CN103559475B - 一种多波长激光调制一维条码阅读器及其实现方式 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多波长激光调制一维条码阅读器及其实现方式，该条码阅读器包括激光管、准直透镜、光束合路镜、反射镜、光电接收传感器、模拟和数字解码电路，激光管有若干个，各个激光管发射的激光波长不同，每个激光管均对应一个准直透镜，各个激光管所发射激光通过其对应的准直透镜后进入一光束合路镜，然后该激光合成光束照射在反射镜上；激光经过反射镜反射，照射到一维条码上，光电接收传感器接收被一维条码反射的信息后把光信号转换成电信号，然后发送到模拟和数字解码电路。本发明能够排除外部环境光线的干扰，克服现有技术中用与激光颜色相近的色彩印刷的一维条码无法正确读取的问题，具有适用场合广泛，识别准确的优点。

Description

一种多波长激光调制一维条码阅读器及其实现方式

技术领域

本发明涉及条码阅读器研究领域，特别涉及一种多波长激光调制一维条码阅读器及其实现方式。

背景技术

一维激光条码阅读器是用来自动解读印刷在商品或者物体上的一维条码。目前，一维激光条码阅读器已经被广泛地应用在商品识别、生产工件识别和计件、医院信息采集等的各种环境中。目前市场上一维激光条码阅读器的基本构成如图1所示，包括：一个激光管11、准直透镜12、反射镜6、反射镜6固定在其上的运动机构、光电接收传感器8、模拟和数字解码电路，其中激光管11由激光驱动电路驱动，带反射镜6的运动机构由运动机构驱动电路驱动，一般为电磁线圈驱动的摆镜或者电机旋转驱动的棱镜。目前市场上的一维条码阅读器产品的激光波长均是在670nm左右。其工作原理是：在激光驱动电路驱动下，激光管发射激光（一般为点状光源），激光通过准直透镜后经过反射镜反射，照射到一维条码上，然后再被一维条码7反射，由于一维条码7是由一系列宽度变化的“黑”条和“白”空图案构成，“黑”条和“白”空图案对激光的反射率不一样（黑条图案反射率低，白空图案反射率高），反射回来的激光强度和时间坐标包含了一维条码的所有信息。光电接收传感器8接收被一维条码反射的信息后把光信号转换成电信号，然后发送到模拟和数字解码电路，该电路将电信号中携带的一维条码信息解码出来并发送至主计算机。

在上述处理过程中，因为一维条码被印制在不同的材质上，例如各种纸张、塑料甚至橡胶上，对激光的反射率有很大的离散性，特别是有一些“黑”条是用和激光颜色相近的色彩印制，并非纯黑色，激光照射在此条图案上后，条图案反射率和空图案反射率的区别相当小，造成一维激光条码阅读器无法正确解读条码。

另外，因为环境干扰光的存在，特别是在光线充足的场合，光电接收传感器接收外部干扰光的几率增加，造成一维激光条码阅读器信噪比下降，极大影响解码性能。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种多波长激光调制一维条码阅读器，该阅读器能够排除外部环境光线的干扰，避免现有技术中用与激光颜色相近的色彩印刷的一维条码无法正确读取的问题，具有适用场合广泛，识别准确的优点。

本发明的另一个目的在于提供一种上述条码阅读器的实现方式。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种多波长激光调制一维条码阅读器，包括激光管、准直透镜、光束合路镜、反射镜、光电接收传感器、模拟和数字解码电路，反射镜固定在一运动机构上，该运动机构由运动机构驱动电路和驱动电机控制；所述激光管有若干个，各个激光管发射的激光波长不同，每个激光管均对应一个准直透镜，各个激光管所发射激光通过其对应的准直透镜后进入一光束合路镜，光束合路镜用于将上述激光束在光路上重叠成一激光合成光束，然后该激光合成光束照射在反射镜上；激光经过反射镜反射，照射到一维条码上，光电接收传感器接收被一维条码反射的信息后把光信号转换成电信号，然后发送到模拟和数字解码电路。由于激光合成光束中有多个不同波长的激光，如果条码是采用与其中一个激光的颜色相近的色彩印刷，其他波长的激光同样可以根据发射率的明显差异而进行准确识别，因此识别准确性更高。

