造型设计——手持式条形码扫描仪.doc

学年论文（课程论文、课程设计）题目： 手持式条形码扫描仪 作者： 张静 所在学院： 机械工程学院 专业年级： 设计09-1班 指导教师： 许燕 职称：副教授 2013 年 1 月 10 日摘要手持式扫描仪是通过扫描一维码与二维码等条码信息，对商品信息进行标识和用户化管理的仪器，可广泛应用于零售业，物流运输业、文件追踪、药房、医疗业、仓储管理和办公自动化等领域，如我们较为熟悉的超市、物流快递、图书馆等商品、单据条码的扫描。一般的扫描仪是利用光学原理，由光源发出的光线经过光学系统照射到条形码符号上面，被反射回来的光经过光学系统成像在光电转换器上，经译码器解释为计算机可以直接接受的数字信号，最终通过数据线或者无线的方式传输到电脑或者其它设备上，实现批量高效工作，以减轻相关人员劳动强度。在互联网高速发展的现代，计算机技术的运用越来越得到各个领域的重视，条形码扫描仪也更具有它的生存发展空间。在消费水平和消费总量如此之高的现代，条形码的规范和适用已经成为大规模商品编码和识别的大势所趋，条形码扫描仪的广泛使用也是不可避免的趋势。激光条码扫描器由于其独有的大景深区域、高扫描速度、宽扫描范围等突出的方便、快捷、高效等优点得到了广泛的使用，常常与各类专门软件配合，成为现代商业、管理行业非常重要的工具，往往能够提高工作效率，增减少工作强度，保证工作准度。而手持式激光条形码扫描仪更具有灵活性，因此，本文的重点研究的是手持式激光条形码扫描仪的造型设计。关键词：手持式；激光；扫描仪；造型设计目录1 绪论12 条码扫描仪的现状22.1 条码扫描仪的分类22.1.1 按技术分类22.1.2 按工作特点分类32.1.3 按可扫描条码类型分类32.1.4 按常用类型分42.1.5 其他分类52.2 条码扫描仪的应用范围52.2.1 零售业52.2.2 物流运输业52.2.3文件追踪52.2.4 药房52.2.5 医疗业52.2.6 仓储管理63 手持式激光条形码扫描仪73.1 激光条码扫描仪的工作原理73.2 激光条码扫描仪的分类73.3 激光条码扫描仪的优缺点83.4 激光条码扫描仪的选择84 产品调查84.1 产品的主要功能84.1.1 扫描功能84.1.2 储存功能84.1.3 盘点功能94.1.4 清空数据功能94.1.5 无线功能94.2 产品的辅助功能94.3 现有产品的造型特点94.4 产品的主要部件94.4.1 激光源94.4.2 光学扫描系统104.4.3光接收系统104.4.4 光电转换、信号放大及整形114.4.5译码114.5 产品造型的设计要求与限制条件125 方案分析与设计125.1 设计任务125.2 设计方案简图125.3选择原因分析1931 绪论在商品化程度如此之深和大规模生产如此之大的当今社会，规模化管理方式和计算机运用越来越受到重视，被应用于各个领域，实现批量高效工作，以提高工作效率、减少工作强度、保证工作精度，因此，条码扫描仪的广泛使用越来越成为社会的趋势，它能够集中、快速、方便地扫描条码信息，对条码信息进行标识和管理，已经被广泛应用于零售业、物流运输业、文件追踪、药房、医疗业、仓储管理和办公自动化等领域，为现代化的发展和全球化的发展起到了重要的作用。因此，有必要对条码扫描仪做一个整体的了解，并从中吸取到有利于设计创造的因素，为条码扫描仪的发展和扫描技术的应用慢慢探索道路。在日常生活中，笨重、庞大的产品已经逐渐被淘汰，轻巧、方便的商品愈来愈受到欢迎，条码扫描仪也是如此。条码扫描仪由于其本身的功能原理，需要的体积就不是很大，重量也不是很重，因此，其便携化和轻巧化的特点是很容易实现的。