1 引 言

條碼技術是自動識別技術中最成熟，也是應用最廣泛和最成功的技術。條碼技術為快速準確的數據采集、數據錄入提供了有效、可靠的手段，他與計算機、網絡通訊等一起構成了現(xiàn)代商業(yè)自動化的基礎。條碼符號制作容易，掃描操作簡單易行，信息采集速度快，采集信息量大，設備結構簡單，成本低。因此在大型超市和物流系統(tǒng)中有著廣泛的運用。

傳統(tǒng)的在線采集終端與計算機之間由電纜連接傳輸數據，不能脫機使用。因此，在線式數據采集終端必須安裝在固定的位置，并且需把帶條碼符號的物品拿到掃描器前閱讀。由于在線式數據采集終端在使用距離上有一定的限制，使其不能應用在需要脫機使用的場合，如較大新庫存盤點，大件物品的掃描等。為了彌補在線式數據采集終端的不足之處，無線數據采集終端應運而生。而目前市面上的無線條碼掃描儀傳輸距離一般為30～100m的范圍內。本系統(tǒng)所設計的基于嵌入式的無線條碼掃描儀，傳送距離可達800 m，并且系統(tǒng)本身具有一定的數據處理功能，很大程度上提高了無線條碼掃描的距離，增強了系統(tǒng)的功能。

2 系統(tǒng)設計

整個嵌入式無線條碼掃描系統(tǒng)由3部分組成，一是數據采集與發(fā)射裝置，主要由LPC2142和ADF7020無線收發(fā)芯片構成；二是數據接收和終端接口電路，由ADF7020為核心構成的接收電路，并由LPC2142進行數據處理和與終端主機進行數據傳輸；三是HOST主機數據庫管理系統(tǒng)，對收集到的條碼數據進行管理。

2.1 系統(tǒng)硬件構成

系統(tǒng)總體結構框圖如圖1所示。

系統(tǒng)工作原理如下：條碼掃描儀讀取條碼信息，通過條碼掃描儀自帶的USB接口，和嵌入式接收裝置連接并傳輸數據。LPC2142將接收的數據通過串口送給ADF7020，ADF7020再通過無線網絡發(fā)給無線接收設備。與HOST連接的無線接收裝置接收到數據后，將數據通過串口傳到HOST主機，由主機上的應用數據系統(tǒng)對數據進行處理。

2.2 主要芯片介紹

本系統(tǒng)所使用的主要芯片分別是PHILIPS公司的LPC2142 ARM嵌入式芯片和ADI公司ADF7020無線收發(fā)芯片。

2.2.1 LPC2142芯片介紹

LPC2142是基于一個支持實時仿真和嵌入式跟蹤的32／16位ARM7TDMI—S CPU的微控制器，并帶有32kB和512 kB嵌入的高速FLASH存儲器。128位寬的存儲器接口和獨特的加速結構使32位代碼能夠在最大時鐘速率下運行。對代碼規(guī)模有嚴格控制的應用可使用16 位Thumb模式將代碼規(guī)模降低超過30％，而性能的損失卻很小。

較小的封裝和很低的功耗使LPC2142特別適用于訪問控制POS機等小型應用中；由于內置了寬范圍的串行通信接口（從USB 2.0全速器件、多個UART，SPI，SSP到I2C總線）和8～40kB的片內SRAM，他們也非常適合于通信網關、協(xié)議轉換器、軟Modem、語音識別、低端成像，為這些應用提供大規(guī)模的緩沖區(qū)和強大的處理功能。多個32位定時器、1個或2個10位ADC，10位DAC，PWM通道、45個高速 GPIO以及多達9個邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷管腳，使他們特別適用于工業(yè)控制和醫(yī)療系統(tǒng)。LPC2142是屬于工業(yè)級的應用芯片，其工作溫度為 -40～+85℃，具有最優(yōu)化的電池消耗，特別適合運用在小型手持系統(tǒng)之中。

在本系統(tǒng)運用中，LPC2142起到2個作用，在數據采集與發(fā)射裝置端，其作用是通過接口電路，接收條碼掃描儀的掃描信息，并將其存儲在自帶的存儲器中，最后數據傳送到發(fā)射模塊。在數據接收和終端接口電路端，他的作用是接收從接收模塊輸送來的數據，并通過其接口電路將數據傳輸到終端主機。

2.2.2 ADF7020芯片介紹

ADF7020是ADI公司的產品，是一種低功耗，低IFISM頻段收發(fā)器，工作在433 MHz，868 MHz和915 MHz，電壓2.3～3.6 V，可編輸出功率從-16～13 dBm，1 kb／sFSK模式的接收靈敏度為-117.5 dBm或9.6 kb／s的-110.5 dBm，接收模式的功率為20 mA，10 dBm輸出的發(fā)送模式的功率為30 mA，其他特性包括VCO，分數N PLL，片內7位ADC，數字接收信號強度指示（RSSI），溫度傳感器以及全自動AFC回路，關斷模式的電流小于1μA，在信號良好的情況下，傳輸距離可達800 m。在低成本數據傳輸器，遙控／安全系統(tǒng)，無線測量和無鍵盤輸入方面有很大的應用前景。

在本系統(tǒng)中，ADF7020是無線數據通信模塊的主要芯片，利用芯片本身集成的射頻、濾波、放大、數字信號處理的模塊，搭建收發(fā)一體的無線通信模塊。由于芯片無線通信距離遠及其高度的集成化，使得無線模塊電路設計簡單，調試方便，系統(tǒng)工作也更穩(wěn)定。

