CN202093527U - 微型嵌入式低功耗二维条码扫描影像模组 - Google Patents

Abstract

一种微型嵌入式低功耗二维条码扫描影像模组，包括解码电路板、CMOS影像模块、照明灯、瞄准灯、壳体。CMOS影像模块获取条码图像，传输给解码电路板，由其上运行的解码软件内核进行图像处理，由通信接口输出解码结果。其主要特点是：微型嵌入式；功耗非常低；解码率和速度高；硬件集成简单便捷，可靠性可维护性好；CMOS光学影像模组可更换；适应从全黑暗到日光直射的所有照明环境；高亮瞄准灯指示条码位置；软件内核可定制更新；可输出数字图像文件；可识读一维条码。本实用新型从硬件电路和解码软件内核到壳体模具，完全自主研发和设计。成本低廉，性能优异，适合在条码应用特别是二维条码应用领域内普及和推广。

Description

微型嵌入式低功耗二维条码扫描影像模组

技术领域

本实用新型属于一种影像式二维条码扫描引擎模组设备，特别是一种微型的、嵌入式的、低功耗的、影像式二维条码扫描引擎模组，也可识读一维条码。 

背景技术

一维条码在物流、仓储、零售等行业已经被广泛应用。成熟且可靠的高速一维条码扫描引擎模组技术是其被广泛应用的基础。但是传统的激光式一维条码扫描技术虽然可以读取一维条码和某些堆叠式二维条码(如PDF417)，但却无法读取应用领域更广泛的各种矩阵式二维条码。近些年来，二维条码应用领域迅速增长。二维条码相对一维条码来说，其数据容量更大、容错能力更强、印刷面积更小、保密特性更好。随着二维条码市场的迅速发展，从物流跟踪溯源到仓储管理，从行业防伪方案、条码电子门票到手机二维条码应用等等，二维条码已经在很多领域被广泛使用。本实用新型所涉及的影像式条码扫描技术，是基于CMOS成像技术，通过从专用条码扫描光学镜头和CMOS影像模组获取数字图像，然后进行数字图像处理和条码识别，从而实现条码的扫描识读。此实用新型不但可用于识读各种二维条码，同样可以识读一维条码。在国内，二维条码应用已经呈现出高速发展态势。农业部溯源、铁道部火车票实名制等应用，以及国内物联网的迅速发展，使得国内二维条码应用迅速得到普及。本实用新型以其完全自主知识产权的本土优势，成本低廉、性能优异，将会为国内二维条码应用的普及做出贡献。 

发明内容

本实用新型目的在于提供一种微型的、可嵌入式的、低功耗的、影像式的二维条码扫描引擎模组。非常适合于嵌入到安装空间狭小、要求低功耗、要求高可靠性和高稳定性、要求集成的便捷性、有各种条码扫描的定制化要求的各种设备中，例如条码扫描枪、具备条码扫描功能的电池供电的手持机和数据采集器、具备条码扫描功能的各种POS机或者台式终端机等设备。 

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案实现： 

一种微型嵌入式低功耗二维条码扫描影像模组，包括解码电路板模块、CMOS影像模块、照明灯模块、瞄准灯模块、壳体，其中： 

解码电路板模块是一个微型计算机装置，完成数据运算和处理、数据存储、数据通信传输、信号控制功能。包括了ARM中央处理器、SDRAM动态存储器、DataFlash存储器、电源管理模块以及控制电路。其中中央处理器采用ARM9架构的高性能处理芯片；SDRAM用于实时运算时的数据存储；DataFlash用于存放解码软件内核执行代码以及保存各种参数数据；电源管理模块则用于为各个部件提供要求的供电电压和电流。上述各芯片部件采用的均为通过精心设计挑选的低功耗芯片，确保本实用新型整体功耗达到最低。解码电路板后端设计有FPC连接器底座，通过FFC/FPC排线就可以与外部设备相连，此FPC连接的输入输出方式既方便又可靠。 

