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            一文看懂碼靈半導體CFW32C7UL系列產品應用(八):高端掃碼設備應用(中)

            作者:碼靈半導體時間:2020-11-30來源:EEPW收藏

            通過上期對掃碼設備的行業現狀的介紹,我們知道掃碼設備廠商眾多,產品形態多樣,但從技術角度上講,掃碼設備的核心硬件基本一致。本期我們側重介紹掃碼設備的核心部分:掃碼引擎。在介紹掃碼引擎之前,我們先從掃描槍產品與掃碼引擎的硬件組成相似性說起。

            本文引用地址:http://www.archiactvr.cn/article/202011/420731.htm

            一、掃描槍與掃碼引擎的硬件組成相似性

            我們以最常見的手持掃描槍的硬件組成為例,來分析下掃描槍產品與掃碼引擎在硬件組成上的相似性。下面所示為掃描槍產品的拆解及核心硬件分解圖。

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            手持掃描槍產品組成部件拆解

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            手持掃描槍核心電路板拆解

            通過以上部件拆解,我們看到手持掃描槍產品主要由外殼、鏡頭和內部核心電路板組成(對于移動式手持掃描槍可能還有電池等部件),其中核心電路板包含了DDR、Flash、電源管理芯片和主控芯片。從硬件組成上講,掃描槍產品是掃碼引擎在形態及應用場景上的一個延伸,掃描槍產品以掃碼引擎為核心,通過增加外圍部件后,成為適合多種應用場景的掃碼設備。那么掃碼引擎的形態、構成、各模塊的功能如何?下面我們一一作介紹。

            二、掃碼引擎的形態及應用特點

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            掃碼引擎形態案例

            從掃碼引擎形態例子可以看出,掃碼引擎的設計結構更為緊湊、體積更小,電路部分與鏡頭緊密結合,與平時見到的掃碼設備有較大差異。不過從掃碼引擎的功能方面來講,已包含了掃碼設備的最核心的部分,即掃碼、解碼、碼值輸出等功能。

            掃碼引擎專注于掃碼解碼的實現,去除了其它冗雜的功能,軟硬件均做到最優最簡,因此常作為掃碼解決方案的核心部件用于各種掃碼設備中。目前具備生產高性能掃碼引擎的企業,大多數擁有自己核心的解碼算法和硬件團隊,其提供的掃碼引擎不僅能支持多種碼制,還能處理各種傾斜碼、污損碼等。同時其高解碼速度、低解碼出錯率的特點,能夠滿足類似工業自動化流水線等高頻度、大流量、高行速的碼圖識別場景需求。

            圖片.png

            部分異常碼圖案例

            三、掃碼引擎的硬件組成和功能

            掃碼引擎一般組成如下所示:

            圖片.png

            掃碼引擎硬件框圖

            上圖為一般掃碼引擎常見最小硬件組成系統,如果使用7UL系列的設計,將DDR和Flash存儲疊封在芯片內部的方式,還可將這兩部分外部硬件組成省掉。下面具體介紹掃碼引擎各組成部件的基本功能。

            1、電源模塊

            電源模塊用于實現電壓轉換和電源管理。使用高運算處理器時,需提供多種電壓,如3.3V,1.1V,1.2V,1.8V,2.5V等,掃碼引擎的電源輸出電壓多為3.3V,其它電壓轉換和電源功耗管理均由電源模塊進行管理實現。

            2、鏡頭

            鏡頭包含鏡頭與sensor,通過DVP或MIPI接口與運算處理器連接,將采集到的圖像信息送到處理器進行處理。

            3、其他組件

            LED燈指補光燈和掃碼指示燈;晶振為處理器提供時鐘源;數據輸出接插件接口用于將處理器解碼后的數據輸出到模組外部,此外,一般模塊的電源也通過這里引入到模組。

            四、基于7UL系列的掃碼引擎

            下圖是基于7UL系列的一個掃碼引擎的PCB視圖,模組長30mm,寬12mm,實例中使用的10x10mm封裝,DDR合封在芯片內部,因此視圖中看不到DDR部分。

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            基于7UL系列的掃碼引擎頂視圖

             

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            基于7UL系列的掃碼引擎底視圖

            以上兩圖是基于10x10mm封裝的7UL系列掃碼引擎樣例,如果采用6x8mm封裝的設計,由于Flash與DDR均封裝于芯片內部,除芯片封裝面積減小外,還減少了外圍器件所占用的空間,所以PCB會更小,模組更輕薄,成本也更具優勢。

            五、掃碼引擎常見技術參數

            掃碼引擎大多作為掃碼設備的部件存在,需與其它部件進行配置,因此一般需提供以下幾種常見的參數供下游設計方作為參考:

            ?  對外數據接口:如UART TTL、USB HID;

            ?  模椽參數配置方式:如通過掃碼配置、或主機命令設置;

            ?  掃碼觸發方式: 如自動感應、持續識讀、命令觸發;

            ?  固件升級方式:電腦在線更新;

            ?  掃碼提示方式:蜂鳴器、LED指示燈等;

            ?  輸入電流電壓:如正常電流、掃碼峰值電流,供電電壓,最大功耗等;

            ?  模組支持掃碼分辨率:如1024*768、640*480等;

            ?  支持的掃描角度: 如傾角±55°,轉動360°;

            ?  支持解碼種類:

            n  如一維碼:UPC-A、UPC-E、EAN-13、ISBN10、ISBN13、EAN-8、CODE 39、CODE93、CODE 128、CODABAR、INTERLEAVED 25等;

            n  二維碼:QR碼等

            ?  最小解析度:如5mil,1mil = 0.0254mm

            ?  識讀距離:如4 cm~ 18.0 cm

            ?  工作溫濕度:-30~65°C,5%~95%(無冷凝)

            ?  模組物理特征:長、寬、高、重等。

            六、掃碼引擎的部分典型電路

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            接camera的MIPI接口方案OV5648/SC031

             

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            Flash存儲電路

             

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            3.3V轉1.1V內核電壓

             

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            時鐘源電路

            以上電路均為基于碼靈半導體7UL系列開發板截取的典型電路,由于7UL系列為ARM Cortex-A7高性能處理器,需多個電源域,本文中僅例舉了3.3V到1.1V轉換部分,更詳細的電路圖可登錄碼靈半導體官網進行申請。

            通過以上介紹,相信大家對掃碼引擎的形態特點、組成及功能等方面有了較為全面的了解。由于篇幅所限,本期暫未對掃碼解碼的軟件處理模塊內容進行介紹,此模塊我們將在下期中進行詳細描述,并推薦一款免費開源的解碼算法軟件,供業余愛好者開發測試。

            本期暫到這里,我們下期見。

            本期作者:陳紹景、梁夢雷、謝耀華、詹明溪、謝劍杰



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