条码扫描仪发送的数据后，发送一个信号给无线发送模块，两模块之间的连接是采用RS 232转接器来实现，在接收到LPC2142的发送信号后，无线模块返回接收信号，并打开RS 232转接器，LPC2142接收到信号后，发送数据到收发模块，收发模块具有接收和发送的功能，在软件的控制下实现数据收发。
　　3．3 数据库应用程序
　　本系统可为中、小型规模企业用户提供完整的库存业务管理和物料管理方案。他能彻底改善企业库房管理不畅、货物调配不及时、库存查询繁琐、库管人员太忙等不良工作状况。本系统数据库系统包含：基础档案、系统管理、库存业务管理、综合查询等模块。具体框图如图4所示。

　　4 结语
　　本文提出了一种基于嵌入式无线条码扫描仪的方案，并提出由ADF7020芯片构成的无线收发模块。系统能保证远距离数据通讯的可靠性，具有功能齐全、系统扩展灵活、性能／价格比高等特点。以嵌入式为基础的无线条码扫描仪系统，具有很大的实现性，在仓管、超市、图书、邮件等物品流通行业更有其优势。

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