基于嵌入式的無線條碼掃描儀系統(tǒng)的設計

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(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)錄入提供了有效、可靠的手段，他與計算機、網(wǎng)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(shù)據(jù)，不能脫機使用。因此，在線式數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)采集終端的不足之處，無線數(shù)據(jù)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(nèi)。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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)處理和與終端主機進行數(shù)據(jù)傳輸；三是HOST主機數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，對收集到的條碼數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。LPC2142將接收的數(shù)據(jù)通過串口送給ADF7020，ADF7020再通過無線網(wǎng)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(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)通過串口傳到HOST主機，由主機上的應用數(shù)據(jù)系統(tǒng)對數(shù)據(jù)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(nèi)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(nèi)SRAM，他們也非常適合于通信網(wǎng)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)傳送到發(fā)射模塊。在數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，并通過其接口電路將數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇K端主機。

2.2.2 ADF7020芯片介紹

ADF7020是ADI公司的產(chǎn)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(shù)N PLL，片內(nèi)7位ADC，數(shù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)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(diào)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(shù)據(jù)傳輸接口；數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)條碼掃描儀的數(shù)據(jù)接口有USB和串口2種形式，USB接口數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)流進行譯碼，并將數(shù)據(jù)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。