更进一步的，所述条码阅读器包括两个激光管，其中一个激光管为红色光源，另一个激光管为绿色光源。

优选的，所述条码阅读器还包括激光驱动调制电路，每一个激光管对应与一个激光驱动调制电路连接，激光驱动调制电路用于调制对应激光管所发射激光的强度；所述条码阅读器还包括一解调电路，该解调电路设置在光电接收传感器、模拟和数字解码电路之间，用于对接收到的模拟信号进行解调。

更进一步的，所述激光驱动调制电路包括一第一运算放大器和一三极管，直流激光驱动信号和交流激光驱动信号作为输入信号接在第一运算放大器的正相输入端，第一运算放大器的输出端在串接限流电阻后与三极管的基极连接，三极管的发射极与第一运算放大器的反相输入端相连接；在第一运算放大器的反相输入端和地之间设有接地电阻；激光管接在电源和三极管的集电极之间。根据此电路，驱动激光管电流将是“直流激光驱动信号”和“交流激光驱动信号”的叠加，这样可以达到驱动和调制的目的。

优选的，所述解调电路包括一模拟乘法器和一第二运算放大器，光电接收传感器、激光驱动调制电路分别与模拟乘法器的输入端相连，模拟乘法器的输出端与第二运算放大器的输入端相连，第二运算放大器的输出端与模拟和数字解码电路相连。

一种上述多波长激光调制一维条码阅读器的实现方式，激光驱动调制电路调制各个激光管所发射激光的强度，然后各个激光管根据调制结果对外发射激光，激光束分别通过对应的准直透镜后在一光束合路镜上汇合为一束激光合成光束，激光合成光束通过发射镜的反射后照射到一维条码上，光电接收传感器接收一维条码反射的信号并传送到解调电路，解调电路根据激光驱动调制电路的调制方式对此信号进行解调，然后将解调结果发送到模拟和数字解码电路，模拟和数字解码电路解码成功后，将解码结果上传到外部主计算机。

优选的，所述解调电路根据激光驱动调制电路的调制方式对信号进行解调的方法是：光电接收传感器接收到的一维条码反射后的原始信号、激光驱动调制电路采用的交流激光驱动信号分别输入到一个模拟乘法器，在该模拟乘法器相乘，然后进行低通滤波，滤波后的信号通过第二运算放大器组成的跟随电路输出。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、对于与激光颜色相近的色彩印刷的一维条码，现有技术中只有一种波长的激光的条码阅读器存在解读错误的缺陷。本发明提出在条码阅读器中设置多个激光管，分别发送不同颜色的激光，从而可以克服上述缺陷，实现正确读取。

2、现有技术中一维激光条码阅读器在使用时受到外部环境光线影响较大，工作不稳定，本发明提出在条码阅读器中对激光进行调制来排除外部环境光线的干扰，使一维激光条码阅读器能在不同光线环境下保持一致的解码性能，降低人为干预的概率，极大提高生产和工作效率。