而且，在日常生活中，我们能够轻易接触到手持式条形码扫描仪的工作情景，除了特殊的工作场合如大型超市等用的是固定式的条形码扫描仪，大部分的商场和工作环境下，手持式可移动的条形码扫描仪是更为可取的选择。另外，随着科学技术的发展，激光技术已经达到了成熟，它的精确度和应用广泛度已经得到了大部分人的认可，激光条码扫描器由于其独有的大景深区域、高扫描速度、宽扫描范围等突出优点得到了广泛的使用。因此，本文重点观众手持式激光条形码扫描仪的市场研究与设计，但也会对条形码扫描仪的整体概况做一个分析。2 条码扫描仪的现状2.1 条码扫描仪的分类2.1.1 按技术分类条码扫描仪按照技术分大致可分为三种：光笔、CCD、激光。A.光笔：光笔是最先出现的一种手持接触式条码阅读器，它也是最为经济的一种条码阅读器。使用时，操作者需将光笔接触到条码表面，通过光笔的镜头发出一个很小的光点，当这个光点从左到右划过条码时，在“空”部分，光线被反射，“条”的部分，光线将被吸收，因此在光笔内部产生一个变化的电压，这个电压通过放大、整形后用于译码。光笔的优点主要是：与条码接触阅读，能够明确哪一个是被阅读的条码；阅读条码的长度可以不受限制；与其它的阅读器相比成本较低；内部没有移动部件，比较坚固；体积小，重量轻。缺点：使用光笔会受到各种限制，比如在有一些场合不适合接触阅读条码；另外只有在比较平坦的表面上阅读指定密度的、打印质量较好的条码时，光笔才能发挥它的作用；而且操作人员需要经过一定的训练才能使用，如阅读速度、阅读角度、以及使用的压力不当都会影响它的阅读性能；最后，因为它必须接触阅读，当条码在因保存不当而产生损坏，或者上面有一层保护膜时，光笔都不能使用；光笔的首读成功率低及误码率较高。B.CCD阅读器：CCD为电子耦合器件（Chargcoupledevice），比较适合近距离和接触阅读，它的价格没有激光阅读器贵，而且内部没有移动部件。CCD阅读器使用一个或多个LED，发出的光线能够覆盖整个条码，条码的图像被传到一排光上，被每个单独的光电二激管采样，由邻近的的探测结果为“黑”或“白”区分每一个条或空，从而确定条码的字符，换言之，CCD阅读器不是注意的阅读每一个“条”或“空”，而是条码的整个部分，并转换成可以译码的电信号。优点：与其它阅读器相比，CCD阅读器的价格较便宜，但同样有阅读条码的密度广泛，容易使用。它的重量比激光阅读器轻，而且不象光笔一样只能接触阅读。缺点：CCD阅读器的局限在于它的阅读景深和阅读宽度，在需要阅读印在弧型表面的条码（如饮料罐）时候会有困难；在一些需要远距离阅读的场合，如仓库领域，也不是很适合；CCD的防摔性能较差，因此产生的故障率较高；在所要阅读的条码比较宽时，CCD也不是很好的选择，信息很长或密度很低的条码很容易超出扫描头的阅读范围，导致条码不可读；而且某些采取多个LED的条码阅读器中，任意一个的LED故障都会导致不能阅读；大部分CCD阅读器的首读成功率较低且误码机率高。C.激光枪：激光扫描仪是各种扫描器中价格相对较高的，但它所能提供的各项功能指标最高，因此在各个行业中都被广泛采用。激光扫描仪的基本工作原理为：手持式激光扫描仪通过一个激光二极管发出一束光线，照射到一个旋转的棱镜或来回摆动的镜子上，反射后的光线穿过阅读窗照射到条码表面，光线经过条或空的反射后返回阅读器，由一个镜子进行采集、聚焦，通过光电转换器转换成电信号，该信号将通过扫描期或终端上的译码软件进行译码。激光扫描仪分为手持与固定两种形式：手持激光枪连接方便简单、使用灵活，固定式激光扫描仪适用于阅读最较大、条码较小的场合，有效解放双手工作。优点：激光扫描仪可以很杰出的用于非接触扫描，通常情况下，在阅读距离超过30cm时激光阅读器是唯一的选择；激光阅读条码密度范围广，并可以阅读不规则的条码表面或透过玻璃或透明胶纸阅读，因为是非接触阅读，因此不会损坏条码标签；因为有较先进的阅读及解码系统，首读识别成功率高、识别速度相对光笔及CCD更快，而且对印刷质量不好或模糊的条码识别效果好；误码率极低（仅约为三百万分之一）；激光阅读器的防震防摔性能好，如：SymbolLS4000系列的扫描仪，可1.5米水泥地防摔。