CN104318195B - 一种可以自动调节灰度的高速条码扫描仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可以自动调节灰度的高速条码扫描仪，包括发射光路、接收光路和MCU，所述发射光路和接收光路为分设于电路板上下两层的隔离式双层光路，所述发射光路包括激光发射装置、电压比较稳压电路、振动片和50HZ振动电路，所述接收光路包括聚焦镜、滤光片、激光感应器、100帧信号读取电路、二级灰度自动转换电路、信号放大电路和信号检波电路。本发明具有描速度快、收发光路间干扰较小、环境兼容性与通用性较高、工作效率高的优点，可广泛应用于电子设备领域。
Description
技术领域
本发明涉及电子设备领域，尤其是一种可以自动调节灰度的高速条码扫描仪。
背景技术
条码扫描仪作为光学、机械、电子、软件应用等技术紧密结合的高科技产品，是继键盘和鼠标之后的第三代主要的电脑输入设备，能够直接地将图片、照片、胶片、各类图纸图形以及文稿资料扫描输入至计算机中，从而实现对这些图像信息的处理、管理、使用、存储或输出。然而，传统扫描枪存着扫描速度缓慢、收发光路间干扰较大、环境兼容性与通用性低下、工作效率较低的缺陷，已无法满足当前对数据的高速扫描要求。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是：提供一种扫描速度快、收发光路间干扰较小、环境兼容性与通用性较高、工作效率高的，可以自动调节灰度的高速条码扫描仪。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种可以自动调节灰度的高速条码扫描仪，包括发射光路、接收光路和MCU，所述发射光路和接收光路为分设于电路板上下两层的隔离式双层光路，其中，所述发射光路包括：
激光发射装置，用于发射经过整形后的激光点；
电压比较稳压电路，用于驱动激光发射装置；
振动片，用于将整形后的激光点折射成横线型激光线条，并将横线型激光线条入射至条码印刷面；
50HZ振动电路，用于使振动片振动，从而使振动片下方的磁力线圈产生50HZ方波条码帧信号；
所述接收光路包括：
聚焦镜，用于对条码反射光进行聚焦；
滤光片，用于过滤掉聚焦后多余的条码反射光；
激光感应器，用于将过滤后的条码反射光转换为条码反射电信号；
100帧信号读取电路，用于读取50HZ方波条码帧信号；
二级灰度自动转换电路，用于根据50HZ方波条码帧信号的扫描方向选择相应的扫描电平信号；
信号放大电路，用于对条码反射电信号和选择的扫描电平信号进行放大；
信号检波电路，用于根据放大后的信号检波出符合检波电路要求的稳定条码反射电信号；
所述激光感应器的输出端通过信号放大电路进而与信号检波电路的输入端连接，所述100帧信号读取电路的第一输出端与MCU的输入端连接，所述100帧信号读取电路的第二输出端依次通过二级灰度自动转换电路和信号放大电路进而与信号检波电路的输入端连接，所述信号检波电路的输出端与MCU的输入端连接，所述MCU的输出端与电压比较稳压电路的输入端连接。
进一步，所述电压比较稳压电路包括2.7V电源、晶体管电源、LM324比较器、第一晶体管、第二晶体管和外围偏置电路，所述MCU与第一晶体管的基极连接，所述第一晶体管的集电极与第二晶体管的基极连接，所述第二晶体管的集电极接晶体管电源，所述第二晶体管的发射极接地；所述2.7V电源与LM324比较器的同向输入端连接，所述LM324比较器的异向输入端通过外围偏置电路接地，所述LM324比较器的输出端与第二晶体管的基极连接。
进一步，所述二级灰度自动转换电路包括第三晶体管、2.7v电源、2.3V电源、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻，所述2.7v电源通过第一电阻进而与第二电阻的一端连接，所述2.3v电源与第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端与第三晶体管的集电极连接，所述第三晶体管的发射极接地，所述第三电阻并行连接在第三晶体管的基极与大地之间，所述第四电阻的一端与第三晶体管的基极连接，所述第四电阻的另一端与100帧信号读取电路连接。
进一步，所述激光发射装置内部设有光源、光路聚焦镜、整形片和输出整形孔，所述光源产生的光信号依次经过光路聚焦镜、整形片和输出整形孔后输出整形后的激光点。
进一步，所述接收光路还设有用于支撑聚焦镜的聚焦镜支架、用于支撑滤光片的滤光片支架和用于支撑激光感应器的感应头座。