附图说明

图1是现有技术中一维激光条码阅读器的结构原理图；

图2是本实施例装置的结构原理示意图；

图3是本实施例中调制电路原理图；

图4是本实施例中解调电路原理图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图2所示，本实施例一种多波长激光调制一维条码阅读器，包括两个激光驱动调制电路、第一激光管1和第二激光管3、这两个激光管分别对应的准直透镜（标号2、4）、光束合路镜5、反射镜6、用于固定反射镜的运动机构、运动机构驱动电路、运动机构驱动电机、光电接收传感器8、解调电路、模拟和数字解码电路、主计算机。其中，两个激光驱动调制电路根据预先设定的调制方法分别对第一激光管1和第二激光管3所要发射的激光强度进行调制，第一激光管为红色光源，其将调制后的激光A通过第一准直透镜2照射到光束合路镜5上，第二激光管3为绿色光源，其将调制后的激光B通过第二准直透镜4照射到光束合路镜5上，光束合路镜5将上述两束激光在光路上进行重叠形成激光合成光束，激光合成光束照射到反射镜6上，通过运动机构驱动电机、驱动电路驱动运动机构进行旋转，从而使激光合成光束通过反射镜反射后的光能够照射到一维条码7上，一维条码7反射光信号，光电接收传感器8接收一维条码反射的信号，此信号为带调制的模拟信号，将该信号传送到解调电路，解调电路根据预先的调制方法进行解调，然后将解调的模拟信号发送到模拟和数字解码电路，从而将模拟信号转换为数字信号后发送到主计算机，主计算机根据数字信号所表示的内容对一维条码进行识别。

本实施例中的激光驱动调制电路如图3所示，包括一第一运算放大器和一三极管，直流激光驱动信号和交流激光驱动信号作为输入信号接在第一运算放大器（例如LM358）的正相输入端，第一运算放大器在串接限流电阻R2后与三极管的基极（或者门极）连接，然后三极管的发射极（或者源极）再和第一运算放大器的反相输入端相连接，构成一个电压跟随器。同时电路里有一个接地电阻R4接在地和第一运算放大器的反相输入端之间，激光管接在电源和三极管的集电极（或者漏极）之间。根据此电路，驱动激光管电流将是“直流激光驱动信号”和“交流激光驱动信号”的叠加，这样达到了驱动和调制的目的。

所述解调电路如图4所示，包括一模拟乘法器（例如AD633）、滤波电路和一第二运算放大器（例如LM358），光电接收传感器与模拟乘法器的输入端相连，用于将光电接收传感器接收到的一维条码反射后的原始信号输入到模拟乘法器，激光驱动调制电路也与模拟乘法器的输入端相连，用于将激光驱动调制电路采用的交流激光驱动信号输入到该模拟乘法器，上述两个信号在模拟乘法器中相乘后，通过电阻R5和电容C4组成的滤波电路进行低通滤波，然后通过第二运算放大器U3A组成的跟随电路输出，输出到模拟和数字解码电路，从而达到一维条码信号被解调目的。

本实施例中上述多波长激光调制一维条码阅读器的实现方式是：激光驱动调制电路调制各个激光管所发射激光的强度，然后各个激光管根据调制结果对外发射激光，激光束分别通过对应的准直透镜后在一光束合路镜上汇合为一束激光合成光束，激光合成光束通过发射镜的反射后照射到一维条码上，光电接收传感器接收一维条码反射的信号并传送到解调电路，解调电路根据激光驱动调制电路的调制方式对此信号进行解调，然后将解调结果发送到模拟和数字解码电路，模拟和数字解码电路解码成功后，将解码结果上传到外部主计算机。

本实施例中的激光A和激光B被电路结构相同的两个“激光驱动调制电路”模块所驱动和调制，例如功率都被控制在0.45mW（两个激光的总功率是0.9mW），激光强度都被同一个频率5MHz调制。假设一维条码的平均反射率为0.01左右，光电接收传感器接收到的条码信号就是9nW。通常，一维激光条码阅读器所应用环境的干扰光是白光干扰光源，波长在400nm-700nm内比较均匀分布，强度随时间变化很缓慢，假设干扰白光被光电接收传感器接收到的功率也是0.9nW，那么不采用激光调制的情况下，因为没有强度调制信号的区分，光电接收传感器接收到的信号噪声比是1:1。如果对激光强度进行调制（例如采用如图3所示的调制电路），一维条码的激光反射信号假定为Asin(ω₀t)（ω₀是调制频率），那么解调电路（参考图4，AD633是一个模拟乘法器）可以利用解调信号sin(ω₁t)按照下面的公式计算（ω₁是解调频率，并且ω₁=ω₀）。