缺点：激光扫描仪的唯一的缺点是它的价格相对较高，但如果从购买费用与使用费用的总和计算，与CCD阅读器并没有太大的区别。2.1.2 按工作特点分类条码扫描仪按工作特点可分为手持式条码扫描仪、小滚筒式条码扫描仪、平台式条码扫描仪。A.手持式条码扫描器：手持式条码扫描器是1987年推出的技术形成的产品，绝大多数采用CIS技术，光学分辨率为200dpi，有黑白、灰度、彩色多种类型，其中彩色类型一般为18位彩色。也有个别高档产品采用CCD作为感光器件，可实现位真彩色，扫描效果较好。B.小滚筒式条码扫描器：这是手持式条码扫描器和平台式条码扫描器的中间产品，这种产品绝大多数采用CIS技术，光学分辨率为300dpi，有彩色和灰度两种，彩色型号一般为24位彩色。也有及少数小滚筒式条码扫描器采用CCD技术，扫描效果明显优于CIS技术的产品，但由于结构限制，体积一般明显大于CIS技术的产品。小滚筒式的设计是将条码扫描器的镜头固定，而移动要扫描的物件通过镜头来扫描，运作时就象打印机那样，要扫描的物件必须穿过机器再送出，因此，被扫描的物体不可以太厚。这种条码扫描器最大的好处就是，体积很小，但是由于使用起来有多种局限，例如只能扫描薄薄的纸张，范围还不能超过条码扫描器的大小。C.平台式条码扫描器：又称平板式条码扫描器、台式条码扫描器，目前在市面上大部分的条码扫描器都属于平板式条码扫描器，是现在的主流。这类条码扫描器光学分辨率在300dpi-8000dpi之间，色彩位数从24位到48位，扫描幅面一般为A4或者A3。平板式的好处在于像使用复印机一样，只要把条码扫描器的上盖打开，不管是书本、报纸、杂志、照片底片都可以放上去扫描，相当方便，而且扫描出的效果也是所有常见类型条码扫描器中最好的。2.1.3 按可扫描条码类型分类条码扫描仪按可扫描条码类型分可分为一维扫描仪、二维条码扫描器和多为扫描仪。由于条形码按维数分类可分为普通的一维条码、二维条码和多维条码，因此，条码扫描仪也可分为一维扫描仪、二维扫描仪和多维扫描仪。A.一维扫描仪： 可扫描辨识一维条码的扫描仪。B.二维扫描仪： 可扫描辨识二维条码的扫描仪。C.多维扫描仪： 可扫描辨识多维条码的扫描仪。不过，目前市面上的扫描仪，基本同时具有一维、二维扫描的功能，大部分还具有三维扫描的功能。2.1.4 按常用类型分条码扫描仪按常用类型可分为掌上型枪形条形码扫描仪、光比条形码扫描仪、台式条形码自动扫描仪、激光自动条形码扫描仪、便携式条形码阅读器。A.掌上型枪型条形码扫描仪掌上型枪型条形码扫描仪内一般都装有控制扫描光束的自动扫描装置。阅读条形码时不需与条形码符号接触，因此，对条形码标签没有损伤。扫描头与条形码卷标的距离短的在0-20cm范围内，而长的可达到500cm左右。枪型条形码扫描器具有扫描光点匀速扫描的优点，因此，阅读效果比光笔扫描仪要好，扫描速度快。B.光笔条形码扫描仪光笔条形码扫描仪是一种轻便的条形码读入装置。在光笔内部有扫描光束发生器及反射光接收器。目前，市场上出售的这类扫描仪有很多种，它们主要在发光的波长、光学系统结构、电子电路结构、分辨率、操作方式等方面存在不同。光笔类条形码扫描仪不论采用何种工作方式，从使用上都存在一个共同点，即阅读条形码信息时，要求扫描仪与待识读的条形码接触或离开一个极短的距离（一般仅0.2mm1mm左右）。C. 台式条形码自动扫描仪台式条形码自动扫描仪适合于不便使用掌上型扫描方式阅读条形码信息的场合。