进一步，还包括检波基准电路，所述检波基准电路的输出端分别与二级灰度自动转换电路的输入端和信号检波电路的输入端连接。
进一步，所述MCU的输出端还分别连接有蜂鸣器和LED灯。
进一步，还包括输出载体，所述MCU通过输出载体与上位机进行通信。
进一步，所述MCU通过PS2接口、USB接口、RS232接口、RS485接口和RJ45接口中的任意一种给上位机传输数据。
进一步，还设有用于对PS2接口信号进行对口转接的74HC4006电子开关电路。
本发明的有益效果是：包括50HZ振动电路和100帧信号读取电路，通过50HZ的振动频率使读码的速度加快到100帧每秒，提高了扫描速度和工作效率；设有隔离式双层光路，发射光路与接收光路是完全隔离的，能减少发射光路的强光对接收光路弱光的影响，收发光路间干扰较小；增设了二级灰度自动转换电路，能根据扫描方向选择相应的扫描电平信号，以便进一步根据条码反射电信号的强和弱而进行相应的放大，实现了印刷灰度不一致时对反射回来的条码电信号进行放大，环境兼容性与通用性较高；独特的接收光路采用了一个聚焦镜，使条码的反射光聚焦到激光感应器，为用户的操作带来了极大的便利。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明一种可以自动调节灰度的高速条码扫描仪的电路原理图；
图2为本发明电压比较稳压电路的电路原理图；
图3为本发明二级灰度自动转换电路的电路原理图；
图4为本发明发射光路的结构示意图；
图5为本发明接收光路的内部结构分解图；
图6为本发明收发光路的整体结构示意图；
图7为本发明一种可以自动调节灰度的高速条码扫描仪的发射光路光的传播过程示意图。
附图标记：1、聚焦镜支架；2、聚焦镜；3、滤光片支架；4、滤光片；5、激光感应器；6、感应头座；7、磁力线圈；8、振动片；9、输出整形孔；10、激光发射装置；11、电路板；12、条码印刷体；Q1、第一晶体管；Q2、第二晶体管；Q3、第三晶体管；VCC、晶体管电源；R52、第一电阻；R5、第二电阻；R54、第三电阻；R55、第四电阻。
具体实施方式
参照图1，一种可以自动调节灰度的高速条码扫描仪，包括发射光路、接收光路和MCU，所述发射光路和接收光路为分设于电路板上下两层的隔离式双层光路，其中，所述发射光路包括：
激光发射装置，用于发射经过整形后的激光点；
电压比较稳压电路，用于驱动激光发射装置；
振动片，用于将整形后的激光点折射成横线型激光线条，并将横线型激光线条入射至条码印刷面；
50HZ振动电路，用于使振动片振动，从而使振动片下方的磁力线圈产生50HZ方波条码帧信号；
所述接收光路包括：
聚焦镜，用于对条码反射光进行聚焦；
滤光片，用于过滤掉聚焦后多余的条码反射光；
激光感应器，用于将过滤后的条码反射光转换为条码反射电信号；
100帧信号读取电路，用于读取50HZ方波条码帧信号；
二级灰度自动转换电路，用于根据50HZ方波条码帧信号的扫描方向选择相应的扫描电平信号；
信号放大电路，用于对条码反射电信号和选择的扫描电平信号进行放大；
信号检波电路，用于根据放大后的信号检波出符合检波电路要求的稳定条码反射电信号；
所述激光感应器的输出端通过信号放大电路进而与信号检波电路的输入端连接，所述100帧信号读取电路的第一输出端与MCU的输入端连接，所述100帧信号读取电路的第二输出端依次通过二级灰度自动转换电路和信号放大电路进而与信号检波电路的输入端连接，所述信号检波电路的输出端与MCU的输入端连接，所述MCU的输出端与电压比较稳压电路的输入端连接。
参照图2，进一步作为优选的实施方式，所述电压比较稳压电路包括2.7V电源、晶体管电源VCC、LM324比较器、第一晶体管Q1、第二晶体管Q2和外围偏置电路，所述MCU与第一晶体管Q1的基极连接，所述第一晶体管Q1的集电极与第二晶体管Q2的基极连接，所述第二晶体管Q2的集电极接晶体管电源VCC，所述第二晶体管Q2的发射极接地；所述2.7V电源与LM324比较器的同向输入端连接，所述LM324比较器的异向输入端通过外围偏置电路接地，所述LM324比较器的输出端与第二晶体管Q2的基极连接。
参照图3，进一步作为优选的实施方式，所述二级灰度自动转换电路包括第三晶体管Q3、2.7v电源、2.3V电源、第一电阻R52、第二电阻R5、第三电阻R54和第四电阻R55，所述2.7v电源通过第一电阻R52进而与第二电阻R5的一端连接，所述2.3v电源与第二电阻R5的一端连接，所述第二电阻R5的另一端与第三晶体管Q3的集电极连接，所述第三晶体管Q3的发射极接地，所述第三电阻R54并行连接在第三晶体管Q3的基极与大地之间，所述第四电阻R55的一端与第三晶体管Q3的基极连接，所述第四电阻R55的另一端与100帧信号读取电路连接。
