CN108416238A - 一种激光扫描模块及其屏蔽激光干扰的方法 - Google Patents

一种激光扫描模块及其屏蔽激光干扰的方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种激光扫描模块及其屏蔽激光干扰的方法，激光扫描模块连接外部设备，所述激光扫描模块包括激光器、CMOS控制芯片和控制电路；所述CMOS控制芯片输出帧曝光信号，外部设备输出电源开关信号；所述控制电路根据电源开关信号控制激光器的供电状态，还根据帧曝光信号控制激光器的开关与激光扫描模块识读条形码图像的帧同步。通过将激光器的开关与帧同步，即可形成正常指示，从而消除激光器形成的指示图案带来的影响，提高了激光扫描模块识读条形码符号性能。

Description

一种激光扫描模块及其屏蔽激光干扰的方法
技术领域
本发明涉及条码识别技术领域，尤其涉及一种激光扫描模块及其屏蔽激光干扰的方法。
背景技术
现有的激光扫描模块在识读条形码时，如图1所示，通过扫描模块4在CMOS成像区域1(扫描区域)内采集图像，激光器形成的指示图案5投射到条形码3上，对激光器所指示的区域2进行扫描。因激光具有能量高且集中的特点，若不加以处理，其形成的指引图案5会使条形码3表面的明暗发生变化，影响扫描模块4的CMOS的光学成像，导致扫描模块4采集的图像形成局部过曝，进而影响扫描模块4对条形码符号的正确识别。
发明内容
针对上述技术问题，本发明实施例提供了一种激光扫描模块及其屏蔽激光干扰的方法，以解决现有激光扫描模块的激光器形成的指示图案影响激光扫描的光学成像的问题。
本发明实施例提供一种激光扫描模块，连接外部设备，包括激光器、CMOS控制芯片和控制电路；
所述CMOS控制芯片输出帧曝光信号，外部设备输出电源开关信号；所述控制电路根据电源开关信号控制激光器的供电状态，还根据帧曝光信号控制激光器的开关与激光扫描模块识读条形码图像的帧同步。
可选地，所述的激光扫描模块中，所述激光扫描模块识读条形码图像的一个帧周期包括高电平的曝光时间和低电平的采样时间；控制电路在每个帧周期内控制激光器进行一次开关来与激光扫描模块识读条形码图像的帧同步，在帧周期的曝光时间内关闭激光器，在帧周期的采样时间内打开激光器。
可选地，所述的激光扫描模块中，所述控制电路包括供电单元和开关单元；
所述供电单元根据输入的电源开关信号控制激光器的供电状态，在帧曝光信号为高电平的曝光时间内断开电源电压的输出，在帧曝光信号为低电平的采样时间内输出电源电压；
所述开关单元检测电源电压输入时打开激光器，检测无电源电压输入时关闭激光器。
可选地，所述的激光扫描模块中，所述供电单元包括第一三极管、第二三极管、第一电阻和第二电阻；
所述第一三极管的基极连接外部设备，第一三极管的发射极连接电源端，第一三极管的集电极连接激光器的第1脚和第二三极管的发射极，第二三极管的基极连接第一电阻的一端和CMOS控制芯片的帧曝光输出脚，第一电阻的另一端连接电源端，第二三极管的集电极连接第二电阻的一端，第二电阻的另一端连接开关单元。
可选地，所述的激光扫描模块中，所述供电单元还包括第一电容和第三电阻；
所述第一电容的一端连接第一三极管的发射极和电源端，第一电容的另一端接地，第三电阻的一端连接第二三极管的基极，第三电阻的另一端连接第一电阻的一端和CMOS控制芯片的帧曝光输出脚。
可选地，所述的激光扫描模块中，所述开关单元包括第三三极管、第四三极管、第四电阻和第五电阻；
所述第三三极管的基极连接第二电阻的另一端和第四三极管的集电极，第三三极管的集电极连接激光器的第2脚，第三三极管的发射极连接第四电阻的一端，第四电阻的另一端连接第五电阻的另一端和地，第四三极管的基极连接激光器的第3脚和第五电阻的一端，第四三极管的发射极连接第五电阻的另一端和地。
本发明实施例第二方面提供了一种采用所述的激光扫描模块的屏蔽激光干扰的方法，包括：
步骤A、控制电路根据外部设备输出的电源开关信号控制激光器的供电状态；
步骤B、控制电路根据CMOS控制芯片输出的帧曝光信号、控制激光器的开关与激光扫描模块识读条形码图像的帧同步。
可选地，所述的激光扫描模块的屏蔽激光干扰的方法中，在所述步骤B中，控制电路在每个帧周期内控制激光器进行一次开关来与激光扫描模块识读条形码图像的帧同步，在帧周期的曝光时间内关闭激光器，在帧周期的采样时间内打开激光器。
