条形码扫描器条形码扫描器 1.介绍 条码扫描器，又称为条码阅读器、条码扫描枪、条形码扫描器、条形码扫描枪及条形码阅读器。它是用于读取条码所包含信息的阅读设备，利用光学原理，把条形码的内容解码后通过数据线或者无线的方式传输到电脑或者别的设备。大范围的应用于超市、物流快递、图书馆等扫描商品、单据的条码。 2.条形码扫描器基础原理 2.1基础原理 条形扫描器是用于读取条形码所含信息的设置，通常包括:光源、接收器、 光电转换部件、译码电路、计算机接口。 条形扫描器的基础原理为:光源发出的光线通过光学系统照射到条形码符号， 被反...

  条形码扫描器 1.介绍 条码扫描器，又称为条码阅读器、条码扫描枪、条形码扫描器、条形码扫描枪及条形码阅读器。它是用于读取条码所包含信息的阅读设备，利用光学原理，把条形码的内容解码后通过数据线或者无线的方式传输到电脑或者别的设备。大范围的应用于超市、物流快递、图

  馆等扫描商品、单据的条码。 2.条形码扫描器基础原理 2.1基础原理 条形扫描器是用于读取条形码所含信息的设置，通常包括:光源、接收器、 光电转换部件、译码电路、计算机接口。 条形扫描器的基础原理为:光源发出的光线通过光学系统照射到条形码符号， 被反射回来的光经过光学系统成像在光电转换器上，使其产生电信号;电信号通 电路放大后产生模拟电压，它与照射到条形码符号上被反射回来的光形成正比， 再经过滤波、整形，形成与模拟信号对应的方波信号，最后通过译码器翻译成计 算机可接受的数字信号。 本组成 2.2基 从系统结构和功能上讲，条码扫描器原理之系统由扫描器系统、信号整形、译码三部分所组成。 2.2.1扫描系统 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。 1.光源 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附件的红光而言，所以条码扫描器的扫描光源应该含有较大的红光部分。扫描器所选用的光源种 类很多，主要有半导体光源、激光光源。 半导体发光二极管 半导体发光二极管又称为发光二极管，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。 激光器 半导体激光器功率一般在3,5nm，与其它光源相比，有独特的性质: ?有很强的方向性 ?单色性和相干性极好 ?可获得极高的光强度，激光条码扫描器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。 扫描器的信号频率为几十千赫到几百千赫，一般都会采用硅光电池、光电二极管、光电三极管作为光电转换器件。 目前市场上扫描枪所使用的感光器件主要有四种:光电倍增管，硅氧化物隔离CCD，半导体隔离CCD，接触式感光器件(CIS或LIDE)。 主流是两种CCD，其原理简单说是:在一片硅单晶上集成了几千到几万个光电三极管，这些光电三极管分为三列，分别用红绿蓝色的滤色镜罩住，以此来实现彩色扫描。简单的说是半导体的CCD三极管间漏电现象会影响扫描精度，用硅氧化物隔离会大大减小漏电现象(这个是绝缘体的)，当然最好再加上温度控制，因为不管是半导体还是导体一般都是温敏的，升温导电性一般会提高，现在主流市场上的多数是半导体隔离CCD 用，硅氧化物隔离CCD 的比较少，显然是因为成本比较高。 另外按照图像读出方式分类，CCD可大致分为线型CCD和面型CCD两种。线型CCD的图像读出采用一维的方式，所以叫线型的。 线型CCD图像传感器最大特点是分辨率很高，最高可拍摄的像素数量高达1.3亿。其使用的CCD芯片长而窄，即对光线敏感的微小单元均匀地排成一列，而不像在面型CCD中这样的微小单元均匀地排成若干列而形成一个矩形的平面。 接触式感光器件，它使用的感光材料一般是我们用来制造光敏电阻的硫化镉，生产所带来的成本应该是较CCD低得多(市场上同等精度的CIS扫描枪总是比CCD的扫描枪便宜不少正是这个原因)。扫描距离短，扫描清晰度低甚至有些时候达不到标称值，气温变化非常容易影响扫描精度，这些正是这种扫描枪的致命问题。 光电倍增管，感光材料主要是金属铯的氧化物。他的扫描精度，甚至受温度影响的程度和噪音等都是最好的，可价格也同样是最贵的。 2.2.2信号整形 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