CMOS影像模块用来获取条码数字图像，由CMOS影像子模块和CMOS控制电路组成。 

CMOS影像子模块是一个相对独立的部件，由前端专用的条码扫描光学镜头、底座以及底部CMOS影像芯片电路组成，并封装成为一个独立部件。其底部统一设计了板对板24针连接器，可以很方便地与CMOS控制电路板接插连接。这种设计使得此CMOS影像子模块可进行更换，以适应不同的条码扫描应用场景。其中光学镜头和CMOS影像芯片的不同匹配封装，可实现具有不同扫码视场角、不同扫码景深特性的可选CMOS影像子模块。例如普通工作距离较宽景深扫码、超广角扫码，近距高密度扫码等。 

CMOS控制电路主要用于驱动和控制CMOS影像子模块。此控制电路与瞄准灯模块中的控制电路被设计在同一个硬件电路板上，使结构更紧凑。此电路板通过一个FPC连接器以及一根FPC排线与解码电路板上对应的一个FPC连接器相连。 

照明灯模块由四颗红色LED发光二极管以及相应的电路板组成。用于辅助补光和照明，使得本实用新型能够适应从完全黑暗到阳光直射的所有照明环境。照明灯模块的电路板通过两个铜柱分别与CMOS控制电路、瞄准灯模块电路连接和相通。 

瞄准灯模块由一颗高亮绿色LED发光二极管以及凸透镜瞄准光路系统和相应电路板组成。可以形成用于指示条码位置的绿色条状光斑，便于使用者准确定位条码扫描位置。瞄准灯模块中的绿色LED灯选用的是超高亮度的发光二极管，功耗小、亮度高、寿命长。其顶端最高亮度可达到10000～20000mcd，保证了不同光线下都可以清晰指示条码位置。瞄准灯模块中的凸透镜瞄准光路系统由内部结构部件组合而成，其中聚光用的凸透镜位于本实用新型最前端的PMMA材质前面板部件上，光路则是由内部的一个带有一字形缝隙的套筒部件来形成。高亮绿色LED发光二极管通过此内部结构以及前端的凸透镜形成了完整的瞄准光路光学系统，从而在本实用新型产品前面可以形成一个绿色条状光斑，用于指示被扫条码位置。 

瞄准灯电路与CMOS控制电路被设计放置于同一块硬件电路板上。此电路板通过一个FPC连接器以及一根FPC排线与解码电路板上对应的一个FPC连接器相连。通过这种FPC连接方式，CMOS影像模块以及瞄准灯模块都受解码电路板的控制，解码电路板通过此排线控制和接收来自CMOS影像模块的数字图像，同时也控制瞄准灯的操作。 

壳体是由前端透明PMMA材质前面板和黑色ABS材质底部外壳组成。用于容纳、连接和固定各个部件，使本实用新型更容易安装和内嵌到其他设备中。前端PMMA材质的前面板内嵌了凸透镜，用于瞄准灯模块的瞄准光路系统中。前面板还设计了四个突出的卡脚，可以方便地卡在底部外壳上，用于固定。黑色ABS材质底部外壳主要用于容纳和固定上述各个模块，各部件与外壳的装配关系分别为：前端前面板通过卡脚卡在此外壳前部；前面板、照明灯模块、瞄准灯模块通过两根铜柱焊接固定并内嵌于此外壳中；解码电路板则通过三颗自攻螺丝固定于此外壳顶部。 

前端PMMA材质的前面板、照明灯模块中的电路板、以及CMOS模块中和瞄准灯模块中的电路板，三者通过两根细铜柱连接并焊接固定在一起。此两根铜柱有两个作用，一是将上述三个部件紧固在一起，形成整体方便装配并保证了瞄准灯光路系统的精确性；二是将照明灯电路板与CMOS模块、瞄准灯模块电路板在电路上连接起来，使得电路导通。 

黑色ABS材质外壳，在其底部还设计了三个安装孔。便于将本实用新型产品固定在外部其他设备中。 

本实用新型的优点是： 

微型，结构紧凑，尺寸小巧。整体尺寸仅仅约为26mm×28mm×13mm(长宽 高)，可以非常方便地内嵌到任何手持设备、数据采集器、扫描枪、pos机、台式设备、多功能机柜中。 