参照图4，进一步作为优选的实施方式，所述激光发射装置内部设有光源、光路聚焦镜、整形片和输出整形孔9，所述光源产生的光信号依次经过光路聚焦镜、整形片和输出整形孔9后输出整形后的激光点。
参照图5，进一步作为优选的实施方式，所述接收光路还设有用于支撑聚焦镜2的聚焦镜支架1、用于支撑滤光片4的滤光片支架3和用于支撑激光感应器5的感应头座6。
进一步作为优选的实施方式，还包括检波基准电路，所述检波基准电路的输出端分别与二级灰度自动转换电路的输入端和信号检波电路的输入端连接。
进一步作为优选的实施方式，所述MCU的输出端还分别连接有蜂鸣器和LED灯。
参照图1，进一步作为优选的实施方式，还包括输出载体，所述MCU通过输出载体与上位机进行通信。
进一步作为优选的实施方式，，所述MCU通过PS2接口、USB接口、RS232接口、RS485接口和RJ45接口中的任意一种给上位机传输数据。
进一步作为优选的实施方式，，还设有用于对PS2接口信号进行对口转接的74HC4006电子开关电路。
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例一
参照图1-6，本发明的第一实施例：
本发明的条码扫描仪的工作原理为：
扫描仪上电工作后，MCU自动复位进入工作状态，50HZ振动电路和信号放大检波电路进入工作状态，而激光发射装置的驱动电路进入准备工作状态。整机上电工作后，50HZ振动电路工作，使得振动片在电磁场作用下以50HZ的频率振动，振动片下方的磁力线圈得到振动片的切割磁力线能量产生50HZ的信号，经过放大后生成作为条码帧信号的SOS方波信号。SOS方波信号进入MCU后，MCU等待工作开启信号（如开关闭合信号等）。
工作开启信号到达后，工作任务开启，MCU打开激光发射装置的驱动电路（即图2所示的电压比较稳压电路），驱动激光发射装置。此时，激光发射装置的光源得到电源能量发出圆点状激光点，此激光点进入50HZ振动片，经振动片折射后成为横线型激光线条。接着，该横线型激光线条照射到条码印刷体上得到相应的反射光信号。反射回来的条码光信号从扫描仪前端依次进入聚焦镜和滤光片。其中，聚焦镜把相对松散的光信号聚焦得到相对较强的条码光信号，而滤光片则将除了激光光信号外的多余光源信号滤除，使得有用的激光条码光信号顺利进入激光感应管。
激光感应管对有用的激光条码光信号进行光电转换，得到相应的条码电信号，此条码电信号出来后首先进入信号放大电路，经过初步放大后得到相对稳定的条码电信号。接着，放大后的条码电信号再经过信号检波电路检波，把符合检波电路要求的电信号检波出来，从而得到稳定的条码电信号并进行输出。该稳定的条码电信号输出至MCU,在MCU内部进行解码，得到相应的条码的数字信号，并通过LED和蜂鸣器提示解码成功。而解码成功后，MCU再通过数据线或接口将解码数据往上位机发送，完成一个工作过程，并整机进入下一个等待状态。
实施例二
参照图3、5和6，本发明的第二实施例：
如图3所示，本发明的二级灰度自动转换电路工作原理为：
在条码扫描仪上电工作后，100帧信号读取电路会读取到一个稳定的SOS方波信号，这个SOS信号是条码扫描仪的帧信号。这个条码帧信号SOS是一个标准的50HZ方波信号，可分为高电平50%宽度，低电平50%宽度。而这个各50%宽度电平的信号又可用往左扫描的50%方波信号和往右扫描的50%方波信号来表征。因此，往左扫描时SOS方波信号是高电平50%脉宽信号，往右扫描时SOS是低电平50%脉宽信号。
往左扫描的反射光信号进入激光感应管后，由于SOS方波信号是高电平状态，Q3工作，使得信号放大电路的基准电压为2.3V，从而令大于2.3V的电信号得到放大输出，输出后进入检波电路。
往右扫描的反射光信号进入激光感应管后，由于SOS方波信号是低电平状态，Q3不工作，使得信号放大电路的基准电压变为2.7V，从而令大于2.7V的电信号得到放大输出，输出后进入检波电路。
本发明的二级灰度自动转换利用了SOS方波信号有高低电平变化的关系，使得信号放大电路可以工作在不同的基准电压下对信号进行选择放大，从而实现根据反射回来并经过光电转换后的条码电信号的强和弱进行相应的放大处理，这样就实现了印刷灰度（对比度）不一致时根据反射回来的信号强弱进行相应的放大，所以扫描仪可以胜任不同场合或不同印刷质量的工作环境。