如果工作环境不允许操作者一只手处理标附有条形码信息的物体，而另一只手操纵手持条形码扫描仪进行操作，就可以选用台式条形码扫描仪自动扫描。这种扫描仪也可以安装在生产流水线传送带旁的某一固定位置，等待标附有条形码卷标的待测物体以平稳、缓慢的速度进入扫描范围，对自动化生产流水线进行空制。D.激光自动条形码扫描仪激光自动扫描仪最大优点是扫描光照强，可以远距离扫描且扫描景深长。而且激光扫描仪的扫描速度高，有的产品扫描速度可以达到1，200次/秒，这种扫描仪可以在百分之一秒时间内对某-条形码卷标扫描阅读多次，而且可以做到每一次扫描不扫描不重复上依次扫描的轨迹。扫描仪内部光学系统可以单束光转变成十字光或米字光，从而保证被测条形码从各个不同角度进入扫描范围时都可以被识读。E.便携式条形码阅读器一般来讲，便携式条形码阅读器配接光笔式或轻便的枪型条形码扫描仪，但有的也配接激光扫描仪。便携式条形码阅读器本身就是一台专用计算器，有的甚至就是一台通用微型计算器。这种阅读器本身具有对条形码信号的译解能力。条形码译解后，可直接存入机器内存或机内磁带存储器的磁带中，阅读具有与计算器能通信的能力。通常，它本身带有显示屏、键盘、条形码识别结果声响指示及用户编程功能。使用时，这种阅读器可以与计算器主机分别安装有两个地点，通过线路连成网络，也可以脱机使用，利用电池供电。这种设备特别适用于流动性数据采集环境。收集到的数据可以定时送到主机内存储。有些场合，标有条形码信息或代号的载体体积大，比较笨重，不适合搬运到同一数据采集中心处理，这种情况下，使用便携式条形码阅读器处理十分方便。F.卡式条形码阅读器卡式条形码阅读器可以用于医院病案管理、身份验证、考勤和生产管理等领域。这种阅读器内部的机械结构能保证标有条形码代码的卡式证件或文件在插入滑槽后自动沿轨道做直线运动，在卡片前进过程中，扫描光点将条形码信息读入。卡式条形码阅读一般都具有与计算器传送数据的能力，同时具有声光提示以证明识别正确与否。2.1.5 其他分类另外，条码扫描仪还可分类为：CCD、全角度激光和激光手持式条码扫描器；手持式条码扫描仪和固定式条码扫描仪；大幅面条码扫描器、笔式条码扫描器、条码条码扫描器、底片条码扫描器、实物条码扫描器，还有主要用于业印刷排版领域的滚筒式条码扫描器等等。2.2 条码扫描仪的应用范围条码扫描仪的应用范围非常广泛，可应用于零售业、物流运输业、文件追踪、药房、医疗业、仓储管理等各方面。2.2.1 零售业在大型零售运作中，条码扫描仪是不可缺少的商业工具，任何时间都会有一些员工需要处理大量货物，工作人员可以利用条码扫描仪识别条码信息，通过与网络计算机技术的结合进行快速作业，提高销售效率，而且相关销售人员可以通过电脑系统随时访问定价和供应情况的数据，条码扫描仪可广泛应用与收获、盘存、后室、结账、查询、查明、产品标贴、跟踪、补充、统计等方面。2.2.2 物流运输业现如今，随着社会经济的发展，尤其是电子商务的发展，越来越多的物流公司投身到市场的竞争中去，而一个物流公司能否从众多行业中脱颖而出，归根结底还是在于客户服务质量的好坏。物流行业对于接送件的传递速度、传递准确度和实时追踪的精准度是客户关注的焦点，但由于其大多数为室外操作，对于接送件完成情况很难实施追踪，而且流通物件数量庞大，更需要批量管理，这时，就体现出条码管理的重要性了。条码扫描仪在物流运输业的应用是及广泛而重要的，常被用来快速扫描、识别条码信息、文件储存后完成后续的回单影像、条码上传、录入、管理、查询等工作。2.2.3文件追踪二维条码具有存储信息量大、识别精确度高、抗干扰能力强的优点，配合扫描枪的使用，将提高收、发文登记的效率，提高公文登记的准确性、规范性，从而普及程度相当高，一般的图书馆、书店、国家政府的公文管理、公司的档案管理中都已经应用，根据“国办56号”文件的要求，二维条码将在公文管理中强制推行应用。