基于嵌入式的無(wú)線(xiàn)條碼掃描儀系統的設計

1 引 言

條碼技術(shù)是自動(dòng)識別技術(shù)中最成熟，也是應用最廣泛和最成功的技術(shù)。條碼技術(shù)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(wǎng)絡(luò )通訊等一起構成了現代商業(yè)自動(dòng)化的基礎。條碼符號制作容易，掃描操作簡(jiǎn)單易行，信息采集速度快，采集信息量大，設備結構簡(jiǎn)單，成本低。因此在大型超市和物流系統中有著(zhù)廣泛的運用。

傳統的在線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(chǎng)合，如較大新庫存盤(pán)點(diǎn)，大件物品的掃描等。為了彌補在線(xiàn)式數據采集終端的不足之處，無(wú)線(xiàn)數據采集終端應運而生。而目前市面上的無(wú)線(xiàn)條碼掃描儀傳輸距離一般為30～100m的范圍內。本系統所設計的基于嵌入式的無(wú)線(xiàn)條碼掃描儀，傳送距離可達800 m，并且系統本身具有一定的數據處理功能，很大程度上提高了無(wú)線(xiàn)條碼掃描的距離，增強了系統的功能。

2 系統設計

整個(gè)嵌入式無(wú)線(xiàn)條碼掃描系統由3部分組成，一是數據采集與發(fā)射裝置，主要由LPC2142和ADF7020無(wú)線(xiàn)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(jìn)行數據處理和與終端主機進(jìn)行數據傳輸；三是HOST主機數據庫管理系統，對收集到的條碼數據進(jìn)行管理。

2.1 系統硬件構成

系統總體結構框圖如圖1所示。

系統工作原理如下：條碼掃描儀讀取條碼信息，通過(guò)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(guò)串口送給ADF7020，ADF7020再通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )發(fā)給無(wú)線(xiàn)接收設備。與HOST連接的無(wú)線(xiàn)接收裝置接收到數據后，將數據通過(guò)串口傳到HOST主機，由主機上的應用數據系統對數據進(jìn)行處理。

2.2 主要芯片介紹

本系統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(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片。

2.2.1 LPC2142芯片介紹

LPC2142是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)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(shí)鐘速率下運行。對代碼規模有嚴格控制的應用可使用16 位Thumb模式將代碼規模降低超過(guò)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(fǎng)問(wèn)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(gè)UART，SPI，SSP到I2C總線(xiàn)）和8～40kB的片內SRAM，他們也非常適合于通信網(wǎng)關(guān)、協(xié)議轉換器、軟Modem、語(yǔ)音識別、低端成像，為這些應用提供大規模的緩沖區和強大的處理功能。多個(gè)32位定時(shí)器、1個(gè)或2個(gè)10位ADC，10位DAC，PWM通道、45個(gè)高速 GPIO以及多達9個(gè)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)控制和醫療系統。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之中。

在本系統運用中，LPC2142起到2個(gè)作用，在數據采集與發(fā)射裝置端，其作用是通過(guò)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(lái)的數據，并通過(guò)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(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(dòng)AFC回路，關(guān)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，無(wú)線(xiàn)測量和無(wú)鍵盤(pán)輸入方面有很大的應用前景。

在本系統中，ADF7020是無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)通信模塊。由于芯片無(wú)線(xiàn)通信距離遠及其高度的集成化，使得無(wú)線(xiàn)模塊電路設計簡(jiǎn)單，調試方便，系統工作也更穩定。

2.3 主要電路介紹

本系統硬件電路分為3個(gè)部分：條碼掃描儀和LPC2142之間的數據傳輸接口；數據無(wú)線(xiàn)收發(fā)電路；LPC2142和終端主機之間的接口電路，本系統采用串口與主機進(jìn)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(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。在系統設計中，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(guò)USB將條碼信息傳送入LPC2142，LPC2142接收到條碼信息后，驅動(dòng)無(wú)線(xiàn)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(diǎn)緩沖存儲器和DMA控制器組成。串行接口引擎對USB數據流進(jìn)行譯碼，并將數據寫(xiě)入相應的端點(diǎn)緩沖存儲器。通過(guò)該控制器直接與USB接口的設備相連，其連接電路圖2所示。