一体化设计，功能强大、可靠性好。本实用新型相当于一台超微型计算机系统，从照明补光、瞄准灯指示、数字图像采集、数字图像处理、条码解析、解码结果输出、设置参数控制等各种功能全部集合在本实用新型中。本实用新型独立完成上述所有功能，功能强大、功能完备，运行可靠，解码效率非常高。 

硬件移植简单便捷。本实用新型仅仅通过一根FFC/FPC排线与外部设备相连，并包含了RS232串口、USB等输入输出接口，因此硬件集成非常简单方便，可大大缩短外部设备集成移植的工作量。 

软件内核可定制和更新。基于ARM架构的软件内核也属于本实用新型的重要部分，其具有功能可定制，软件可更新的优势。可根据用户的具体需求增减、调整各种功能。 

各种条码码制均可支持。无论二维条码还是一维条码，本实用新型都可支持。私有码制、定制码制也可以在不改动硬件的前提下非常方便地支持。 

功耗非常低，更环保。设计时就已经考虑到降低功耗问题，因此所选器件均具备低功耗特性。峰值功耗只有900mW左右，远远低于同类产品。非常适合于电池供电的手持设备，增加手持设备的电池续航能力。 

有多种光学镜头CMOS模组可供选择，以适应各种不同的应用场景需求。本实用新型的CMOS模块是条码专用的CMOS镜头模组，按照独立部件设计，只需更换CMOS模块即可获得宽景深范围扫码、超广角扫码、超微距扫码等不同的场景使用要求。 

可适应从全黑暗到日光直射等所有光照环境。本实用新型具有独立的照明补光系统，无需外部设备额外增加补光电路。 

具有瞄准定位功能。本实用新型设计有高亮度瞄准定位LED灯系统，瞄准光学系统设计精巧，方便用户在使用中指示和定位条码的位置。 

成本低廉。本实用新型所有硬件电路设计、软件算法、壳体结构均具有完全自主知识产权。所选用的各种器件部件性能优异，但其总体成本较之其他同类产品具有巨大优势，特别适合在国内二维条码市场中普及和应用。 

附图说明

图1是本实用新型的系统原理方框图； 

图2是本实用新型的整体尺寸图； 

图3是本实用新型的外观示意图； 

图4是本实用新型的底部外观示意图 

图5是本实用新型内部结构示意图； 

图6是本实用新型内部套筒部件示意图； 

图7是本实用新型内部铜柱部件示意图； 

图8是本实用新型CMOS影像子模块的底部连接器结构示意图。 

具体实施方式

下面是本实用新型的一种典型实施例，并结合附图进行详细说明。 

如图1所示，一种微型嵌入式低功耗二维条码扫描影像模组由解码电路板模块1、CMOS影像模块2、照明灯模块3、瞄准灯模块4、壳体5以及运行于解码电路板模块1之上的解码软件内核组成。本实用新型与外部设备通过USB接口、RS232接口、控制信号接口等通信通道进行数据和控制信号的输入输出，并且外部设备为本实用新型提供电源。CMOS影像模块2和瞄准灯模块4的实际电路被设计在同一块硬件电路板上，使结构更加紧凑。解码电路板模块1负责控制其他模块，并为其他模块提供电源。 

如图1所示，解码电路板模块1是由ARM CPU中央处理器、SDRAM、DataFlash、电源管理模块等部分组成。ARM中央处理器采用ATMEL生产的型号为AT91SAM9G20高性能ARM9处理器，主频为400MHz；SDRAM采用HYNIX生产的型号为H55S2622JFR芯片，容量为256Mbit；DataFlash采用ATMEL生产的型号为AT45DB081D芯片，容量为8Mbit；电源管理模块采用LINEER生产的型号为LTC3541-1芯片。 

如图1所示的CMOS影像模块是由独立部件CMOS影像子模块和CMOS控制电路两部分组成，两者之间通过一对24针板对板连接器接插连接。CMOS影像子模块由光学镜头和CMOS影像芯片一体化封装，底部的24针板对板连接器采用的是松下生产的型号为AXK824145WG连接器，CMOS控制电路上则采用的是松下生产的型号为AXK724147G连接器底座。 