可选地，所述的激光扫描模块的屏蔽激光干扰的方法中，所述步骤B包括：
步骤B1、控制电路的供电单元在帧曝光信号为高电平的曝光时间内断开电源电压的输出，在帧曝光信号为低电平的采样时间内输出电源电压；
步骤B2、控制电路的开关单元检测电源电压输入时打开激光器，检测无电源电压输入时关闭激光器。
本发明实施例提供的技术方案中，激光扫描模块连接外部设备，所述激光扫描模块包括激光器、CMOS控制芯片和控制电路；所述CMOS控制芯片输出帧曝光信号，外部设备输出电源开关信号；所述控制电路根据电源开关信号控制激光器的供电状态，还根据帧曝光信号控制激光器的开关与激光扫描模块识读条形码图像的帧同步。通过将激光器的开关与帧同步，即可形成正常指示，从而消除激光器形成的指示图案带来的影响，提高了激光扫描模块识读条形码符号性能。
附图说明
图1为现有的激光扫描模块识读条形码的示意图。
图2为本发明实施例中激光扫描模块的结构框图。
图3为本发明实施例中图像输出和激光输出的时序图。
图4为本发明实施例中控制电路的电路图。
图5为本发明实施例中激光扫描模块的屏蔽激光干扰的方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请同时参阅图2和图3，在图像采集时，一帧的图像时长(即一个帧周期T)被分为曝光时间TOE和数据的采样时间ST。在采样时间ST内，图像数据从CMOS控制芯片取出并输出，图像输出波形为PO。现有技术中由于激光具有能量高且集中的特点，会对条形码的成像形成强干扰，导致局部的图像数据过曝。
本发明实施例提供的激光扫描模块连接外部设备，所述激光扫描模块包括激光器M1、CMOS控制芯片10和控制电路20；所述CMOS控制芯片10输出帧曝光信号STROBE，外部设备输出电源开关信号LPC；所述控制电路20根据电源开关信号LPC控制激光器的供电状态，还根据帧曝光信号STROBE控制激光器的开关与激光扫描模块识读条形码图像的帧形成同步。通过利用激光扫描模块内部的CMOS控制芯片10的帧曝光输出脚CMOS STROBE Pin输出的帧曝光信号STROBE，使激光器的开关与激光扫描模块识读条形码图像的帧形成同步，具体为：在曝光时间TOE内控制激光器M1关闭Close，在采样时间ST内控制激光器M1打开Open，激光输出波形为LO，如此形成交替性的脉冲信号来控制激光器的亮灭，即可形成正常指示，从而消除激光器形成的指示图案带来的影响。需要理解的是，CMOS控制芯片10在何时输出帧曝光信号STROBE，外部设备如何输出电源开关信号LPC均为现有技术，本实施例主要是利用现有的帧曝光信号STROBE和电源开关信号LPC来实现激光器的开关与激光扫描模块识读条形码图像的帧同步。
请一并参阅图4，所述控制电路20包括供电单元210和开关单元220；所述供电单元210根据输入的电源开关信号LPC控制激光器M1的供电状态，在帧曝光信号STROBE为高电平的曝光时间内断开电源电压的输出，在帧曝光信号STROBE为低电平的采样时间内输出电源电压。开关单元220检测电源电压输入时打开激光器M1，检测无电源电压输入时关闭激光器M1。基于帧曝光信号STROBE是由连续的帧周期T组成，一个帧周期T包括高电平的曝光时间和低电平的采样时间，因此，通过控制电路20即可实现激光器的开关与帧的同步，即一帧内进行一次开关，且曝光时关闭激光器M1，采样时打开激光器M1。
所述供电单元210包括第一三极管Q1、第二三极管Q2、第一电阻R1和第二电阻R2；所述第一三极管Q1的基极连接外部设备，第一三极管Q1的发射极连接电源端VCC，第一三极管Q1的集电极连接激光器M1的第1脚和第二三极管Q2的发射极，第二三极管Q2的基极连接第一电阻R1的一端和CMOS控制芯片10的帧曝光输出脚，第一电阻R1的另一端连接电源端VCC，第二三极管Q2的集电极连接第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端连接开关单元220。
