CN1046169C - 条型码数字化信号处理电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于读取条型码符号的数字化信号处理电路，其主要包括将光信号转换为模拟信号的光检测器、对该模拟信号进行微分及延时的微分电路、延迟电路、峰值比较器、用于控制杂波信号的伪转移控制电路、临界阈值电路以及输出条型码数字化信号的锁存比较器电路；从检测扫描光点产生的模拟信号得出的一次导函数信号而得到所有的数据，然后进行数字化处理，本发明具有排除杂波干扰的功能，本电路使用低而单一的供电电源。

Description

条型码数字化信号处理电路

本发明涉及一种读取条型码符号的激光扫描系统，特别是一种检测扫描光点从空间移至条型码符号，或从条型码符号移至空间的数字化处理电路。

在商业界，由于大量使用识别产品特性的条型码符号，而开发了各种条型码阅读系统。大部分条型码阅读机使用者要求使用小型、轻便及低耗电的便于携带的手持式扫描器。类似系统记载于美国专利4,496,831号的激光扫描条型码阅读系统中。

记载于美国专利第4,496,831号的激光扫描系统能应用在各种形式的扫描装置上，但以具有手枪形的轻塑料外壳的携带型手持扫描头较佳。在其把手及枪身内，设有扫描头的各种元件；枪身内装有小型光源、包括聚焦透镜的小型光学系统以及将来自光源的光束导至条型码符号的扫描系统，检测由条型码符号反射的光束的小型检测装置。

小型光源为氦氖激光管，或激光二极管，但是激光二极管较佳。由于，激光二极管比激光管小且轻，故可减少扫描头的必要尺寸及重量，并且易于控制扫描头及易操作。产生激光束的光源安装在枪身内，扫描系统使来自光源的光束通过光学装置射向条型码符号；扫描系统至少具有一个控制激光束沿条型符号长度方向横扫条型符号的扫描用马达；扫描系统也可具有二个马达，第二个马达用于控制扫描光束沿宽度方向横越条型码符号，像镜子般的光反射装置安装在马达轴上，使光束通过出口孔而对准符号。用于检测由符号所反射的光束而进行处理的检测电路一般包括像光电二极管的光检测元件；使用者根据需要决定手持装置的位置，横越应读取的符号，则光检测元件会产生相应于条型码的连续的电信号利用本发明的条型码数字信号处理电路，会产生将相应于条型码的电信号转变为译码电路的数字信号。当阅读机对准应读取的符号时，起动激光束及检测器电路，若阅读机有内装电源，则能使用可动扳机，节省电池

轻塑料外壳内装有激光光源、检测器、光学系统、信号处理电路、CPU及电池。阅读机是使用者将其放在靠近条型码符号的位置时，不接触符号，但不移动即可横越符号，也可设计成直接接触符号的形式，典型的手持式条型码阅读机大部分被指定为在数英寸的距离内扫描。

以下就有关线形或单线条型码为例说明本发明内容，但本发明并不限于这些实例，本发明也能应用在代码49及类似符号的更复杂的扫描图形及重叠的也就是二维条型码中。本发明也能应用在文字类的其他形式的符号，或与被扫描物品的表面特性所引起的各种机器影像同时使用，也可用于识别光字符。

使用时，激光扫描光点，在条型码符号上移动，从条型码符号的一端进入框内，然后移动再从另一端离开，其目的是检测位于条型码框内亮度变化的各点，并且在产生的模拟信号中存在着相应于这些变化点的回折点。为了检测这些回折点，在条型码扫描器中使用了各种形式的信号处理方法。

为了达到此检测目的，最普通的方法是使用检测模拟信号的二次导函数，横越零点的交叉检测器。这是由于零交叉点和模拟信号的回折点时间一致。这个方法的问题之一是二次导函数的零交叉点中，存在与模拟信号的回折点不一致者。于是，开发了区别零交叉和伪零交叉的各种技术方法，这些方法大都是依靠从模拟信号或模拟信号的一次导函数其中之一所得到的数据。这些技术方法的例子记载于光谱物理学专利第4,000,397号及4,749,879号中。其他众所周知的方法是将模拟信号偏移振幅的一半，这是使其以零为中心，然后使用电压转换器将其和二次导函数比较。其他方法的特点是依照某时段杂音的平均值，设定杂音的临界值，保证处理电路无栏外杂波(条型码外边的白色区域)干扰。平均杂音电平以下的信号不被数字化。

本发明的主要目的是提供一种通过检测扫描光束从空间(白条)移至条型码符号或从条型码符号移至空间的光点，读取条型码符号的新改良的数字化信号处理电路，这个新的数字化信号处理电路是从检测扫描光点的光检测器所产生的模拟信号的一次导函数，得到所有的数据，以便进行数字化，排除伪转移，清除栏外杂波(背景光)，获得相应于条型码符号的数字化信号；不直接使用原始模拟信号及二次导函数信号。