$A\sin \left({\mathrm{\ω}}_{0}t\right)*\sin \left({\mathrm{\ω}}_{1}t\right)=\frac{A}{2}(\cos \left(({\mathrm{\ω}}_0+{\mathrm{\ω}}_1)t\right)-\cos \left(({\mathrm{\ω}}_0-{\mathrm{\ω}}_1)t\right))=\frac{A}{2}+\frac{A}{2}*\cos \left(({\mathrm{\ω}}_0+{\mathrm{\ω}}_1)t\right);$

上述计算结果通过低通滤波器后，直接得到激光反射信号大小但环境的干扰光的强度变化频率是非常缓慢的，在激光调制频率上的分量假定为Bsin(ω₀t)，干扰光通过解调电路后的直流信号是正常情况下B<<A，此时的信噪比使模拟和数字解码电路能顺利地读取条码信号。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种多波长激光调制一维条码阅读器，其特征在于，包括激光管、准直透镜、光束合路镜、反射镜、光电接收传感器、模拟和数字解码电路，反射镜固定在一运动机构上，该运动机构由运动机构驱动电路和驱动电机控制；所述激光管有若干个，各个激光管发射的激光波长不同，每个激光管均对应一个准直透镜，各个激光管所发射激光通过其对应的准直透镜后进入一光束合路镜，光束合路镜用于将上述激光束在光路上重叠成一激光合成光束，然后该激光合成光束照射在反射镜上；激光经过反射镜反射，照射到一维条码上，光电接收传感器接收被一维条码反射的信息后把光信号转换成电信号，然后发送到模拟和数字解码电路。

2.根据权利要求1所述的多波长激光调制一维条码阅读器，其特征在于，所述条码阅读器包括两个激光管，其中一个激光管为红色光源，另一个激光管为绿色光源。

3.根据权利要求1所述的多波长激光调制一维条码阅读器，其特征在于，所述条码阅读器还包括激光驱动调制电路，每一个激光管对应与一个激光驱动调制电路连接，激光驱动调制电路用于调制对应激光管所发射激光的强度；所述条码阅读器还包括一解调电路，该解调电路设置在光电接收传感器、模拟和数字解码电路之间，用于对接收到的模拟信号进行解调。

4.根据权利要求3所述的多波长激光调制一维条码阅读器，其特征在于，所述激光驱动调制电路包括一第一运算放大器和一三极管，直流激光驱动信号和交流激光驱动信号作为输入信号接在第一运算放大器的正相输入端，第一运算放大器的输出端在串接限流电阻后与三极管的基极连接，三极管的发射极与第一运算放大器的反相输入端相连接；在第一运算放大器的反相输入端和地之间设有接地电阻；激光管接在电源和三极管的集电极之间。

5.根据权利要求3或4所述的多波长激光调制一维条码阅读器，其特征在于，所述解调电路包括一模拟乘法器和一第二运算放大器，光电接收传感器、激光驱动调制电路分别与模拟乘法器的输入端相连，模拟乘法器的输出端与第二运算放大器的输入端相连，第二运算放大器的输出端与模拟和数字解码电路相连。

6.一种如权利要求5所述的多波长激光调制一维条码阅读器的实现方法，其特征在于，激光驱动调制电路调制各个激光管所发射激光的强度，然后各个激光管根据调制结果对外发射激光，激光束分别通过对应的准直透镜后在一光束合路镜上汇合为一束激光合成光束，激光合成光束通过发射镜的反射后照射到一维条码上，光电接收传感器接收一维条码反射的信号并传送到解调电路，解调电路根据激光驱动调制电路的调制方式对此信号进行解调，然后将解调结果发送到模拟和数字解码电路，模拟和数字解码电路解码成功后，将解码结果上传到外部主计算机。

7.根据权利要求6所述的多波长激光调制一维条码阅读器的实现方法，其特征在于，所述解调电路根据激光驱动调制电路的调制方式对信号进行解调的方法是：光电接收传感器接收到的一维条码反射后的原始信号、激光驱动调制电路采用的交流激光驱动信号分别输入到一个模拟乘法器，在该模拟乘法器相乘，然后进行低通滤波，滤波后的信号通过第二运算放大器组成的跟随电路输出。