DSP基条码扫描器

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Clovee|  楼主 | 2018-7-16 12:07 | 显示全部楼层 |阅读模式
DSP基条码扫描器

目前,在市场上通常使用的条形码是一维条形码,它含有的信息量很小,一般需要后台数据库支持。二维条形码则有很大的数据容量,在一定情况下不需要后台数据库的支持,并且可以形成便携式数据文件进行离线传输,它的纠错能力极强,文件的局部破损、污染不会影响数据的准确读出。二维条码可对字符、汉字、图像、签字等进行编码,应用范围十分广阔。

系统框图

系统以DSP56F826芯片为核心控制模块, 使用CMOS数字图像传感芯片,图像采集分辨率可达640×480像素。当需要进行高分辨率的图象采集时,可改用1024×1024像素的芯片(成本将随之增加)。译码可靠性高。目前得到的误码率不超过6万分之一,并且还在不断改进,期望误码率不超过2000万分之一。采用RS-232通讯接口,将获取的二维条码信息实时上传给计算机显示处理。纠错等级达到8级,纠错能力强。

二维条码扫描器系统框图如图(1)所示。CMOS图像传感芯片为光电转换元件,用与采集二维条码图像,直接输出为数字信号。由外部扩展SRAM存储该数据,再送到DSP,进行图像处理、码字分割、码字识别、信号纠错等,当一组二维条码信息的识别完成以后,服务程序控制I/O接口给出中断申请信号,DSP响应此中断申请,进入中断服务程序。译码后的二维条码数据从I/O口经SCI RS-232传送至计算机,并在屏幕上显示。软件程序和PDF417码本都储存在DSP芯片中的FLASH内,而动态采集到的二维条码图象数据则储存在SRAM内。


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图1 二维条码扫描器框图

系统硬件设计

系统硬件电路主要包括以下七个部分:条码图象采集电路、DSP主控电路、存储器扩展电路、输出接口电路、复位与时钟电路、电源控制电路、照明控制电路。

条码图象采集电路

该电路以OV7120黑白图像传感芯片为核心,该芯片分辨率达到640×480像素,成像速度为30帧/秒,采取逐行扫描方式,输出为数字信号。此芯片功耗低,价格便宜,虽然CCD芯片在信噪比、灵敏度、成像质量等方面优于CMOS芯片,但在本系统设计中,采用CMOS芯片较为合适。

条码图像采集电路(图2)中,Y0-Y7为总线数字输出,HREF为水平参考信号,即行扫描信号;VSYN为垂直同步信号,即场同步信号。PCLK为像素时钟输出。该电路使用5V直流电,由电源控制电路提供。虽然该芯片使用5V工作电压,但它提供3.3V的I/O口,所以它可以与I/O电压为3.3V的DSP直接相连接,不需要电平转换。当DSP接收到VSYN信号时,表示芯片开始采集第一帧条码图像数据,随后接收到HREF信号,芯片开始进行第一行的数据采集,每来一个PCLK信号,芯片就采集一个像素点的信号,当DSP接收到下一个HREF信号,芯片就进行第二行的数据采集,直到采集完640行的数据,芯片停止采集。当DSP收到下一个VSYN信号时,表示芯片采集下一帧的数据。

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图2 条码图象采集电路框图

DSP主控电路

如图1所示,该电路以DSP56F826为核心。当OV7120图像传感芯片准备采集条码图像数据时,DSP发出一个初始信号,控制SRAM重新分配地址块,同时图像传感芯片开始采集条码图象数据。采集完数据并送到SRAM中储存后,DSP开始调用处理程序对数据进行译码,译码完成后,通过SCI RS-232将数据传输到计算机。

存储器扩展电路

由于DSP56F826片内提供的RAM只有4.5K字,而RAM中需存放大量动态采集到的条码图象数据,从条码采集电路传送过来的数据按如下计算:


640×480×4-bit = 1228800 bits

所以我们选用128K×16-bit 的IS61LV12816作为外部扩展,来满足系统需要。

DSP56F826为外部地址总线和外部数据总线分别提供了16个引脚,为总线控制提供了4个引脚,给扩展外围电路提供了方便。我们采用分开程序区和数据区的接口方法,采用程序选通线(/PS)接SRAM的A0地址线来实现。因此,数据区为SRAM的前64K(0000H_FFFFH),程序区为SRAM的后64K(10000H_1FFFFH)。对DSP而言,数据区和程序区的地址均为0000H_FFFFH。

输出接口电路

该电路使用异步串口RS-232,选用MAX202E芯片作为电平转换收发器。该芯片最高数据处理速率可达120Kbps,满足传送二维条码数据的要求。经过DSP译码后的数据信号TXD0通过T1IN引脚进入MAX202E,信号的电平被提高后,经T1OUT引脚输出,再通过SCI RS-232接口中的TXD口,将译码后数据传送给计算机。R1IN为接收输入信号,R1OUT为接收输出信号。

复位与时钟电路

虽然DSP内置了COP模块,可以完成watchdog功能,当DSP内核电压VDD低于2.2V或者I/O口电压VDDIO低于2.7V,系统自动复位。我们还专门加了外部RESET,防止系统受到外界干扰或电源波动时出现死机现象。

DSP56F826的系统时钟由晶振提供。我们用DSP芯片内部提供的晶振电路,在EXTAL和XTAL之间接一外部晶体(4MHz)。

电源控制电路

输入5V的直流电作为整个系统的电源。由于图像传感芯片OV7120使用5V电源,MAX202E用5V电源,外部SRAM用3.3V电源,DSP56F826 Core用2.5V电源,而DSP56F826 的I/O口用3.3V电源,所以电源分三路输出。

