基于51單片機(jī)物聯(lián)網(wǎng)掃描器的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

王彥朋

（鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 信息工程學(xué)院，河南 新鄭 451100）

基于51單片機(jī)物聯(lián)網(wǎng)掃描器的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

王彥朋

（鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 信息工程學(xué)院，河南 新鄭 451100）

本文介紹了51單片機(jī)硬件電路圖的掃描器識(shí)別系統(tǒng)，通過(guò)單片機(jī)、示波器和軟件編程的結(jié)合，來(lái)實(shí)現(xiàn)條形碼掃描器對(duì)電路圖的自動(dòng)識(shí)別以及信息的采集.理論表明此電路圖掃描器，具有對(duì)硬件電路圖的掃描識(shí)別，及對(duì)硬件的電路圖的信息采集和存儲(chǔ)的功能.

51單片機(jī)；示波器；電流模式；電容耦合；物聯(lián)網(wǎng)

1 引言

本研究的目的在于采用51單片機(jī)設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)一套低成本的電路圖識(shí)別掃描器，物品在內(nèi)部構(gòu)造或被植入芯片時(shí)，物品就隨著芯片電路圖而被編號(hào)，電路圖自身被掃描時(shí)，同類電路圖發(fā)出的信號(hào)是一樣的，則這類商品信息就會(huì)被采集到.目前自動(dòng)識(shí)別技術(shù)有以下幾種：光符號(hào)識(shí)別技術(shù)，磁字符識(shí)別技術(shù)，磁性條識(shí)別技術(shù)，機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)，條形碼自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，射頻輸入技術(shù)和語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)等等[1].本文也是在光電轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)上，通過(guò)AT89C51單片機(jī)作為核心處理器，對(duì)電路圖進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別的.

2 物聯(lián)網(wǎng)掃描器平臺(tái)開(kāi)發(fā)

實(shí)物的電路由示波器激活，產(chǎn)生信號(hào)，由示波器呈現(xiàn)，單片機(jī)接收，同時(shí)實(shí)物的電路可以由單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，示波器可以分析出頻譜解調(diào)從而實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的采集.基于AT89C51單片機(jī)的掃描器設(shè)計(jì)是以模電轉(zhuǎn)換器作為基礎(chǔ)，結(jié)合AT89C51作為核心處理，進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別的.其開(kāi)發(fā)分以下幾個(gè)重要步驟，首先是對(duì)電路圖的激活，其次對(duì)信號(hào)圖像的呈現(xiàn)，再是對(duì)信號(hào)的接收和電路圖的真實(shí)再現(xiàn)，最后是對(duì)此類電路圖實(shí)物的信息采集和登記.

2.1 信號(hào)的采集

電路圖和信號(hào)的轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)

采用電流模式低噪聲放大器和混頻器作為整體設(shè)計(jì)，包括有一個(gè)差分跨導(dǎo)低噪聲放大器和一個(gè)差分差分電流模式混頻器.單端跨導(dǎo)低噪聲放大器包含一個(gè)MOS管、兩個(gè)電容、兩個(gè)電感；設(shè)計(jì)采用零中頻結(jié)構(gòu)，接收機(jī)中的振蕩器作為正交振蕩器實(shí)現(xiàn)鏡像抑制和解調(diào)；用二次諧波電容耦合的方式實(shí)現(xiàn)正交輸出.

2.2 示波器對(duì)電路圖的信號(hào)采樣和分析

示波器對(duì)電路圖的采樣，通過(guò)單片機(jī)電路所發(fā)出的的信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn).當(dāng)示波器的電子電路得到電荷時(shí)，水平偏轉(zhuǎn)板會(huì)使電子束在管內(nèi)水平方向上發(fā)生彎曲，從而使在熒光屏上顯示光亮點(diǎn)以一條實(shí)線出現(xiàn)在觀察者的眼前[2].例如：平板顯示器通過(guò)電路驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)才可以正常工作.電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在很多程度上以來(lái)顯示屏的顯示單元結(jié)構(gòu)、顯示電極引出方式及驅(qū)動(dòng)方法和驅(qū)動(dòng)波形的選擇等，同時(shí)在很大程度上決定著顯示的質(zhì)量[3].

