基于51單片機物聯網掃描器的設計與開發

王彥朋

（鄭州工業應用技術學院 信息工程學院，河南 新鄭 451100）

基于51單片機物聯網掃描器的設計與開發

王彥朋

（鄭州工業應用技術學院 信息工程學院，河南 新鄭 451100）

本文介紹了51單片機硬件電路圖的掃描器識別系統，通過單片機、示波器和軟件編程的結合，來實現條形碼掃描器對電路圖的自動識別以及信息的采集.理論表明此電路圖掃描器，具有對硬件電路圖的掃描識別，及對硬件的電路圖的信息采集和存儲的功能.

51單片機；示波器；電流模式；電容耦合；物聯網

1 引言

本研究的目的在于采用51單片機設計并開發一套低成本的電路圖識別掃描器，物品在內部構造或被植入芯片時，物品就隨著芯片電路圖而被編號，電路圖自身被掃描時，同類電路圖發出的信號是一樣的，則這類商品信息就會被采集到.目前自動識別技術有以下幾種：光符號識別技術，磁字符識別技術，磁性條識別技術，機器視覺系統，條形碼自動識別技術，射頻輸入技術和語音識別技術等等[1].本文也是在光電轉換的基礎上，通過AT89C51單片機作為核心處理器，對電路圖進行自動識別的.

2 物聯網掃描器平臺開發

實物的電路由示波器激活，產生信號，由示波器呈現，單片機接收，同時實物的電路可以由單片機來實現，示波器可以分析出頻譜解調從而實現對信號的采集.基于AT89C51單片機的掃描器設計是以模電轉換器作為基礎，結合AT89C51作為核心處理，進行自動識別的.其開發分以下幾個重要步驟，首先是對電路圖的激活，其次對信號圖像的呈現，再是對信號的接收和電路圖的真實再現，最后是對此類電路圖實物的信息采集和登記.

2.1 信號的采集

電路圖和信號的轉換器設計

采用電流模式低噪聲放大器和混頻器作為整體設計，包括有一個差分跨導低噪聲放大器和一個差分差分電流模式混頻器.單端跨導低噪聲放大器包含一個MOS管、兩個電容、兩個電感；設計采用零中頻結構，接收機中的振蕩器作為正交振蕩器實現鏡像抑制和解調；用二次諧波電容耦合的方式實現正交輸出.

2.2 示波器對電路圖的信號采樣和分析

示波器對電路圖的采樣，通過單片機電路所發出的的信號來實現.當示波器的電子電路得到電荷時，水平偏轉板會使電子束在管內水平方向上發生彎曲，從而使在熒光屏上顯示光亮點以一條實線出現在觀察者的眼前[2].例如：平板顯示器通過電路驅動系統進行驅動才可以正常工作.電路系統的設計在很多程度上以來顯示屏的顯示單元結構、顯示電極引出方式及驅動方法和驅動波形的選擇等，同時在很大程度上決定著顯示的質量[3].

如圖1：

圖1 數字存儲示波器系統

2.3 單片機對示波器的分析及電路解讀

2.3.1 示波器信號的調理和電路圖設計

示波器主要由模擬通道、數據采集等部分組成.而模擬通道主要由信號通道與觸發通道組成.輸入的信號經過模擬通道無失真處理后，經過A/D數模轉換器將輸入信號電壓轉換為數字量，這些數字量經過數據采集模塊處理，然后對其進行存儲并最終到LED顯示[4].

如圖2：

圖2 數字存儲器系統框架圖

同樣利用D/A轉換器得到解讀出信號的電路，從而在單片機上實現.

2.3.2 掃描器的制作

手持式激光掃描器系統工作原理是激光三角測距法.手持式激光掃描器系統包括數據采集系統和數據處理系統.

首先半導體激光束通過反射鏡反射到位置敏感探測器上，對于發射光束位置 敏感的探測器將反射光的位置信號轉換為電流信號，一方面輸出給數據采集卡進行數據記錄，一方面輸出給模數轉換模塊前的準備工作.隨后反饋信號經過ADC采集，進入到FPGA內部進行緩存，隨后在FPGA內部實現二維的PID控制算法的處理，再由DAC模塊轉換模擬信號，最后經過電壓放大模塊驅動壓電陶瓷，從而控制發射鏡的偏轉.[5]

原理：當光照二極管的時候，三極管的集電導通從而帶動三極管導通，整個電路處于導通狀態.

二 光電三極管的制作.其結構與晶體三極管相似.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.三極管作為光電開關的兩個應用.分別是在有光照的時候，電路導通，帶動發動機工作；無光照時候，電路導通帶動發動機工作.

2.3.3 電路圖譯碼器的的設計

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

二通信時特殊寄存器的設置.計時器模式控制寄存器TMOD，當用戶要使用計時計數器Timer0和Timer1時，必須先設置寄存器.其中GATE=1表示Timer1或是Timer0必須在高電位時才會初始化，C/T=1表示計時計數是由外部引腳T0或T1輸入計時的脈沖.M1和M0用來選擇計時計數器的工作模式.

部分參數如圖3：

圖3 TMOD的內容

本系統通過設置REN=1使串行口接收數據，SMOSM1 =01，選擇工作模式1.串行口在工作方式1時，傳送或接收數據都是由1位的開始位（Startbit）、8位的數據位和1位的結束位（Stopbit）所組成，數據傳送或接收都由低位開始.數據傳送時通過TXD引腳送出，數據接收時通過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，

SMOD=1時，

2.4 軟件設計中會出現的問題

軟件設計中信號采集問題：信號采集存儲，中斷0和中斷1是否為下降沿觸發，如果是電平觸發，將導致計數不準.只有將IT0和IT1的賦值1，這樣才能中斷交替，使條和空得到準確記錄.

邏輯化問題：為消除，除掃描不均勻帶來的錯誤,用兩個數組tiao[N],kong[M],再對這兩個數組進行邏輯化.后來在軟件中將數據統一存放在wide[N]數組當中，然后將它相鄰的數比較作邏輯值化.

3 結論

本文運用了示波器與單片機電路編程結合的方法，用單片機作為對信號的接收和轉換.單片機以其成本低、擴展性好、功能強的獨特優勢,被廣泛應用于各種計算機控制系統中.本系統選用AT89C51單片機及簡單的邏輯器件,充分利用單片機內部可編程的定時器和中斷的功能使實物的信息采集有了原理的保證，今后此單片機的硬件電路圖條形碼自動識別系統，將使信息的采集以及對實物的管理更加便捷化.電路圖與信號的互相轉換時本文的關鍵，是物聯網技術應用的核心.通過連接電腦實現對物品的信息記錄，達到對物品的編碼，有效的實現了某類物品的聯網，使用此物聯網掃描器，將會我們的生活帶來巨大的改變，能有效的使物品信息化的社會加速到來[7].

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

〔2〕ZhangChengxiang.Usingoscilloscopeforautoignition systemfaultanalysisanddiagnosis [J].Vehicleelectrical journal,2004,(2):50to52；張成祥.用示波器對汽車點火系進行故障分析和診斷[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，于運達.光電平板顯示器單片機驅動電路的研究[J].光電子技術，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.示波器信號調理通道與觸發電路設計[D].電子科技大學，2012(4)：1-74.

〔5〕Wang Boqing.Laserscannerdrivercircuitbased on FPGAresearch[D].Huazhonguniversityofscienceand technology,2011,(12):1-77；王伯慶.基于FPGA的激光掃描器驅動電路的研究[D].華中科技大學,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,2007（9）：61.

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

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1673-260X（2014）11-0023-02