- 5.1.2 条码识读系统的组成
条码符号是图形化的编码符号。对条码符号的识读要借助一定的专用设备，将条码符号中含有的编码信息转换成计算机可识别的数字信息。
从系统结构和功能上讲，条码识读系统由扫描系统、信号整形、译码三部分组成，如图5-1所示。
图5-1 条码识读系统组成
扫描系统。由光学系统及探测器即光电转换器件组成。它完成对条码符号的光学扫描，并通过光电探测器，将条码条空图案的光信号转换成为电信号。
信号整形部分。由信号放大、滤波和波形整形组成。它的功能在于将条码的光电扫描信号处理成为标准电位的矩形波信号，其高低电平的宽度和条码符号的条空尺寸相对应。
译码部分。一般由嵌入式微处理器组成。它的功能就是对条码的矩形波信号进行译码，其结果通过接口电路输出到条码应用系统中的数据终端。
条码符号的识读涉及光学、电子学和微处理器等多种技术。要完成正确识读，必须满足以下几个条件：
（1）建立一个光学系统并产生一个光点，使该光点在人工或自动控制下能沿某一轨迹作直线运动且通过一个条码符号的左侧空白区、起始符、数据符、终止符及右侧空白区。
（2）建立一个反射光接收系统，使它能够接收到光点从条码符号上反射回来的光。同时要求接受系统的探测器的敏感面尽量与光点经过光学系统成像的尺寸相吻合。
（3）要求光电转换器将接收到的光信号不失真地转换成电信号。
（4）要求电子电路将电信号放大、滤波、整形，并转换成电脉冲信号。
（5）建立某种译码算法，将所获得的电脉冲信号进行分析和处理，从而得到条码符号所表示的信息。
（6）将所得到的信息转储到指定的地方。
上述的前四步一般由扫描器完成，后两步一般由译码器完成。
1．光源
首先，对于一般的条码应用系统，条码符号在制作时，条码符号的条空反差均针对630nm附近的红光而言，所以条码扫描器的扫描光源应该含有较大的红光成分。因为红外线反射能力在900nm以上；可见光反射能力一般为630-670nm；紫外线反射能力为300-400nm。一般物品对630nm附近的红光的反射性能和对近红外光的反射性能十分接近，所以，有些扫描器采用近红外光。
扫描器所选用的光源种类很多，主要有半导体光源和激光光源，也有选用白炽灯、闪光灯等光源的。在这里主要介绍半导体发光管和激光器。
1）半导体发光二极管
半导体发光二极管又称发光二极管，它实际上就是一个由Ｐ型半导体和Ｎ型半导体组合而成的二极管。当在Ｐ－Ｎ结上施加正向电压时，发光二极管就发出光来，如图5-2所示。
图5-2 半导体发光二极管
2）激光器
激光技术已有30多年的历史，现在已广泛应用于各个领域。激光器可分为气体激光器和固体激光器，气体激光器波长稳定，多用于长度测量。固体半导体激光器具有光功率大、功耗低、体积小、工作电压低、寿命长、可靠性高、价格低廉的优点，这使得原来广泛使用的气体激光器迅速被取代。
激光与其他光源相比，有其独特的性质：
●有很强的方向性。
●单色性和相干性极好。其他光源无论采用何种滤波技术也得不到像激光器发出的那样的单色光。
●可获得极高的光强度。条码扫描系统采用的都是低功率的激光二极管。
2．光电转换接收器
接收到的光信号需要经光电转换器转换成电信号。
手持枪式扫描识读器的信号频率为几十千赫到几百千赫。一般采用硅光电池、光电二极管和光电三极管作为光电转换器件。
3．放大、整形与计数
全角度扫描识读器中的条码信号频率为几兆赫到几十兆赫，如图5-3所示。全角度扫描识读器一般都是长时间连续使用，为了使用者安全，要求激光源出射能量较小。因此最后接收到的能量极弱。为了得到较高的信噪比（这由误码率决定），通常都采用低噪声的分立元件组成前置放大电路来低噪声地放大信号。
图5-3条码的扫描信号
由于条码印刷时的边缘模糊性，更主要是因为扫描光斑的大小有限以及电子线路的低通特性，将使得到的信号边缘模糊，通常称为“模拟电信号”。这种信号还需经整形电路尽可能准确地将边缘恢复出来，变成通常所说的“数字信号”。
条码识读系统经过对条码图形的光电转换、放大和整形，其中信号整形部分由信号放大、滤波、波形整形组成。它的功能在于将条码的光电扫描信号处理成为标准电位的矩形波信号，其高低电平的宽度和条码符号的条空尺寸相对应。这样就可以按高低电平持续的时间记数。
4．译码
条码是一种光学形式的代码。它不是利用简单的计数来识别和译码的，而是需要用特定方法来识别和译码的。
译码包括硬件译码和软件译码。硬件译码通过译码器的硬件逻辑来完成，译码速度快，但灵活性较差。为了简化结构和提高译码速度，现已研制了专用的条码译码芯片，并已经在市场上销售。软件译码通过固化在ROM中的译码程序来完成，灵活性较好，但译码速度较慢。实际上每种译码器的译码都是通过硬件逻辑与软件共同完成的。
译码不论采用什么方法，都包括如下几个过程：
1）记录脉冲宽度
译码过程的第一步是测量记录每一脉冲的宽度值，即测量条空宽度。记录脉冲宽度利用计数器完成。译码器有一个比较复杂的分频电路，它能自动形成不同频率的计数时钟以适应于不同的扫描设备。
2）比较分析处理脉冲宽度
脉冲宽度的比较方法有多种。比较过程并非简单地求比值，而是经过转换/比较后得到一系列便于存储的二进制数值，把这一系列的数据放人缓冲区以便下一步的程序判别。转换／比较的方法因码制的不同也有多种方法。比较常见的是均值比较法和对数比较法。
3）程序判别
译码过程中的程序判别是用程序来判定转换／比较所得到的一系列二进制数值，把它们译成条码符号所表示的字符，同时也完成校验工作。
5．通信接口
目前常用的条码识读器的通信接口主要有USB接口和串行接口。
1）USB接口
USB是连接计算机与外界设备的一种串口总线标准，也是一种输入输出接口的技术规范，支持即插即用及热插拔功能，也是目前最常用的条码识读器通信接口方式。
2）串行接口
串行通信是计算机与条码识读器之间一种常用的通信方式，在逐渐被USB接口形式所替代，扫描条码得到的数据由串口输入，需要驱动或直接读取串口数据，需要外接电源。
相关知识点： 相关参考视频：
- 5.1.1 条码识读的基本工作原理 条码识读器的定义
- 5.1.2 条码识读系统的组成
- 5.1.3 条码识读系统的基本概念
- 5.1.4 条码识读器的分类