2.3 主要電路介紹

本系統(tǒng)硬件電路分為3個部分：條碼掃描儀和LPC2142之間的數據傳輸接口；數據無線收發(fā)電路；LPC2142和終端主機之間的接口電路，本系統(tǒng)采用串口與主機進行數據通訊。

主要電路的設計介紹如下：

2.3.1 條碼接收電路

目前絕大多數條碼掃描儀的數據接口有USB和串口2種形式，USB接口數據傳輸速度快和安裝簡單的優(yōu)點。在系統(tǒng)設計中，我們采用USB接口的掃描儀。條碼掃描儀讀取條碼信息后，通過USB將條碼信息傳送入LPC2142，LPC2142接收到條碼信息后，驅動無線模塊將數據發(fā)送出去。

LPC2142帶有USB設備控制器，他由寄存器接口、串行接口引擎、端點緩沖存儲器和DMA控制器組成。串行接口引擎對USB數據流進行譯碼，并將數據寫入相應的端點緩沖存儲器。通過該控制器直接與USB接口的設備相連，其連接電路圖2所示。

2.3.2 無線收發(fā)模塊電路

ADF7020芯片集成了完整的無線收發(fā)電路。在接收模式下，相當于一個傳統(tǒng)的超外差接收器，RF（射頻）輸入信號通過從RFIN管腳引出的天線，經LNA（低噪聲放大器）放大后翻轉進入混頻器，通過混頻器混頻產生IF（中頻）信號。在IF處理階段，該信號在送入解調器前被放大和濾波。解調后從引腳DATA I／O輸出解調數字信號，解調信號的同步由芯片提供的時鐘信號完成。

ADF7020芯片自帶SDATA、DATAI／O兩個串行接口實現(xiàn)數據收發(fā)功能，能夠與多種單片機（MSC51，ARM，AVR，PIC等） 直接兼容連接。在本系統(tǒng)中，LPC2142和ADF7020無線收發(fā)模塊之間通過串口相連，采用SP3232E芯片進行RS232電平轉換。具體電路如圖 3所示。

3 系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)軟件設計包括USB的驅動和基于USB的數據傳輸，無線數據的收發(fā)，終端主機上數據庫應用程序的開發(fā)。

3.1 USB的驅動和基于USB的數據傳輸

本系統(tǒng)的USB通信采用標準USB2.O協(xié)議，與USB控制器之間12 Mb／s的數據傳輸。該軟件編程是用C語言實現(xiàn)的，通信過程主要包括2部分：并口數據的采集和初始化。

并口數據的采集是通過輪詢的方式來進行的。在系統(tǒng)上電后，LPC2142掃描USB端口，當條碼掃描儀準備工作，發(fā)送請求接收數據信號時，LPC2142接收到信號后，則從條碼掃描儀的數據端口將并口數據讀出。利用LPC2142芯片自帶的串行接口引擎對USB數據流進行譯碼，并將數據寫入相應的端點緩沖存儲器。在從條碼掃描儀向LPC2142進行數據傳輸過程中，LPC2142向條碼掃描儀發(fā)送一個IN令牌，在條碼掃描儀接收到令牌后對數據進行響應。

初始化過程分2部分：ARM芯片的初始化和條碼掃描儀的初始化。ARM芯片的初始化過程就是直接向相應的I／O口寫初始化值及設置看門狗，調用函數watchdog_init（）實現(xiàn)設置看門狗。條碼掃描儀的初始化包含以下一些步驟：獲取設備描述符、設置條碼掃描儀USB地址、獲取配置描述符、加載USB配置值、發(fā)送數據接收符。

3.2 無線數據的收發(fā)

無線數據收發(fā)軟件設計，首先是在LPC2142接收到條碼掃描儀發(fā)送的數據后，發(fā)送一個信號給無線發(fā)送模塊，兩模塊之間的連接是采用RS 232轉接器來實現(xiàn)，在接收到LPC2142的發(fā)送信號后，無線模塊返回接收信號，并打開RS 232轉接器，LPC2142接收到信號后，發(fā)送數據到收發(fā)模塊，收發(fā)模塊具有接收和發(fā)送的功能，在軟件的控制下實現(xiàn)數據收發(fā)。

3.3 數據庫應用程序

本系統(tǒng)可為中、小型規(guī)模企業(yè)用戶提供完整的庫存業(yè)務管理和物料管理方案。他能徹底改善企業(yè)庫房管理不暢、貨物調配不及時、庫存查詢繁瑣、庫管人員太忙等不良工作狀況。本系統(tǒng)數據庫系統(tǒng)包含：基礎檔案、系統(tǒng)管理、庫存業(yè)務管理、綜合查詢等模塊。具體框圖如圖4所示。

4 結語

本文提出了一種基于嵌入式無線條碼掃描儀的方案，并提出由ADF7020芯片構成的無線收發(fā)模塊。系統(tǒng)能保證遠距離數據通訊的可靠性，具有功能齊全、系統(tǒng)擴展靈活、性能／價格比高等特點。以嵌入式為基礎的無線條碼掃描儀系統(tǒng)，具有很大的實現(xiàn)性，在倉管、超市、圖書、郵件等物品流通行業(yè)更有其優(yōu)勢。