光电读卡机可行性设计

李五坡,董海霞

(1. 商丘职业技术学院 机电系，河南 商丘 476000； 2. 商丘技师学院，河南 商丘 476000)

0 引言

目前的读卡系统大多是以图像扫描仪、摄像头进行信息录入的，由于信息处理过程复杂，导致工作速度慢、效率低. 其系统庞大，软硬件都很复杂，因而成本高. 因此，迫切需要一种系统简单、工作效率高、价格低廉的读卡设备来完成这些枯燥而繁重的工作. 由于答题卡上的颜色差别很大，大多是黑白之分，可采用光电传感器辨别，光电传感器价格适中，成本远远低于图像扫描仪[1]45-47.

光电读卡器设计主要实现的功能是,以反射式光电传感器为信息采集手段，经过微处理器处理，再由串口通讯RS-232将信息发送到上位机，由上位机中基于虚拟仪器开发平台Labview的评分系统对读取的信息与标准答案一一对比，最后给出考生的最终得分，并且对最终的信息进行相关处理和数据存储. 虚拟仪器在此系统中得到了充分的利用，它不但可显示考生的最终得分，还可更加直观地显示需要统计的考生的其他信息.

1 设计方法

在光电读卡机设计中，下位机的控制中心需要一片微处理器. 其高端可选择DSP、RAM等16位或32位微处理器，低端可选择常用的8031,89c51，AT89S51等芯片. 因为8031需外扩存储器，89c51需要专门的烧写器，而AT89S51具有ISP功能，只需单片机的4个IO口便能够通过上位机实现在线擦写、在线调试，便于系统的软硬件调试.所以，在本设计中选择了AT89S51[2]136-139.

本系统的核心是光电传感器. 为了保证系统的可靠性，我们完成了反射式光电传感器的实验. 实验证明，限流电阻R=470Ω，L=8 mm时，黑色卡和白色卡的输出电压差值最明显. 因此，我们选择了白色作为答题卡主色，2B铅笔在上面涂的黑色更容易被传感器识别. 答题卡和传感器之间的距离暂定为8 mm.

设计中，整个系统供电用到了两个不同的工作电压：S51、LM339、LM393、LCD模块EDM1602、MAX232和反射式光电传感器均用+5V的电压；电压比较器的反相输入端，即对传感器输出信号调理的阀值电压不是一个固定值，随着检测对象情况的改变需要对此电压进行调整，但这个电压一定是小于+5V的. 为此，可以用电位器把+5V的电压分压获取合适的阀值电压. 为了降低系统设计的复杂程度，电源采用了市场上常见的开关型稳压电源，这种电源不但输出电压稳定性好，而且转换效率也很高.

光电读卡器设计，是以17路由反射式光电传感器、电压比较器、电阻等元器件组成的信息采集模块为核心，以单片机AT89S51为控制中心，用EDM1602A液晶显示屏实现阅读信息的实时显示功能；以RS232通用异步串行通讯为信息传输方式，由上位机中基于虚拟仪器开发平台Labview的评分系统进行必要的分析和处理，再通过其他部件如电源、机械支架等使整个系统有机的组合在一起，从而实现设计所要求的各项功能. 其系统框图如图1.

图1 系统总体方框图

2 各部分具体功能

(1)反射式光电传感器按答题卡上答案位置的排列形式，固定在PCB板上，辨别答案的填涂情况，完成对答题卡上的信息的采集.

(2)由于传感器输出的信息是不规则的，需要调理后才可以处理，由电压比较器LM339、LM393加外围电阻等对信号进行调理并送至S51.

(3)用S51的P0、P1口作为信号输入口，通过读这些IO口，辨别出A、B、C、D，实现对所涂答案的获取.

(4)用S51的P2口及P3的部分端口与EDM1602A液晶显示屏进行信息传递，并实现对S51采集到信号的实时显示功能，方便调试.

(5)用MAX232及外围器件，实现把采集到的数据传递至上位机，由上位机进行数据分析和处理.

(6)上位机中基于虚拟仪器开发平台Labview的评分系统，把串口传输过来的信息进行分析处理，最后给出考生的最终得分，并且对最终的信息进行相关处理和数据存取[3]76-78.

本系统所有软件的调试都在Keil 51完成，因为Keil 51生成的目标代码效率非常高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解.

主程序是一个死循环体，在循环体外有各个被调用的子程序、中断服务子程序等各程序段，在主循环程序的执行过程中调用这些子程序或者被中断后进行中断处理. 主程序流程图如图2.

图2 主程序流程图

图3 中断服务子程序流程图

为了提高单片机的运行效率，在没有答题卡送入时处于等待状态，采用中断的方式来实现读卡功能. 根据现有答题卡的格式，把同步信号接入P3.2口，用外部中断0以中断的方式进入读卡状态，其余16个信号线接P2、P0口. 当答题卡送入时，由同步信号触发中断，然后分别对P2、P0口进行读操作，用软件分辩各题信息，然后把读到的信息存入答案寄存器，以供后续处理[4]87-92. 中断服务子程序流程图如图3所示.

3 结论

实践表明，此光电读卡机可行性设计可实现所要求的功能，并且整套系统软硬件设计简单，操作方便 ，经济实用，总成本可控制在千元以内，具有很高的推广应用价值.

参考文献：

[1] 王庆有．光电技术[M]．北京：电子工业出版社，2005.

[2] 甘登岱．ProtelDxp电路设计与制版适用教程[M]．北京：人民邮电出版社，2003.

[3] 童诗白，华成英．模拟电子技术[M]．北京：高等教育出版社，2003.

[4] 徐爱钓，彭秀华．单片机高级语言C51应用程序设计[M]．北京：电子工业出版社，2002.