一些教育机构也正在实施将条形码印在学生证、教师证上，以改善校园安全和加强沟通。2.2.4 药房药物繁多，为了更好地管理药物，减少错误用药的风险，保障病人的生命安全，药房也引进了条码管理系统，运用条码扫描仪进行药物的管理、销售和分发。药品制造商和血制品供应商已经实现了大规模将条码印到了产品上。2.2.5 医疗业条码管理技术对于医疗业来说无疑是个福音，它已经被广泛应用到医疗业的门诊管理、住院管理、药品管理、综合管理等方面。条码扫描仪在门诊管理中的应用：1 挂号、划价、收费发卡中心系统2 医生工作站3 体检系统4 化验系统条码扫描仪在住院管理中的应用：1 护士工作站系统2 医生工作站系统3 移动护理系统条码扫描仪在药品管理中的应用：1 药库管理2 配剂中心条码扫描仪在综合管理中的应用：1 病案管理2 设备管理3 医生护士通讯管理4 区域医药配送2.2.6 仓储管理条码出现以前，仓库管理作业流程存在着很多问题，如物料出入库、物品存放地点等信息收集过程繁琐，信息传递之后，导致存库量上升、发货日期无法保证，货物难以估计，决策依据不准，大大影响了商业效益。条码系统的出现有效解决了这一弊病，条码扫描仪尤其是移动式数码扫描仪的已经在这一领域得到了广泛使用。3 手持式激光条形码扫描仪3.1 激光条码扫描仪的工作原理激光手持式扫描器是利用激光二极管作为光源的单线式扫描器，当触动电源开关或相应的设备使条码扫描器通电后，VLD发出红光激光束、穿过扩束透镜被扩束，射到可摆动的反射镜表面反射到条码上形成一个激光点。当反射镜摆动时，根据光学反射原理条码上的激光点位置发生变化、反射镜连续摆动，会看到有一条红色的激光线射在条码上，这是视觉暂留现象所致。条码的表面较粗糙，照在条码上的激光点发生反射，条和空的反射强度是不同的，漫反射的光射到反射镜上，再由反射镜反射向集光器，由集光器集光，由滤光镜滤掉杂散自然光射入光敏二极管，产生光电感应信号，再经放大，整形译码，变成有用信息，传输到主机中。 它利用光电元件将检测到的光信号转换成电信号，再将电信号通过模拟数字转换器转化为数字信号传输到计算机中处理。当扫描一副图像的时候，光源照射到图像上后反射光穿过透镜会聚到扫描模组上，由扫描模组把光信号转换成模拟数字信号（即电压，它与接受到的光的强度有关），同时指出那个像数的灰暗程度。这时候模拟-数字转换电路把模拟电压转换成数字讯号，传送到电脑。颜色用RGB三色的8、10、12位来量化，既把信号处理成上述位数的图像输出。如果有更高的量化位数，意味着图像能有更丰富的层次和深度，但颜色范围已超出人眼的识别能力，所以在可分辨的范围内对于我们来说，更高位数的条码扫描器扫描出来的效果就是颜色衔接平滑，能够看到更多的画面细节。激光条码扫描器由激光源、光学扫描、光学接收、光电转换、信号放大、整形、量化和译码等部分组成。其主要物理技术是激光扫描与光电转换，激光扫描关键在于减少误码率，光电转换关键在于增加容错性识别能力。电子技术领域主要在于信号放大、整形和解码：手持枪式激光条码扫描器的信号频率为几十千赫到几百千赫，对于不同的码制有不同类型的信号，应该具体对待。一般采用硅光电池、光电二极管和光电三极管作为光电转换器件。手持枪式激光条码扫描器出射光能量相对较强，信号频率较低，另外，如前所说还可采用同步放大技术等。因此，它对电子元器件特性要求就不是很高。而且由于信号频率较低，就可以较方便地实现自动增益控制电路。由于条码印刷时的边缘模糊性，更主要是因为扫描光斑的有限大小和电子线路的低通特性，将使得到的信号边缘模糊，通常称为“模拟电信号”。这种信号还须经整形电路尽可能准确地将边缘恢复出来，变成通常所说的“数字信号”。同样，手持枪式扫描器由于信号频率低，在选择整形方案上将有更多的余地。