如圖1：

圖1 數(shù)字存儲(chǔ)示波器系統(tǒng)

2.3 單片機(jī)對(duì)示波器的分析及電路解讀

2.3.1 示波器信號(hào)的調(diào)理和電路圖設(shè)計(jì)

示波器主要由模擬通道、數(shù)據(jù)采集等部分組成.而模擬通道主要由信號(hào)通道與觸發(fā)通道組成.輸入的信號(hào)經(jīng)過(guò)模擬通道無(wú)失真處理后，經(jīng)過(guò)A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換器將輸入信號(hào)電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，這些數(shù)字量經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊處理，然后對(duì)其進(jìn)行存儲(chǔ)并最終到LED顯示[4].

如圖2：

圖2 數(shù)字存儲(chǔ)器系統(tǒng)框架圖

同樣利用D/A轉(zhuǎn)換器得到解讀出信號(hào)的電路，從而在單片機(jī)上實(shí)現(xiàn).

2.3.2 掃描器的制作

手持式激光掃描器系統(tǒng)工作原理是激光三角測(cè)距法.手持式激光掃描器系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng).

首先半導(dǎo)體激光束通過(guò)反射鏡反射到位置敏感探測(cè)器上，對(duì)于發(fā)射光束位置 敏感的探測(cè)器將反射光的位置信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，一方面輸出給數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，一方面輸出給模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊前的準(zhǔn)備工作.隨后反饋信號(hào)經(jīng)過(guò)ADC采集，進(jìn)入到FPGA內(nèi)部進(jìn)行緩存，隨后在FPGA內(nèi)部實(shí)現(xiàn)二維的PID控制算法的處理，再由DAC模塊轉(zhuǎn)換模擬信號(hào)，最后經(jīng)過(guò)電壓放大模塊驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷，從而控制發(fā)射鏡的偏轉(zhuǎn).[5]

原理：當(dāng)光照二極管的時(shí)候，三極管的集電導(dǎo)通從而帶動(dòng)三極管導(dǎo)通，整個(gè)電路處于導(dǎo)通狀態(tài).

二 光電三極管的制作.其結(jié)構(gòu)與晶體三極管相似.有PNP平面型和NPN平面型的兩種光電三極管[6].如PNP型3CU硅光電三極管，NPN型3DU硅光電三極管.三極管作為光電開(kāi)關(guān)的兩個(gè)應(yīng)用.分別是在有光照的時(shí)候，電路導(dǎo)通，帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作；無(wú)光照時(shí)候，電路導(dǎo)通帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作.

2.3.3 電路圖譯碼器的的設(shè)計(jì)

一本編程采用C語(yǔ)言，易于控制.#include包含全部的51單片機(jī)的全部特殊寄存器和端口，下面是本系統(tǒng)的一些端口和寄存器的定義.

二通信時(shí)特殊寄存器的設(shè)置.計(jì)時(shí)器模式控制寄存器TMOD，當(dāng)用戶要使用計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器Timer0和Timer1時(shí)，必須先設(shè)置寄存器.其中GATE=1表示Timer1或是Timer0必須在高電位時(shí)才會(huì)初始化，C/T=1表示計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)是由外部引腳T0或T1輸入計(jì)時(shí)的脈沖.M1和M0用來(lái)選擇計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器的工作模式.

部分參數(shù)如圖3：

圖3 TMOD的內(nèi)容

本系統(tǒng)通過(guò)設(shè)置REN=1使串行口接收數(shù)據(jù)，SMOSM1 =01，選擇工作模式1.串行口在工作方式1時(shí)，傳送或接收數(shù)據(jù)都是由1位的開(kāi)始位（Startbit）、8位的數(shù)據(jù)位和1位的結(jié)束位（Stopbit）所組成，數(shù)據(jù)傳送或接收都由低位開(kāi)始.數(shù)據(jù)傳送時(shí)通過(guò)TXD引腳送出，數(shù)據(jù)接收時(shí)通過(guò)RXD引腳接入.串行口的傳送或接收速率由石英晶體振蕩頻率和SMOD位決定.