照明控制电路

采用主动光源,用三个发光二极管给条码采集提供照明,便于二维条码图象的定标。当开始采集图象数据时,DSP输出一控制信号,驱动发光二极管工作。采集结束后,在DSP控制下停止工作。

系统部分电路图示于图3。

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图3 部分硬件电路图

系统软件设计

二维条码扫描器开始工作时,首先采集二维条码图象数据,由于实际工作中条码图象会出现污损等情况,对码字的正确译出造成影响,所以必须对采集到的图象进行降噪、校正等处理。条码图象为灰度图象,对其进行二值化才能进行码字识别。在将PDF417码的所有码字正确分割后,以查表方式在码本中查找与码字相对应的值,将编码数据译出。为确认扫描的有效性,必须进行前向错误校验。如出错,则进行纠错。最后,将译码的正确数据传输到上位计算机或直接进行处理显示。软件框图如图4所示。


降噪处理

图象采集芯片OV7120成像速度为30帧/秒,但是在实际操作过程中,会有人手抖动、条码图象移动等情况产生,采集时间过长,就会导致每帧图象之间的差别相当大,进而造成很大的识别误差,所以在每一次扫描时,我们只取三帧图象,所用时间为 :(1 / 30 ) × 3 = 0.1 s ,可以忽略人手抖动等影响。设采集到的三帧图象为I1 (x , y) 、I2 (x , y) 、I3 (x , y) , 每帧的噪声方差为σ2,取平均可得到:


I (x , y) = I (x , y)的噪声方差为σ2/3 。

可见此方法可以有效降噪。我们不采用常见的中值滤波、Butterworth滤波等方法,是因为一个码字占有3、4个像素点,用中值或Butterworth滤波处理污损的图象,将对图象造成结构性的破坏。

图象二值化

首先统计出图象的直方图,然后用Bayesian最佳分类器,确定最佳二值化门限电平,实现对图象的二值化处理。此二值化门限电平必须是动态调整的,因为每次的光照等外界条件是不同的,每扫描一次条码,就必须确定一个新的二值化门限电平。动态采集到的条码图象有300K像素点,但只需要取图象中间区域进行统计直方图,取中间的64×64个像素点,平均每统计一个像素点需要2个指令周期,可算得统计直方图总共需要64×64×2=8192个指令周期。确定二值化门限电平需要约2000个指令周期,由此可计算所用时间约为:(8192+2000)/ 40000000 = 0.00025 s。

码字识别与信号纠错

在码字分割完成之后,采用模板匹配方式,在固定的码本中查找与码字相对应的值,将码字译出。这里不需要用到神经网络,因为PDF417码字模式非常标准,用简单的模板匹配即可完成,不需复杂化。对一个码字进行模板匹配需要8000个指令周期,平均每个二维条码包含500个码字,则进行模板匹配总共需要时间为:8000×500 / 40000000 = 0.1 s 。为确保译码的有效性,使用R-S错误控制码对码字进行检错和纠错,每个码字的检错和纠错需要用100个指令周期,所以总共需要100×500 / 40000000 = 0.00125 s的时间来完成二维条码数据纠错。

结语

所设计的二维条码扫描器用DSP56F826芯片为系统核心,采用优化算法,可以快速高效地对二维条码进行识别处理。


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Clovee|  楼主 | 2018-7-16 12:08 | 显示全部楼层
DSP基条码扫描器

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quickman| | 2018-7-16 22:39 | 显示全部楼层
扫描器一般可以通过RS232通信

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jstgotodo| | 2018-7-16 22:40 | 显示全部楼层
用STM32系列单片机比较合适

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iamaiqiyi| | 2018-7-16 22:40 | 显示全部楼层
这个能够识别二维码吗

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dzfansman| | 2018-7-16 22:40 | 显示全部楼层
识别的程序怎么样

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sanxingnote7| | 2018-7-16 22:40 | 显示全部楼层
跟着大神学习一下。

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backlugin| | 2018-7-16 22:41 | 显示全部楼层
没有软件和硬件吗?

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sdCAD| | 2018-7-16 22:41 | 显示全部楼层
看着好高端,以前都是使用手机识别。

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fengm| | 2018-7-16 22:41 | 显示全部楼层
对字符、汉字、图像、签字识别能行?

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jkl21| | 2018-7-16 22:42 | 显示全部楼层
单片机能否获得扫描枪或扫描仪的 扫描结果?

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maqianqu| | 2018-7-16 22:42 | 显示全部楼层

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sanxingnote7| | 2018-7-16 22:42 | 显示全部楼层
二维条码看着好高端呢。

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quickman| | 2018-7-16 22:42 | 显示全部楼层
相信任何单片机应该都具有这个功能

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dzfansman| | 2018-7-16 22:42 | 显示全部楼层
使用的是什么算法?

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jstgotodo| | 2018-7-16 22:42 | 显示全部楼层
DSP的价格有点贵。

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iamaiqiyi| | 2018-7-16 22:42 | 显示全部楼层
效果怎么样呢?

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maqianqu| | 2018-7-16 22:42 | 显示全部楼层
主要是识别的效率怎么样

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jkl21| | 2018-7-16 22:42 | 显示全部楼层
怎么能读取的结果呢?

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fengm| | 2018-7-16 22:42 | 显示全部楼层
能够识别的效率怎么样?

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