整形后的电信号经过量化后，由译码单元译出其中所含信息。对于UPC、EAN码，译码器还要有左、右码段自动拼接功能。不过这种拼接可能将来自两个不同条码的左半部和有半部拼接起来。奇偶性和校验位并不能保证这种情况一定不会发生。3.2 激光条码扫描仪的分类激光扫描仪根据工作环境可分为手持与固定两种形式：手持激光枪连接方便简单、使用灵活。固定式激光扫描仪适用于阅读最较大、条码较小的场合，有效解放双手工作。根据工作原理主要有转镜式和颤镜式两种。转镜式是采用高速马达带动一个棱镜组旋转，使二极管发出的单点激光变成一线。颤镜式的制作成本低于转镜式，但这种原理的激光枪不易提高扫描速度，一般为33次秒，个别型号可以达到100次秒。3.3 激光条码扫描仪的优缺点优点：激光扫描仪可以很杰出的用于非接触扫描，通常情况下，在阅读距离超过30cm时激光阅读器是唯一的选择；激光阅读条码密度范围广，并可以阅读不规则的条码表面或透过玻璃或透明胶纸阅读，因为是非接触阅读，因此不会损坏条码标签；因为有较先进的阅读及解码系统，首读识别成功率高、识别速度相对光笔及CCD更快，而且对印刷质量不好或模糊的条码识别效果好；误码率极低（仅约为三百万分之一）；激光阅读器的防震防摔性能好，如：Symbol LS4000系列的扫描仪，可1.5米水泥地防摔。 缺点：激光扫描仪的唯一的缺点是它的价格相对较高，但如果从购买费用与使用费用的总和计算，与CCD阅读器并没有太大的区别。 3.4 激光条码扫描仪的选择商业企业在选择激光扫描器时，最重要的是注意扫描速度和分辨率，而景深并不是关键因素。因为当景深加大时，分辨率会大大降低。优秀的手持激光扫描器应当是高扫描速度，固定景深范围内很高的分辨率。激光全角度激光条码扫描器由于能够高速扫描识读任意方向通过的条码符号，被大量使用在各种自动化程度高、物流量大的领域。全角度扫描器是通过光学系统使激光二极管发出的激光折射或多条扫描线的条码扫描器，主要目的是减轻收款人员录入条码数据时对准条码的劳动，选择时应着重注意其扫描线花斑分布：在一个方向上有多条平行线； 在某一点上有多条扫描线通过； 在一定的空间范围内各点的解读机率趋于一致。 符合以上三点的全角度扫描器必是商家首选。4 产品调查4.1 产品的主要功能4.1.1 扫描功能普通模式（及时上传数据）出厂设置即为普通模式，在这个模式下，当扫描一个条形码的时候，能够及时上传到电脑光标出现的地方。当扫描仪处于其他功能模式时，扫描一下说明书上的“普通模式”条形码，即可转换到普通模式。自动连续扫描功能扫描一下说明书上的“自动扫描模式”条形码，扫描仪就转换为自动扫描模式。这个模式下，扫描仪自动扫描任何经过其扫描范围的条形码，并上传到电脑光标出现的地方。如果要关闭自动扫描功能，扫描一下说明书上的“恢复出厂设置”即可。4.1.2 储存功能超出距离时，扫描仪能自动将数据储存在扫描仪里，待接近电脑时再上传数据，实现不受距离限制的条码采集。功能实现方法：首先扫描一下说明书上的“储存模式”条形码，扫描好需要采集的数据后，拿到电脑边，扫描一下说明书上的“数据上传”条码，储存到扫描仪里面的条码数据就可自动上传到电脑上。4.1.3 盘点功能扫描说明书上“盘点模式”条码，扫描仪即转换为这个功能，当扫描一个条码的时候，这个条码以及扫描的次数将会保存在扫描枪内存里面，盘点扫描完成后，扫描说明书上“显示扫描总数”条码，即可将储存在内存卡里面的条码数量输出来。4.1.4 清空数据功能扫描说明书上”清零“条码，即可将春存在内存卡里面的条码数量等数据清空。4.1.5 无线功能一般具备无线功能的扫描器的出厂设置都会默认开启无线功能，或者扫描说明书上“开启无线扫描功能”条码，即可开启无线功能。4.2 产品的辅助功能产品的辅助功能有抗摔功能、充电功能等。