如图2所示，本实用新型的实施例外观整体尺寸约为26mm(长)×28mm(宽)×13mm(高)，尺寸属于微型，可以非常方便地嵌入到其他外部设备中。 

图3显示了本实用新型整体外观的各部分。其中1为PMMA透明材质的前面板；2为CMOS影像模块中的光学镜头所在位置；3为全透明凸透镜，内嵌在前面板1之中；4为黑色ABS材质的底部壳体；5为固定在壳体之上的解码电路板；6为解码电路板上的FPC连接器底座；7为与外部设备相连的FFC/FPC排线；8为三颗将解码电路板5固定到壳体4之上的紧固自攻螺丝。 

图4显示了本实用新型的底部外观示意图，其中9为两根将图3中1以及内部照明灯模块电路板和CMOS影像模块/瞄准灯模块电路板连接在一起的铜柱；10为底部设计的三个固定用圆孔，用于将本实施例固定在其他外部设备上。 

图5显示了本实用新型实施例的内部构造件，不包括各个电路板。其中1为PMMA透明材质的前面板；2为内部的套筒部件；3为内嵌在前面板1中的全透明凸透镜；4和6分别为两侧的铜柱；5为底部壳体。其中铜柱4和6用于将前面板1与照明灯电路板、CMOS影像模块/瞄准灯模块电路板连接并固定在一起。铜柱4和5与电路板之间通过焊接方式连接，起到了导通电路和固定整个结构的双重作用。其中套筒部件2的详细结构参见图6，套筒部件具有两个作用，一是定位光学镜头位置，二是形成瞄准灯光路。 

如图6所示为内部套筒部件，采用ABS材质。如图5其中1为中间带有一字形缝隙的圆柱形套筒；2为中间有较大圆通孔的套筒。瞄准灯模块中高亮的绿色LED灯位置正好处于圆柱形套筒1的顶端，由此高亮绿色LED灯--带有一字形缝隙的圆柱形套筒--前面板上的全透明凸透镜，这三者形成了瞄准灯光路。点亮高亮绿色LED灯之后，将在前端出现一字形绿色指示用光斑。 

如图7所示为铜柱部件示意图，如图中所示，左右各一根铜柱，顶端为突出的帽状凸台，此凸台卡在前面板中，用于导通电路和固定前面板和内部电路板。 

图8显示了CMOS影像模块中CMOS影像子模块的底部连接器结构。在CMOS影像模块中，包含有光学镜头的CMOS影像子模块采用了独立模组方式设计，便于根据不同应用场景需求来更换不同的光学镜头模组。CMOS影像子模块由光学镜头和底部的PCB电路以及底部统一的板对板24针连接器封装。24针连接器采用松下生产的型号为AXK824145WG的连接器。 

如图8所示，左侧为左视图，右侧为正视图。其中1为松下生产的型号为AXK824145WG的连接器；2为封装在光学镜头底部的CMOS的PCB电路板；3的箭头方向封装有各种专用扫描的光学镜头，可以是宽景深镜头、广角镜头、微距景深镜头等。图中底座为正方形，尺寸为8mm×8mm。CMOS型号可以有非常多的选择，只要能够封装到此8mm×8mm尺寸之内的CMOS均可使用。本实施例中可供选择的CMOS型号就包括了OV9650、OV9653、OV9655、OV7740、OV9712等。这种独立的CMOS影像光学镜头模组设计，可以确保本实用新型在不更改结构的前提下，最大限度地适应各种条码扫描应用场景。做到了功能更全面，成本更低廉。 

以上所述，只是本实用新型的一种实施例，但本实用新型的具体实施方式不仅限于此。凡根据本实用新型说明书、权利要求书及附图所做的等效结构变换；以及本实用新型电路设计中关键元器件功能类型相似，但仅仅更换同类型的不同型号元器件而得出的其他实施例，均应包含在本实用新型保护范围内。 

Claims (16)