其中，所述第一三极管Q1和第二三极管Q2均为PNP型三极管。第一三极管Q1的基极输入电源开关信号LPC(由外部设备输出)，所述电源开关信号LPC为低电平时有效、第一三极管Q1导通，电源端VCC的电源电压输入对激光器M1供电；电源开关信号LPC为高电平时、第一三极管Q1截止，电源电压无法输入，停止对激光器M1供电。第二三极管Q2的基极输入帧曝光信号STROBE，所述帧曝光信号STROBE为低电平时有效、第二三极管Q2导通，输出高电平(该高电平等于电源电压减去第一三极管Q1和第二三极管Q2的压降)给开关单元220。所述第一电阻R1用于无帧曝光信号STROBE输入时将第二三极管Q2的基极上拉为高电平，使第二三极管Q2的基极截止，断开第一三极管Q1导通时电源端VCC电压的输出通路，这样在激光器M1有电时，激光器的开关与激光扫描模块识读条形码图像的帧是否同步仅由帧曝光信号STROBE控制。
优选地，所述供电单元210还包括第一电容C1和第三电阻R3；所述第一电容C1的一端连接第一三极管Q1的发射极和电源端VCC，第一电容C1的另一端接地，第三电阻R3的一端连接第二三极管Q2的基极，第三电阻R3的另一端连接第一电阻R1的一端和CMOS控制芯片10的帧曝光输出脚。通过第一电容C1滤波去噪使激光器M1的供电更加稳定，进一步确保激光器M1的工作效果。通过第三电阻R3的限流可保护第二三极管Q2。
所述开关单元220包括第三三极管Q3、第四三极管Q4、第四电阻R4和第五电阻R5；所述第三三极管Q3的基极连接第二电阻R2的另一端和第四三极管Q4的集电极，第三三极管Q3的集电极连接激光器M1的第2脚，第三三极管Q3的发射极连接第四电阻R4的一端，第四电阻R4的另一端连接第五电阻R5的另一端和地，第四三极管Q4的基极连接激光器M1的第3脚和第五电阻R5的一端，第四三极管Q4的发射极连接第五电阻R5的另一端和地。
其中，第三三极管Q3和第四三极管Q4为NPN三极管。当第一三极管Q1和第二三极管Q2均导通时，第三三极管Q3通过第二电阻R2的上拉作用而导通，激光器M1的激光二极管LD导通，激光器M1形成指示图案。
第一三极管Q1导通时其C(集电极)E(发射极)引脚间电压为VCE1，激光二极管LD的导通电压为VLD；第三三极管Q3导通时CE引脚间电压为VCE3，则激光二极管LD的导通电流ILD＝(VCC+VCE1-VLD-VCE3)/R4，VCC为电源端VCC的电源电压，R4为第四电阻R4的阻值。VCC、VCE1、VLD和VCE3都有对应的定值，通过调整第四电阻R4的阻值即可灵活地设置激光二极管LD的导通电流，从而确定激光器M1正常工作时，激光器M1的功率PLD＝VLD×(VCC+VCE1-VLD-VCE3)/R4。
第四三极管Q4的导通电压VBE4＝IPD×R5，IPD为激光器的保护电流值，光电二极管PD的导通状态与激光二极管LD发光亮度成正比。通过第五电阻R5调整光电二极管PD打开第四三极管Q4的保护电流值IPD，当激光二极管LD的亮度超过阈值使第四三极管Q4导通时，第三三极管Q3的基极电压被第四三极管Q4拉低，第三三极管Q3截止从而保护了激光器M1。
所述控制电路20通过外部设备来控制激光器M1的电源开关，还通过CMOS控制芯片控制激光器与扫描模块识读条形码图像的帧形成同步时间，即可消除激光器瞄准时对条形码的识别的影响。另外，分别调整第四电阻R4/第五电阻R5的阻值即可灵活地设置激光器的功率PLD/激光器的保护电流IPD的值。请继续参阅图3，所述帧曝光信号STROBE的波形可对应图像输出波形PO，激光器M1的第2脚的波形可对应激光输出的波形为LO，则激光器的开关与激光扫描模块识读条形码图像的帧的同步关系如图3所示。这样通过帧曝光信号STROBE即可控制激光器M1的输出脉冲，从而消除了激光器的指引图案对条形码识读带来的影响，提高了激光扫描模块正确识读条形码符号的性能。
基于上述的激光扫描模块，本发明还提供一种激光扫描模块的屏蔽激光干扰的方法，请参阅图5，所述屏蔽激光干扰的方法包括：
S10、控制电路根据外部设备输出的电源开关信号控制激光器的供电状态。
S20、控制电路根据CMOS控制芯片输出的帧曝光信号、控制激光器的开关与激光扫描模块识读条形码图像的帧同步。
其中，在所述步骤S20中，控制电路在每个帧周期内控制激光器进行一次开关来与激光扫描模块识读条形码图像的帧同步，在帧周期的曝光时间内关闭激光器，在帧周期的采样时间内打开激光器。则所述步骤S20具体包括：