4.3 现有产品的造型特点现有产品的造型时尚、简洁考虑了人体工程学的设计因素，符合手腕的人机作业条件，设计紧凑，特征丰富，使用简便，能满足大多数场合日常扫描的需求。4.4 产品的主要部件手持式激光条码扫描仪的主要部件由激光源、光学扫描、光学接受、光电转换、信号放大、整形、量化和译码等部分组成。如图2-4-1：图2-4-1 激光条码阅读器硬件框架图4.4.1 激光源采用MOVPE(金属氧化物气相外延)技术制造的可见光半导体激光器具有低功耗、可直接调制、体积小、重量轻、固体化、可靠性高、效率高等优点。它一出现即迅速替代了原来使用的He-Ne激光器。半导体激光器发出的光束为非轴对称的椭圆光束。出射光束垂直于P-W结面方向的发散角V30，平行于结面方向的发散角V10。如采用传统的光束准直技术，光束会聚点两边的椭圆光斑的长、短轴方向将会发生交换。显然这将使扫描器只有小的扫描景深。Jay M.Eastman等提出采用图3所示的光束准直技术，克服了这种交换现象，大大地提高了扫描景深范围。这种椭圆光束只能应用在单线激光扫描器上。布置光路时，应让光斑的椭圆长轴方向与光线扫描方向垂直。对于单线扫描识读器，这种椭圆光斑由于对印刷噪声的不敏感性，将比下面所说的圆形光斑特性更好。对于全角度条码扫描器，由于光束在扫描识读条码时，有时以较大倾斜角扫过条码。因此，光束光斑不宜做成椭圆形。通常都将它整形成圆形。目前常用的整形方案是在准直透镜前加一小圆孔光阑。此种光束特性可用小孔的菲涅耳衍射特性来很好地近似。采用这种方案，对于标准尺寸UPC条码，景深能做到大约250mm到300mm。这对于一般商业POS系统已经足够了。但对如机场行李输送线等要求大景深的场合，就显得不够了。目前常用的方案是增大条码符号的尺寸或使组成扫描图案的不同扫描光线会聚于不同区域形成“多焦面”。但是更有吸引力的方案是采用特殊的光学准直元件，使通过它的光场具有特殊的分布从而具有极小的光束发散角，得到较大的景深。4.4.2 光学扫描系统从激光源发出的激光束还需通过扫描系统形成扫描线或扫描图案。全角度条码扫描识读器一般采用旋转棱镜扫描和全息扫描两种方案。全息扫描系统具有结构紧凑、可靠性高和造价低廉等显著优点。自从IBM公司在3687型扫描器上首先应用以来得到了广泛的应用，且不断推陈出新。可以预料，它所占的市场份额将会越来越大。旋转棱镜扫描技术历史较悠久，技术上较成熟。它利用旋转棱镜来扫描光束，用一组折叠平面反射镜来改变光路实现多方向的扫描光线。目前使用较多的MS-700等扫描器产品还使旋转棱镜不同面的楔角不同而形成一个扫描方向上有几条扫描线。由多向多线的扫描光线组成一个高密度的扫描图案。这种方法可能带来的另一个好处是可使激光辐射危害减轻。全角度扫描这个概念最早是为了提高超级市场的流通速度而提出的，并设计了与之相应的UPC条码。对于UPC码两个扫描方向的“X”扫描图案就已能实现全角度扫描。随着扫描技术的发展，条码应用领域的拓宽以及提高自动化程度的迫切需要，现在正在把全角度扫描这个概念推广到别的码制，如39码、交插25码等。这些码制的条码高宽比较小，为了实现全角度扫描将需要多得多的扫描方向数。为此除旋转棱镜外还将需要增加另一个运动元件，例如旋转图4中的折叠平面镜组等。手持单线扫描器由于扫描速度低、扫描角度较小等原因，能用来实现光束扫描的方案就很多。除采用旋转棱镜、摆镜外，还能通过运动光学系统中的很多部件来达到光束扫描。如通过运动半导体激光器、运动准直透镜等来实现光束扫描。而产生这些运动的动力元件除直流电机外，还可以是压电陶瓷和电磁线圈等。这些动力元件具有不易损坏、寿命长和使用方便等优点，估计亦将会得到一定的应用。4.4.3光接收系统扫描光束射到条码符号上后被散射，由接收系统接收足够多的散射光。