1.一种微型嵌入式低功耗二维条码扫描影像模组，包括解码电路板模块、CMOS影像模块、照明灯模块、瞄准灯模块、壳体，其中：

解码电路板模块是一个微型计算机装置，完成数据运算和处理、数据存储、数据通信传输、信号控制功能；

CMOS影像模块用来获取条码数字图像；

照明灯模块由四颗红色LED发光二极管以及相应的电路板组成，用于辅助补光和照明；

瞄准灯模块由一颗高亮绿色LED发光二极管以及凸透镜瞄准光路系统和相应电路板组成，可以形成指示条码位置的绿色条状光斑；

壳体由透明PMMA材质前面板和黑色ABS材质底部外壳组成，用于容纳、连接和固定各个部件。

2.根据权利要求1所述的微型嵌入式低功耗二维条码扫描影像模组，其特征在于：所述解码电路板模块是一个微型计算机装置，包含了ARM9中央处理器(CPU)、DataFlash存储器、SDRAM存储器、电源管理模块。

3.根据权利要求2所述的微型嵌入式低功耗二维条码扫描影像模组，其特征在于：所述解码电路板模块上的ARM9中央处理器具有RS232和USB两种通信接口，可用于向外部发送解码结果数据。

4.根据权利要求2所述的微型嵌入式低功耗二维条码扫描影像模组，其特征在于：所述解码电路板模块上设计有一个FPC连接器底座，通过一根FFC/FPC排线与外部设备连接，此连接器包含了RS232通信接口、USB通信接口。

5.根据权利要求1所述的微型嵌入式低功耗二维条码扫描影像模组，其特征在于：所述CMOS影像模块由带有光学镜头的CMOS影像子模块和CMOS控制电路板组成。

6.根据权利要求5所述的微型嵌入式低功耗二维条码扫描影像模组，其特征在于：所述的CMOS影像子模块为一体设计，底部采用板对板24针连接器封装，用接插方式连接于CMOS控制电路板上。

7.根据权利要求5所述的微型嵌入式低功耗二维条码扫描影像模组，其特征在于：所述的CMOS控制电路板，通过一根FPC连接排线与解码电路板模块相连，受解码电路板模块控制，用于获取数字图像数据并将数字图像数据传输给解码电路板模块。

8.根据权利要求1所述的微型嵌入式低功耗二维条码扫描影像模组，其特征在于：照明灯模块电路板与解码电路板模块相连，并受其控制。

9.根据权利要求1所述的微型嵌入式低功耗二维条码扫描影像模组，其特征在于：所述的瞄准灯模块由包含有一颗高亮LED发光二极管的电路板、凸透镜和套筒构成的汇聚光路两部分组成。

10.根据权利要求9所述的微型嵌入式低功耗二维条码扫描影像模组，其特征在于：所述的绿色高亮LED发光二极管电路配合凸透镜和套筒来汇聚光路，形成绿色条形光斑，指示条码位置。

11.根据权利要求9所述的微型嵌入式低功耗二维条码扫描影像模组，其特征在于：所述的凸透镜部件位于壳体前方的透明PMMA前面板上。 

12.根据权利要求9所述的微型嵌入式低功耗二维条码扫描影像模组，其特征在于：所述的套筒是一个独立部件，其内部有一字形缝隙。

13.根据权利要求5所述的微型嵌入式低功耗二维条码扫描影像模组，其特征在于：所述CMOS影像模块中的CMOS控制电路板和所述的瞄准灯模块的电路板，两者制作于同一块电路板上。

14.根据权利要求13所述的微型嵌入式低功耗二维条码扫描影像模组，其特征在于：所述的由CMOS影像模块中的CMOS控制电路和瞄准灯模块电路组成的统一的一块电路板，通过同一根FPC排线与解码电路板模块相连，也就是说，瞄准灯模块电路也是通过这根FPC排线与解码电路板模块相连，并且受解码电路板模块控制。

15.根据权利要求1所述的微型嵌入式低功耗二维条码扫描影像模组，其特征在于：所述壳体中的黑色ABS外壳，解码电路板模块通过三颗自攻螺丝固定于之上，黑色ABS外壳底部预留三个圆孔，便于本实用新型产品固定于其他外围设备。

16.根据权利要求1所述的微型嵌入式低功耗二维条码扫描影像模组，其特征在于：所述照明灯模块电路板、CMOS影像模块、壳体前方的透明PMMA材质前面板，三者通过两根铜柱贯穿并焊接固定在一起，形成一个整体，然后内嵌在黑色ABS外壳中。 

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