  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 为得到较高的信噪比，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。由于条码条码印刷时的边缘模糊性，更还在于扫描光斑的有限大小和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”，这种信号还须经整形电路尽可能准备地将边缘恢复出来，变成通常所说的“数字信号”。条码扫描器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。 2.2.3译码 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 条码扫描器根据量化后的条空宽度值进行译码，由译码单元译出其中所含信息。各种条码符号的标准译码算法来自于各个条码符号的标准。 3.条形扫描器分类 除一、二维条码扫描器分类，还可分类为:CCD、全角度激光和激光手持式条码扫描器。 1(CCD扫描器的优势: ? 扫描器优秀的CCD无须紧贴条码即可识读，而且体积适中，操作舒适。 分辨率 低价CCD的分辨率较低，一般是指512像素，用于识读EAN，UPC等商业码也就够用了。中档CCD的分辨率是指1024像素，有些甚至达到2048像素，能分辨最窄条/空为0.1mm的条码。 2(激光手持式扫描器 有转镜式和颤镜式两种: 转镜式是采用高速马达带动一个棱镜组旋转，使二极管发出的单点激光变成一线。 颤镜式扫描器的扫描速度较低，一般为33次,秒，个别型号能够达到100次,秒。颤镜式的成本也较低。 在选择激光扫描器时，最重要的是扫描速度和分辨率，而景深并不关键。因为当景深加大时，分辨率会明显降低。优秀的手持激光扫描器应当是有高扫描速度，并在固定景深范围内有很高的分辨率。 3(全角度扫描器 也是一种激光扫描器.它通过光学系统使激光二极管发出的激光折射成多条扫描线， 以达到全角度扫描的目的，主要是为了更好的提高采集效率，减轻操作人员的劳动。 选择时的需要注意的几点: 在一个方向上有多条平行线; 在某一点上有多条扫描线通过; 在一定的空间范围 使用时，操作者需将光笔接触到条码表面，通过光笔的镜头发出一个很小的光点，当这个光点从左到右划过条码时，在”空”部分，光线被反射，“条”的部分，光线将被吸收，因此在光笔 光笔的优点主要是:与条码接触阅读，能够明确哪一个是被阅读的条码;阅读条码的长度可以不受限制;与其它的阅读器相比成本较低;内部没有移动部件，比较坚固;体 积小，重量轻。缺点:使用光笔会受到各种限制，比如在有一些场合不适合接触阅读条码;另外只有在比较平坦的表面上阅读指定密度的、打印质量较好的条码时，光笔才能发挥它的作用;而且操作人需要经过一定的训练才能使用，如阅读速度、阅读角度、以及使用的压力不当都会影响它的阅读性能;最后，因为它必须接触阅读，当条码在因保存不当而产生损坏，或者上面有一层保护膜时，光笔都不可以使用;光笔的首读成功率低及误码率较高。 CCD阅读器的工作原理 CCD为电子耦合器件(Charg couple device)，更适合近距离和接触阅读，它的价格没有激光阅读器贵，而且内部没有移动部件。 CCD阅读器使用一个或多个LED，发出的光线能够覆盖整个条码，条码的图像被传到一排光上，被每个单独的光电二激管采样，由邻近的的探测结果为“黑”或“白”区分每一个条或空，从而确定条码的字符，换言之，CCD阅读器不是注意的阅读每一个“条”或“空”，而是条码的整个部分，并转换成可以译码的电信号。 优点:与其它阅读器相比，CCD阅读器的价格较便宜，但同样有阅读条码的密度广泛，容易使用。它的重量比激光阅读器轻，而且不象光笔一样只能接触阅读。 缺点:CCD阅读器的局限在于它的阅读景深和阅读宽度，在需要阅读印在弧型表面的条码(如饮料罐)时候会有困难;在一些需要远距离阅读的场合，如仓库领域，也不是很适合;CCD的防摔性能较差，因此产生的故障率较高;在所要阅读的条码比较宽时，CCD也不是很好的选择，信息很长或密度很低的条码很容易超出扫描头的阅读范围，导致条码不可读;而且某些采取多个LED的条码阅读器中，任意一个的LED故障都可能会导致不能阅读;大部分CCD阅读器的首读成功率较低且误码机率高。 激光枪的工作原理 激光扫描仪是各种扫描器中价格相比来说较高的，但它所能提供的各项功能指标最高，因此在各个行业中都被广泛采用。 激光扫描仪的基本工作原理为:手持式激光扫描仪通过一个激光二极管发出一束光线，照射到一个旋转的棱镜或来回摆动的镜子上，反射后的光线穿过阅读窗照射到条码表面，光线经过条或空的反射后返回阅读器，由一个镜子进行采集、聚焦，通过光电转换器转换成电信号，该信号将通过扫描期或终端上的译码软件进行译码。 激光扫描仪分为手持与固定两种形式:手持激光枪连接方便简单、使用灵活，固定式激光扫描仪适用于阅读最较大、条码较小的场合，有效解放双手工作。 