SMOD=0時(shí)，

SMOD=1時(shí)，

2.4 軟件設(shè)計(jì)中會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題

軟件設(shè)計(jì)中信號(hào)采集問(wèn)題：信號(hào)采集存儲(chǔ)，中斷0和中斷1是否為下降沿觸發(fā)，如果是電平觸發(fā)，將導(dǎo)致計(jì)數(shù)不準(zhǔn).只有將IT0和IT1的賦值1，這樣才能中斷交替，使條和空得到準(zhǔn)確記錄.

邏輯化問(wèn)題：為消除，除掃描不均勻帶來(lái)的錯(cuò)誤,用兩個(gè)數(shù)組tiao[N],kong[M],再對(duì)這兩個(gè)數(shù)組進(jìn)行邏輯化.后來(lái)在軟件中將數(shù)據(jù)統(tǒng)一存放在wide[N]數(shù)組當(dāng)中，然后將它相鄰的數(shù)比較作邏輯值化.

3 結(jié)論

本文運(yùn)用了示波器與單片機(jī)電路編程結(jié)合的方法，用單片機(jī)作為對(duì)信號(hào)的接收和轉(zhuǎn)換.單片機(jī)以其成本低、擴(kuò)展性好、功能強(qiáng)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì),被廣泛應(yīng)用于各種計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中.本系統(tǒng)選用AT89C51單片機(jī)及簡(jiǎn)單的邏輯器件,充分利用單片機(jī)內(nèi)部可編程的定時(shí)器和中斷的功能使實(shí)物的信息采集有了原理的保證，今后此單片機(jī)的硬件電路圖條形碼自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，將使信息的采集以及對(duì)實(shí)物的管理更加便捷化.電路圖與信號(hào)的互相轉(zhuǎn)換時(shí)本文的關(guān)鍵，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的核心.通過(guò)連接電腦實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的信息記錄，達(dá)到對(duì)物品的編碼，有效的實(shí)現(xiàn)了某類物品的聯(lián)網(wǎng)，使用此物聯(lián)網(wǎng)掃描器，將會(huì)我們的生活帶來(lái)巨大的改變，能有效的使物品信息化的社會(huì)加速到來(lái)[7].

〔1〕MaMinglin.Currentmoderfreceiverfront-enddesign [D].Hunanuniversity,2011,(4):1-124；馬銘磷．電流模式射頻接收機(jī)前端設(shè)計(jì)[D].湖南大學(xué),2011（4）：1-124.

〔2〕ZhangChengxiang.Usingoscilloscopeforautoignition systemfaultanalysisanddiagnosis [J].Vehicleelectrical journal,2004,(2):50to52；張成祥.用示波器對(duì)汽車點(diǎn)火系進(jìn)行故障分析和診斷[J].汽車電器雜志,2004(2)：50-52.

〔3〕Zhao Shouzhen ShangBoHan,XieBaosen Qin Yu super,in.The photoelectricflatdisplay single-chip drivercircuitresearch [J].Journalofoptoelectronic technology,2004,12(4):257-261；趙守珍，商伯涵，謝寶森，秦玉超，于運(yùn)達(dá).光電平板顯示器單片機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的研究[J].光電子技術(shù)，2004，12(4)：257-261.

〔4〕Dong Lizhi Lai Xiaogong. Oscilloscope signal conditioningchannelandthetriggercircuitdesign[D]. Universityofelectronicscienceandtechnology,2012, (4):1-74；董立志，賴小紅.示波器信號(hào)調(diào)理通道與觸發(fā)電路設(shè)計(jì)[D].電子科技大學(xué)，2012(4)：1-74.

〔5〕Wang Boqing.Laserscannerdrivercircuitbased on FPGAresearch[D].Huazhonguniversityofscienceand technology,2011,(12):1-77；王伯慶.基于FPGA的激光掃描器驅(qū)動(dòng)電路的研究[D].華中科技大學(xué),2011（12）：1-77.

〔6〕ZhangXiaodong.Thephotoelectrictriodeintroduction [J].Appliancerepairtechnology,2007,(9):61；張曉東.光電三極管介紹[J].家電檢修技術(shù),2007（9）：61.

〔7〕Zheng Xin. Logistics network business model developmentresearch [D].Beijinguniversityofposts andtelecommunications,2011,(3):1-218；鄭欣.物流網(wǎng)商業(yè)模式發(fā)展研究[D].北京郵電大學(xué)，2011（03）：1-218.

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A

1673-260X（2014）11-0023-02