专用条形码无线扫描器设计

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。
关键词： 条形码；无线传输；mPSD3254BV单片机

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。

本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