步骤21、控制电路的供电单元在帧曝光信号为高电平的曝光时间内断开电源电压的输出，在帧曝光信号为低电平的采样时间内输出电源电压；
步骤22、控制电路的开关单元检测电源电压输入时打开激光器，检测无电源电压输入时关闭激光器。
综上所述，本发明提供的激光扫描模块及其屏蔽激光干扰的方法，采用CMOS控制芯片的曝光周期的时延可控，根据CMOS控制芯片的帧曝光输出脚输出的脉冲的帧曝光信号来同步激光器的开关，在不影响激光指引效果的前提下，消除激光瞄准对光学系统的影响，从而消除激光器指示图案对图像采集时的影响，提高了激光扫描模块识读条码的正确性，对激光扫描设备性能的提升具有积极的效果。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种激光扫描模块，连接外部设备，其特征在于，包括激光器、CMOS控制芯片和控制电路；
所述CMOS控制芯片输出帧曝光信号，外部设备输出电源开关信号；所述控制电路根据电源开关信号控制激光器的供电状态，还根据帧曝光信号控制激光器的开关与激光扫描模块识读条形码图像的帧同步。
2.根据权利要求1所述的激光扫描模块，其特征在于，所述激光扫描模块识读条形码图像的一个帧周期包括高电平的曝光时间和低电平的采样时间；控制电路在每个帧周期内控制激光器进行一次开关来与激光扫描模块识读条形码图像的帧同步，在帧周期的曝光时间内关闭激光器，在帧周期的采样时间内打开激光器。
3.根据权利要求2所述的激光扫描模块，其特征在于，所述控制电路包括供电单元和开关单元；
所述供电单元根据输入的电源开关信号控制激光器的供电状态，在帧曝光信号为高电平的曝光时间内断开电源电压的输出，在帧曝光信号为低电平的采样时间内输出电源电压；
所述开关单元检测电源电压输入时打开激光器，检测无电源电压输入时关闭激光器。
4.根据权利要求3所述的激光扫描模块，其特征在于，所述供电单元包括第一三极管、第二三极管、第一电阻和第二电阻；
所述第一三极管的基极连接外部设备，第一三极管的发射极连接电源端，第一三极管的集电极连接激光器的第1脚和第二三极管的发射极，第二三极管的基极连接第一电阻的一端和CMOS控制芯片的帧曝光输出脚，第一电阻的另一端连接电源端，第二三极管的集电极连接第二电阻的一端，第二电阻的另一端连接开关单元。
5.根据权利要求4所述的激光扫描模块，其特征在于，所述供电单元还包括第一电容和第三电阻；
所述第一电容的一端连接第一三极管的发射极和电源端，第一电容的另一端接地，第三电阻的一端连接第二三极管的基极，第三电阻的另一端连接第一电阻的一端和CMOS控制芯片的帧曝光输出脚。
6.根据权利要求4所述的激光扫描模块，其特征在于，所述开关单元包括第三三极管、第四三极管、第四电阻和第五电阻；
所述第三三极管的基极连接第二电阻的另一端和第四三极管的集电极，第三三极管的集电极连接激光器的第2脚，第三三极管的发射极连接第四电阻的一端，第四电阻的另一端连接第五电阻的另一端和地，第四三极管的基极连接激光器的第3脚和第五电阻的一端，第四三极管的发射极连接第五电阻的另一端和地。
7.一种采用权利要求1所述的激光扫描模块的屏蔽激光干扰的方法，其特征在于，包括：
步骤A、控制电路根据外部设备输出的电源开关信号控制激光器的供电状态；
步骤B、控制电路根据CMOS控制芯片输出的帧曝光信号、控制激光器的开关与激光扫描模块识读条形码图像的帧同步。
8.根据权利要求7所述的激光扫描模块的屏蔽激光干扰的方法，其特征在于，在所述步骤B中，控制电路在每个帧周期内控制激光器进行一次开关来与激光扫描模块识读条形码图像的帧同步，在帧周期的曝光时间内关闭激光器，在帧周期的采样时间内打开激光器。
9.根据权利要求7所述的激光扫描模块的屏蔽激光干扰的方法，其特征在于，所述步骤B包括：
步骤B1、控制电路的供电单元在帧曝光信号为高电平的曝光时间内断开电源电压的输出，在帧曝光信号为低电平的采样时间内输出电源电压；
步骤B2、控制电路的开关单元检测电源电压输入时打开激光器，检测无电源电压输入时关闭激光器。
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