本发明提供的检测扫描光点从空间移至条型码符号上的点，或从条型码符号移至空间的点的数字化信号处理电路包括：检测条型码符号所反射的扫描光点而产生表示扫描光点的模拟信号的光检测器，接收该模拟信号，产生模拟信号的一次导函数信号的微分电路，使一次导函数信号产生时间延迟的延迟电路，峰值检测比较器电路接收该一次导函数信号作为第一输入信号，并且接收经延迟的一次导函数信号作为第二输入信号，并检测两信号的转移；判别伪转移信号的伪转移控制电路，其仅于检测到临界值以上的转移信号时，才改变状态。由锁存比较器构成的输出电路从峰值检测比较器电路接收第一输入信号，并且从伪转移控制电路接第二输入信号；该输出电路仅在伪转移控制电路改变状态时其输出信号才转变。

进一步详细说明如下：输出电路还包括一个接收一次导函数信号作一输入信号的栏外临界阈值检测电路，其能再触发一个触发器(单稳)电路工作。只要一次导函数信号(连续脉冲信号)大于栏外临界阈值检测电路的临界值，就不会超时，若脉冲信号的停止时间过长，输出电路无输出信号，而返回到白条(间隔)状态。伪转移电路超过临界阈值的电平取决于由正反馈所带来的滞后标准。并且微分电路输出信号耦合到具有低通滤波特性的放大器进行一次导函数的放大和低通滤波。

本发明具有下述的效果：

由于不直接使用原始模拟信号，故能将微分电路配置于放大器的前级，附加放大器可用以放大被微分的信号，直到使其变成相当大的程度，以至能被数字化；由此，微分电路可有效地消除周围光的影响，否则会使末级放大器饱和，所以这是对周围光的特性的改善；这也限制了高通虑波及其耦合部分的瞬态响应，这正是为了抑制周围光或避免DC放大器提供较大补偿电压所需要的

本发明的电路中，数字化电路及其相关放大器皆设计成能在单一+5伏特电源的低电源电压下工作的电路。这对扫描器的数字译码电路也是有利的。因此，不须要高价的直流电源或其它高电压电源。

附图简要说明：

图1：本发明的条型码数字化信号处理电路；

图2：相应于图1各级的波型图；

     其中：

  A原始模拟信号

  B延迟后的一次导函数信号(虚线)

   一次导函数信号(实线)

  C峰值检测比较器的输出信号

  D伪转移控制电路的输出信号

  E数字化的条型码信号(锁存比较器的输出信号)

  F栏外临界阈值电路的输出信号

图3：利用本发明数字化信号处理电路的条型码阅读器的平面图。

结合附图对本发明的实施例作详细说明如下：

如附图所示，对条型码符号反射的扫描光束的检测，是将光电二极管10产生的与其成比例的电流信号，经电流/电压转换电路12转换成相应的电压信号；该电压信号输入给微分电路14，微分电路14对该模拟信号(图2的A)取时间变量的一次导函数(图2的B的实线)；微分电路14输出的一次导函数信号通过具有低通滤波特性的放大器16进行放大。

经放大器放大的信号由延迟电路延时，而得到如图2中B的曲线所示的信号；峰值检测比较器20是对被微分的信号和延迟电路18输出的延迟信号进行比较；从图2B可知，表示这两个信号的曲线在峰值处延迟一小时间段后交叉。并且从图2C可知，峰值检测比较器20在相应于交叉点其输出状态改变；如果伪转移控制电路22的输出状态转变(如图2D)后，由于峰值检测比较器20状态的转变，则会使锁存比较器24的输出状态改变(图2E)；换言之，锁存比较器24改变状态只有在伪转移控制电路22的输出状态转变后，峰值检测比较器20状态转变时才会发生。因此，若杂音信号能使峰值检测放大器20的输出改变状态，但只有控制杂音的伪转移控制电路22的门限电平不十分大的情况下，一般情况下则不会由此而使锁存比较器改变状态。

为了保证较高的数字化精确度，伪转移控制电路22反转的标准是依照滞后量而决定的。

栏外临界阈值电路26的临界阈值设定为0以下某固定的直流电压值。栏外临界阈值电路26接收来自一次导函数的电压脉冲信号；其振幅大小由电阻28及30所组成的分压器决定，栏外临界阈值电路26能再触发一单稳态电路；该连续脉冲信号，只有在超过临界阈值时能被接收(不会超时)，若电路超时，即在相当长的时间中无脉冲信号束输出，则条型码数字化电路输出会返回相应的白色(space)状态；在遇上边界值之前，栏外临界阈值电路26的输出都较高(参照图2F)。由于充电电容器32的作用，反转用晶体管34会截止，则锁存比较器无法供给输出，当开始对条型码符号扫描时，栏外临界阈值电路26的输出会变低(参照图2F)，由于电容器32放电，故反转用晶体管34接通，则锁存比较器24能供给输出。

