摘要： 本文介紹了一種工程實(shí)用條碼掃描器硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。該掃描器能快速掃描一維或二維條碼，同時還具有本地顯示、存儲信息、對外進(jìn)行無線通訊等功能。
關(guān)鍵詞： 條形碼；無線傳輸；mPSD3254BV單片機(jī)

在當(dāng)今工業(yè)社會向信息社會，工業(yè)經(jīng)濟(jì)向知識經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中，自動識別技術(shù)正發(fā)揮著越來越重要的作用。在需要物品識別，數(shù)據(jù)掃描，信息登陸的業(yè)務(wù)領(lǐng)域，使用自動識別技術(shù)，可提高對物品及相關(guān)信息進(jìn)行管理的效率和可靠性。條碼數(shù)據(jù)掃描器正是為此設(shè)計(jì)的。

本無線掃描器以單片機(jī)mPSD3254BV 為核心，通過掃描子系統(tǒng)可以掃描一維或二維條型碼，鍵盤和顯示系統(tǒng)方便用戶進(jìn)行人機(jī)交流，無線傳送模塊可以將現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到其它設(shè)備，同時本掃描器也能存儲上萬條數(shù)據(jù)信息，整個系統(tǒng)采用鋰電池供電，可以連續(xù)工作40小時，當(dāng)采集數(shù)據(jù)異常狀態(tài)時，系統(tǒng)會自動蜂鳴，振動提醒用戶。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1如示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
　　
硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的主控制芯片選用SoC單片機(jī)mPSD3254BV。mPSD3200單片機(jī)是ST公司將51內(nèi)核與PSD(可編程系統(tǒng)器件)模塊組合在一起的一款典型的SoC芯片。它在一塊芯片中集成了8052的內(nèi)核，擴(kuò)展了I/O端口PA~PD,增加了I2C、USB、PWM、ADC等功能部件和二個UART接口，還增加了PLD(可編程邏輯器件)的功能；同時片內(nèi)包括兩塊大容量的FLASH存儲塊和SRAM存儲器，并可根據(jù)實(shí)際需要將其配置為數(shù)據(jù)存儲器或者程序存儲器來使用。

電源模塊

電源模塊由兩部分組成，1AH的鋰電池和電源穩(wěn)壓芯片MAX604。MAX604芯片是一種低壓差、低功耗線性穩(wěn)壓器，用來保證系統(tǒng)工作電壓的穩(wěn)定。鋰電池隨著使用時間的增加，電量將會逐漸降低，不能有效保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作。因此在鋰電池后端加一片MAX604，電壓始終穩(wěn)定在3.3V。

MAX604芯片上的OFF端，可以用來控制穩(wěn)壓芯片是否輸出電壓。當(dāng)OFF端上是高電平“1”時，該模塊就有輸出電壓；當(dāng)OFF端上是低電平“0”時，該模塊就無輸出電壓。本系統(tǒng)利用這一個特性，實(shí)現(xiàn)電源的開關(guān)和休眠的喚醒。其硬件原理圖如圖2所示。

圖2 電源控制電路

充電模塊

充電模塊是用來在電池的電量不足的情況下，及時的對電池進(jìn)行充電。

鋰電池的電量參數(shù)為：正常情況下電壓是3.6V，電壓低于2.5V時，就要對電池進(jìn)行充電，充電最高電壓可以達(dá)到4.1V。在系統(tǒng)中要實(shí)時檢測電池電壓，當(dāng)電池電壓過低時，能及時提醒用戶充電，以防止電池電壓過低繼續(xù)使用時，損壞電池。本設(shè)計(jì)采用LM317元件構(gòu)成恒流源充電方式的電路，在充電過程實(shí)時檢測電池電壓，當(dāng)電池充滿時，能自動切斷電源，以防止電池過充而損壞。充電電源的開關(guān)采用MOS管控制，從而避免了用繼電器開關(guān)時火花的產(chǎn)生，使掃描器達(dá)到防爆設(shè)計(jì)的要求。