优点:激光扫描仪可以很杰出的用于非接触扫描，通常情况下，在阅读距离超过30cm时激光阅读器是唯一的选择;激光阅读条码密度范围广，并可以阅读不规则的条码表面或透过玻璃或透明胶纸阅读，因为是非接触阅读，因此不会损坏条码标签;因为有较先进的阅读及解码系统，首读识别成功率高、识别速度相对光笔及CCD更快，而且对印刷质量不好或模糊的条码识别效果好;误码率极低(仅约为三百万分之一);激光阅读器的防震防摔性能好，如:Symbol LS4000系列的扫描仪，可1.5米水泥地防摔。 缺点:激光扫描仪的唯一的缺点是它的价格相比来说较高，但如果从购买费用与使用费的总和计算，与CCD阅读器并没有太大的区别。 CCD和CMOS的不同之处 行光电转换，将图像转换为数字数据，而其主要差异是数字数据传送的方法不一样。 如下图所示，CCD传感器中每一行中每一个象素的电荷数据都会依次传送到下一个象素中，由最底端部分输出，再经由传感器边缘的放大器进行放大输出;而在CMOS传感器中，每个象素都会邻接一个放大 器及A/D转换电路，用类似内存电路的方式将数据输出。 左图为CCD传感器的结构，右图为CMOS传感器的结 构 造成这种差异的原因主要在于:CCD的特殊工艺可保证数据在传送时不会失真，因此各个象素的数据可汇聚至边缘再进行放大处理;而CMOS工艺的数据在传送距离较长时会产生噪声，因此，必须先放大，再整合各个象素的数据。 由于数据传送方法不一样，因此CCD与CMOS传感器在效能与应用上也有诸多差异，这些差异包括: 1. 灵敏度差异:由于CMOS传感器的每个象素由四个晶体管与一个感光二极管构成(含放大器与A/D转换电路)，使得每个象素的感光区域远小于象素本身的表面积，因此在象素尺寸相同的情况下，CMOS传感器的灵敏度要低于CCD传感器。 2. 成本差异:由于CMOS传感器采用一般半导体电路最常用的CMOS工艺，可以轻易地将周边电路(如AGC、CDS、Timing generator、或DSP等)集成到传感器芯片中，因此能节省外围芯片的成本;除此之外，由于CCD采用电荷传递的方式传送数据，只要其中有一个象素不能运行，就会导致一整排的数据不能传送，因此控制CCD传感器的成品率比CMOS传感器困难许多，即使有经验的厂商也很难在产品问世的半年内突破 50%的水平，因此，CCD传感器的成本会高于CMOS传感器。 3. 分辨率差异:如上所述，CMOS传感器的每个象素都比CCD传感器复杂，其象素尺寸很难达到CCD传感器的水平，因此，当我们比较相同尺寸的CCD与CMOS传感器时，CCD传感器的分辨率通常会优于CMOS传感器的水平。例如，目前市面上CMOS传感器最高可达到210万象素的水平(OmniVision的 OV2610，2002年6月推出)，其尺寸为1/2英寸，象素尺寸为4.25μm，但Sony在2002年12月推出了ICX452，其尺寸与 OV2610相差不多(1/1.8英寸)，但分辨率却能高达513万象素，象素尺寸也只有2.78mm的水平。 4. 噪声差异:由于CMOS传感器的每个感光二极管都需搭配一个放大器，而放大器属于模拟电路，很难让每个放大器所得到的结果保持一致，因此与只有一个放大器放在芯片边缘的CCD传感器相比，CMOS传感器的噪声就会增加很多，影响图像品质。 5. 功耗差异:CMOS传感器的图像采集方式为主动式，感光二极管所产生的电荷会直接由晶体管放大输出，但CCD传感器为被动式采集，需外加电压让每个象素中的电荷移动，而此外加电压常常要达到12~18V;因此，CCD传感器除了在电源管理电路设计上的难度更高之外(需外加 power IC)，高驱动电压更使其功耗远高于CMOS传感器的水平。举例来说，OmniVision近期推出的OV7640(1/4英寸、VGA)，在 30 fps的速度下运行，功耗仅为40mW;而致力于低功耗CCD传感器的Sanyo公司去年推出了1/7英寸、CIF等级的产品，其功耗却仍保持在90mW 以上，虽然该公司近期将推出35mW的新产品，但仍与CMOS传感器存在差距，且仍处于样品阶段。 综上所述，CCD传感器在灵敏度、分辨率、噪声控制等方面都优于CMOS传感器，而CMOS传感器则具有低成本、低功耗、以及高整合度的特点。不过，随着CCD与CMOS传感器技术的进步，两者的差异有逐渐缩小的态势，例如，CCD传感器一直在功耗上作改进，以应用于移动通信市场(这方面的代表业者为Sanyo);CMOS传感器则在改善分辨率与灵敏度方面的不足，以应用于更高端的图像产品，我们大家可以从以下各主要厂商的产品规划来看出一些端倪。

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