锁存比较器24的输出信号提供给条型码译码电路36，在若干实例中，译码电路36可利用锁存比较器24直接驱动，也可如图1所示，在锁存比较器24和条型码译码电路36连接时，将反相用晶体管放大器38联接于锁存比较器24和条型码译码电路36之间。

图1中也表示了具有稳压作用的二极管40的电路，该电路，能提供2.5伏特稳定电压(利用+5V电源)，作上述电路的信号电平；这个带稳压二极管40的电路可认为是电源电路的一部分。

本发明的电路具有和过去电路相同的功能，但是其处理信号的方式不同，而且本发明是个更为简单的电路，例如，习用技术的电路完全使用未被微分的模拟信号(为了决定“窗”或排除周围光的干扰)或其二次导函数信号(为了零交叉)其中之一；本发明的电路不直接使用这些信号，只利用其一次微分信号；在信号处理中本发明的电路利用一个比较器(伪转移控制电路-门脉冲比较器22)决定“时间窗”；该比较器22由高电平向低电平的转移能使锁存比较器24受峰值检测放大器20之最初的而又只是最初的由低往高的电平转移的影响；同样该比较器22由低往高电平的转移能使锁存比较器24受峰值检测放大器20之最初的而又只是最初的由高往低的电平转移的影响；为读取条型码，习用电路技术是制造由条型码符号-空间或由空间-条型码符号的转移之周期为中心的窄窗。

本发明的电路为了提高抑制栏外杂音信号的作用，使用了上述类型的栏外临界阈值比较器电路26，可得到如上述限制小杂音信号的特性；该电路不使用二极管限制如此小的电流，因它难于用低电压推动，这是一熟知的电路。

图3是表示组入了本数字化信号处理电路，而将条码阅读机高度简单化的实施例。阅读机100能作为如图所示的手持型扫描器，也可用于桌上工作站或静止扫描器来使用。实施例中，该装置置于具有出口孔156的外壳155中，激光束151，通过出口孔156，照射于外壳外部的符号170上，而横越符号扫描。

如图3的手持装置记载干美国专利第4,760,248号，或美国专利第4,879,026号中，并且类似symboltechnology公司所销售的产品型号LS8100或LS2000的条型码阅读机的形式。

如图3所示，通常是利用在阅读机100内的激光二极管输出的光束151照射于排列在距离阅读机100前面数英寸的目标上的条型码符号，光束151横越应读取的符号，对来自符号的反射光152的检测是利用阅读机内的光传感器168，其将光信号转换成相应的一连续电信号，为了重现条型码所表示的数据，而再被译码

该实施例中，阅读机100为具有手枪型把手153的枪型装置，使用者将其接近应读取的符号，然后扣扳机154，能启动光束151及检测电路。轻塑料外壳155内装有激光光源(激光半导体二极管光源)146、检测器158、光学系统及信号处理电路、CPU140及电池162。直达光束151和反射光束152通过外壳155前端的透光窗156。使用时，将阅读机100放置于离符号有一距离的位置，也就是不接触符号，其不移动光束即可横越符号。典型的这类型手持式条型码阅读机是指定在距符号数英寸的距离操作。

如图3所示，被扫描的激光束经适当的镜片157(或多层镜片系统)，使条型码符号聚焦在适当的参考面上；当扣动扳机154使光束沿镜片157的轴线射入时，使光束通过半透明镜147及其他镜片，或其它光束聚焦机构，并通过安装在被启动的扫描用马达160上的转动镜159反射，照射在条型码符号上。若光源146所产生的光为不可见光时，必要的话可利用接触式，或产生一种和激光束一样的可见光以帮助瞄准符号产生扫描光点，使用者可根据可见光点，使阅读机接近符号。

Claims (1)

1、一种数字化信号处理电路，其在检测扫描光点从空间移至条型码符号或从条型码符号移至空间的时间信号的数字化信号处理电路，其包括：

(a)所述光点横越条型码符号时，检测条型码符号所反射的扫描光点，产生模拟信号的光检测装置；

(b)接收所述模拟信号作为一个输入信号产生模拟信号的一次导函数信号的微分电路；

(c)接收所述一次导函数信号作为一个输入信号并产生延迟作用的一次导函数信号的延迟电路；

其特征在于包括：

(d)以所述一次导函数信号作为第一输入信号，所述延迟后的一次导函数信号作为第二输入信号，并检测一次导函数信号及延迟后的一次导函数信号的转移的峰值检测比较器电路；

(e)用于消除伪转移信号并仅于检测到大于给定临界阈值的转移信号时，才改变状态的伪转移控制电路；

(f)以所述峰值检测比较器电路的输出为第一输入信号，以所述伪转移控制电路的输出为第二输入信号，在所述伪转移控制电路改变状态后，仅在峰值检测比较器电路改变状态时才改变输出信号状态的输出电路。

Images