無線數(shù)據(jù)傳輸模塊

無線傳輸模塊采用STR-11微功率無線數(shù)據(jù)傳輸模塊。該無線模塊具有接收發(fā)射合一、體積小、外圍器件少，內(nèi)置天線,可直接與MCU串口相接等優(yōu)點(diǎn)，本掃描器使用了mPSD3200單片機(jī)的一個TTL串行口直接控制這一無線傳輸模塊，平時該模塊處于休眠狀態(tài)，當(dāng)有無線傳送請求時，單片機(jī)用一個IO信號將其激活，響應(yīng)無線傳送請求。

條碼掃描模塊

系統(tǒng)選擇的條碼掃描器件是SE-923 II類激光掃描引擎。該掃描引擎體積小、重量輕、亮度明亮、掃描速度最快。該激光掃描器具有功耗低、掃描速度快、精度高、自動識別等一維條碼標(biāo)致等特點(diǎn)。

本掃描器使用了mPSD3200單片機(jī)用的另一個TTL串行口直接與掃描模塊通訊，用戶通過按鍵來觸發(fā)掃描，掃描模塊把一維或二維碼的信息通過串口發(fā)到單片機(jī)。掃描模塊在掃描不成功時給單片機(jī)發(fā)送錯誤的聲音提示；在長時間不進(jìn)行掃描時，掃描模塊自動轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)，以減少功耗。

鍵盤輸入模塊

本掃描器共設(shè)計(jì)28個按鍵；將mPSD3200單片機(jī)的PA，PB口設(shè)置成普通的I/O接口以構(gòu)成一個行列式鍵盤矩陣。將PA0~6設(shè)置為七根列線，PB0~3設(shè)置為四根行線，并將PA7設(shè)置成邏輯輸入。用PA7口來檢測列線上是否有鍵按下。當(dāng)檢測到有鍵按下時，PA7向CPU申請中斷，由CPU來判斷具體是哪個鍵。具體電路如圖3所示。

圖3 鍵盤控制電路

LCD顯示模塊

本掃描器顯示液晶屏采用KS0741芯片，該芯片本身自帶驅(qū)動模塊，驅(qū)動模塊與CPU的接口有串行或并行兩種控制方式，本掃描器采用并行控制方式。該液晶屏功耗較低，工作電流僅為毫安級。它可以顯示文字與圖片，該液晶屏最多可以顯示8×16個漢字。能為用戶顯示各種信息。

報(bào)警提示模塊

報(bào)警提示模塊主要負(fù)責(zé)掃描器的聲音與振動提示。當(dāng)條型碼掃描器掃描結(jié)束或出錯時，掃描器會給出相應(yīng)的聲音或振動提示。發(fā)聲器件采用壓電式蜂鳴器，該蜂鳴器采用推挽式電路驅(qū)動，當(dāng)加載不同頻率的方波時，能發(fā)出不同的聲音。振動器件是采用紐扣式電機(jī)，該電機(jī)采用三極管驅(qū)動，當(dāng)三極管導(dǎo)通時紐扣式電機(jī)振動，從而能在聲音嘈雜的環(huán)境下通過掃描器的振動來提示用戶。

結(jié)語

本掃描器系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)已通過測試，將掃描器與相應(yīng)的系統(tǒng)軟件程序配合運(yùn)行，即可實(shí)現(xiàn)條碼掃描、數(shù)據(jù)無線傳送、按鍵輸入、LCD顯示和報(bào)警提示等功能。

本掃描器不僅可以本地存儲上萬條信息，還可以通過無線傳輸或RS-232串行口與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊，方便了用戶對信息進(jìn)行數(shù)據(jù)管理的要求。

參考文獻(xiàn)：
1.  金之城、李德領(lǐng)、馬潮，mPSD32XX高速SOC51單片機(jī)原理及應(yīng)用，清華大學(xué)出版社，2005.1-52
2.  吳少軍、劉光斌，實(shí)用低功耗設(shè)計(jì)，人民郵電出版社 2003，33-91