在激光全角度扫描识读器中，普遍采用回向接收系统。在这种结构中，接收光束的主光轴就是出射光线轴。这样，散射光斑始终位于接收系统的轴上。这种结构的瞬时视场极小，可以极大地提高信噪比，还能提高对条码符号镜面反射的抑制能力，并且对接收透镜的要求亦很低。另外，它还能使接收器的敏感面较小。高速光电接收器敏感面积一般都不大，而且小敏感面积的接收器成本亦较低，所以这一点也是很重要的。它的缺点是当扫描光束位于扫描系统各元件边缘时要产生渐晕现象。除了从结构上采取措施尽量减小渐晕外，还应舍弃特性太差的扫描角度。全角度扫描识读器中还普遍采用光学自动增益控制系统，使接收到的信号光强度不随条码符号的距离远近而改变。这可以缩小信号的动态范围，有利于后续处理。手持枪式扫描识读器具有扫描速度较慢、信号频率较低等特点。而低响应频率的接收器如硅光电池具有较大的敏感面积，并且这低频系统也容易达到较高的信噪比。因此，除可采用上述回向接收方案外还可以采取别的方案。例如可利用半导体激光器的易调制性，将出射激光束以某一较高频率调制。而后，在电信号处理时再采用同步接收放大技术取出条码信号。只要调制频率远大于条码信号频率，它所带来的条码宽度误差将可忽略不计。同步接收技术具有极高的抑制噪声能力，因此就不一定采用回向接收结构。这样就会给光学接收系统的安排上带来相当的灵活性。利用这种灵活性就能使识读器某些方面的性能得以提高。例如在回向接收方案中，运动元件亦是接收系统的组成部分，要求它具有一定的孔径大小以保证接收到足够多的信号光。但是，如果运动元件仅仅起扫描出射光束的作用，就可以做得很小。显然小的运动元件无论对于选择动力元件还是提高寿命、可靠性都是极为有利的。4.4.4 光电转换、信号放大及整形接收到的光信号需要经光电转换器转换成电信号。全角度扫描识读器中的条码信号频率为几兆赫到几十兆赫。这么高的信号频率要求光电转换器使用具有高频率响应能力的雪崩光电二极管(APO)或PIN光电二极管。全角度扫描识读器一般都是长时间连续使用，为了使用者安全，要求激光源出射能量较小。因此最后接收到的能量极弱。为了得到较高的信噪比(这由误码率决定)，通常都采用低噪声的分立元件组成前置放大电路来低噪声地放大信号。手持枪式扫描识读器的信号频率为几十千赫到几百千赫。一般采用硅光电池、光电二极管和光电三极管作为光电转换器件。手持枪式扫描识读器出射光能量相对较强，信号频率较低，另外，如前所说还可采用同步放大技术等。因此，它对电子元器件特性要求就不是很高。而且由于信号频率较低，就可以较方便地实现自动增益控制电路。由于条码印刷时的边缘模糊性，更主要是因为扫描光斑的有限大小和电子线路的低通特性，将使得到的信号边缘模糊，通常称为“模拟电信号”。这种信号还须经整形电路尽可能准确地将边缘恢复出来，变成通常所说的“数字信号”。同样，手持枪式扫描器由于信号频率低，在选择整形方案上将有更多的余地。从上面所说的情况中，我们可以看到高信号频率带来了技术上的很大困难和成本上的提高。对于具有一定识读能力的全角度扫描识读器，它的数据率R正比于n/(HCos-Wsin)。其中，n为扫描方向数，H、W分别为条码符号的高度、宽度，为条码符号相对扫描图案处于最不利于扫描识读时的角度值，对于各扫描线均匀分布的情况 =/2n，如 n=2 时 为45由这个式子我们可估算对于UPC码，如果采用扫描左半部和右半部并进行拼接的方案，n为3时数据率最低，对于完全贯穿整个条码才识读的方案，n为5时数据率将最低。在设计扫描系统时需对此予以考虑。另外，也可以采用低速的扫描模块组合成一个阵列来达到全角度高速扫描条码的性能。显然，这种方案较宜应用于流水线场合中。4.4.5译码整形后的电信号经过量化后，由译码单元译出其中所含信息。全角度扫描识读器由于数据率高，且得到的