如图6和7所示，本发明的扫描仪采用了隔离式双层光路，激光发射光路和反射回来的回收光路（即接收光路）分别设在电路板（如PCB印刷电路板）的上下两层，这样隔离式双层光路可以最大化地减小互相间的干扰，使得反回收光路的弱光信号不会受发射光路的强光信号影响。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (9)
1.一种可以自动调节灰度的高速条码扫描仪，其特征在于：包括发射光路、接收光路和MCU，所述发射光路和接收光路为分设于电路板上下两层的隔离式双层光路，其中，所述发射光路包括：
激光发射装置，用于发射经过整形后的激光点；
电压比较稳压电路，用于驱动激光发射装置；
振动片，用于将整形后的激光点折射成横线型激光线条，并将横线型激光线条入射至条码印刷面；
50HZ振动电路，用于使振动片振动，从而使振动片下方的磁力线圈产生50HZ方波条码帧信号；
所述接收光路包括：
聚焦镜，用于对条码反射光进行聚焦；
滤光片，用于过滤掉聚焦后多余的条码反射光；
激光感应器，用于将过滤后的条码反射光转换为条码反射电信号；
100帧信号读取电路，用于读取50HZ方波条码帧信号；
二级灰度自动转换电路，用于根据50HZ方波条码帧信号的扫描方向选择相应的扫描电平信号；
信号放大电路，用于对条码反射电信号和选择的扫描电平信号进行放大；
信号检波电路，用于根据放大后的信号检波出符合检波电路要求的稳定条码反射电信号；
所述激光感应器的输出端通过信号放大电路进而与信号检波电路的输入端连接，所述100帧信号读取电路的第一输出端与MCU的输入端连接，所述100帧信号读取电路的第二输出端依次通过二级灰度自动转换电路和信号放大电路进而与信号检波电路的输入端连接，所述信号检波电路的输出端与MCU的输入端连接，所述MCU的输出端与电压比较稳压电路的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种可以自动调节灰度的高速条码扫描仪，其特征在于：所述电压比较稳压电路包括2.7V电源、晶体管电源（VCC）、LM324比较器、第一晶体管（Q1）、第二晶体管（Q2）和外围偏置电路，所述MCU与第一晶体管（Q1）的基极连接，所述第一晶体管（Q1）的集电极与第二晶体管（Q2）的基极连接，所述第二晶体管（Q2）的集电极接晶体管电源（VCC），所述第二晶体管（Q2）的发射极接地；所述2.7V电源与LM324比较器的同向输入端连接，所述LM324比较器的异向输入端通过外围偏置电路接地，所述LM324比较器的输出端与第二晶体管（Q2）的基极连接。
3.根据权利要求1所述的一种可以自动调节灰度的高速条码扫描仪，其特征在于：所述二级灰度自动转换电路包括第三晶体管（Q3）、2.7v电源、2.3V电源、第一电阻（R52）、第二电阻（R5）、第三电阻（R54）和第四电阻（R55），所述2.7v电源通过第一电阻（R52）进而与第二电阻（R5）的一端连接，所述2.3v电源与第二电阻（R5）的一端连接，所述第二电阻（R5）的另一端与第三晶体管（Q3）的集电极连接，所述第三晶体管（Q3）的发射极接地，所述第三电阻（R54）的一端与第三晶体管（Q3）的基极连接，所述第三电阻（R54）的另一端与大地连接，所述第四电阻（R55）的一端与第三晶体管（Q3）的基极连接，所述第四电阻（R55）的另一端与100帧信号读取电路连接。
4.根据权利要求1所述的一种可以自动调节灰度的高速条码扫描仪，其特征在于：所述激光发射装置内部设有光源、光路聚焦镜、整形片和输出整形孔（9），所述光源产生的光信号依次经过光路聚焦镜、整形片和输出整形孔（9）后输出整形后的激光点。
5.根据权利要求1所述的一种可以自动调节灰度的高速条码扫描仪，其特征在于：所述接收光路还设有用于支撑聚焦镜（2）的聚焦镜支架（1）、用于支撑滤光片（4）的滤光片支架（3）和用于支撑激光感应器（5）的感应头座（6）。
6.根据权利要求1所述的一种可以自动调节灰度的高速条码扫描仪，其特征在于：还包括检波基准电路，所述检波基准电路的输出端分别与二级灰度自动转换电路的输入端和信号检波电路的输入端连接。
7.根据权利要求1所述的一种可以自动调节灰度的高速条码扫描仪，其特征在于：所述MCU的输出端还分别连接有蜂鸣器和LED灯。
8.根据权利要求1所述的一种可以自动调节灰度的高速条码扫描仪，其特征在于：还包括输出载体，所述MCU通过输出载体与上位机进行通信。
9.根据权利要求8所述的一种可以自动调节灰度的高速条码扫描仪，其特征在于：所述MCU通过PS2接口、USB接口、RS232接口、RS485接口和RJ45接口中的任意一种给上位机传输数据。
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