基于51单片机物联网扫描器的设计与开发

王彦朋

（郑州工业应用技术学院 信息工程学院，河南 新郑 451100）

基于51单片机物联网扫描器的设计与开发

王彦朋

（郑州工业应用技术学院 信息工程学院，河南 新郑 451100）

本文介绍了51单片机硬件电路图的扫描器识别系统，通过单片机、示波器和软件编程的结合，来实现条形码扫描器对电路图的自动识别以及信息的采集.理论表明此电路图扫描器，具有对硬件电路图的扫描识别，及对硬件的电路图的信息采集和存储的功能.

51单片机；示波器；电流模式；电容耦合；物联网

1 引言

本研究的目的在于采用51单片机设计并开发一套低成本的电路图识别扫描器，物品在内部构造或被植入芯片时，物品就随着芯片电路图而被编号，电路图自身被扫描时，同类电路图发出的信号是一样的，则这类商品信息就会被采集到.目前自动识别技术有以下几种：光符号识别技术，磁字符识别技术，磁性条识别技术，机器视觉系统，条形码自动识别技术，射频输入技术和语音识别技术等等[1].本文也是在光电转换的基础上，通过AT89C51单片机作为核心处理器，对电路图进行自动识别的.

2 物联网扫描器平台开发

实物的电路由示波器激活，产生信号，由示波器呈现，单片机接收，同时实物的电路可以由单片机来实现，示波器可以分析出频谱解调从而实现对信号的采集.基于AT89C51单片机的扫描器设计是以模电转换器作为基础，结合AT89C51作为核心处理，进行自动识别的.其开发分以下几个重要步骤，首先是对电路图的激活，其次对信号图像的呈现，再是对信号的接收和电路图的真实再现，最后是对此类电路图实物的信息采集和登记.

2.1 信号的采集

电路图和信号的转换器设计

采用电流模式低噪声放大器和混频器作为整体设计，包括有一个差分跨导低噪声放大器和一个差分差分电流模式混频器.单端跨导低噪声放大器包含一个MOS管、两个电容、两个电感；设计采用零中频结构，接收机中的振荡器作为正交振荡器实现镜像抑制和解调；用二次谐波电容耦合的方式实现正交输出.

2.2 示波器对电路图的信号采样和分析

示波器对电路图的采样，通过单片机电路所发出的的信号来实现.当示波器的电子电路得到电荷时，水平偏转板会使电子束在管内水平方向上发生弯曲，从而使在荧光屏上显示光亮点以一条实线出现在观察者的眼前[2].例如：平板显示器通过电路驱动系统进行驱动才可以正常工作.电路系统的设计在很多程度上以来显示屏的显示单元结构、显示电极引出方式及驱动方法和驱动波形的选择等，同时在很大程度上决定着显示的质量[3].

如图1：

图1 数字存储示波器系统

2.3 单片机对示波器的分析及电路解读

2.3.1 示波器信号的调理和电路图设计

示波器主要由模拟通道、数据采集等部分组成.而模拟通道主要由信号通道与触发通道组成.输入的信号经过模拟通道无失真处理后，经过A/D数模转换器将输入信号电压转换为数字量，这些数字量经过数据采集模块处理，然后对其进行存储并最终到LED显示[4].

如图2：

图2 数字存储器系统框架图

同样利用D/A转换器得到解读出信号的电路，从而在单片机上实现.

2.3.2 扫描器的制作

手持式激光扫描器系统工作原理是激光三角测距法.手持式激光扫描器系统包括数据采集系统和数据处理系统.

首先半导体激光束通过反射镜反射到位置敏感探测器上，对于发射光束位置 敏感的探测器将反射光的位置信号转换为电流信号，一方面输出给数据采集卡进行数据记录，一方面输出给模数转换模块前的准备工作.随后反馈信号经过ADC采集，进入到FPGA内部进行缓存，随后在FPGA内部实现二维的PID控制算法的处理，再由DAC模块转换模拟信号，最后经过电压放大模块驱动压电陶瓷，从而控制发射镜的偏转.[5]

原理：当光照二极管的时候，三极管的集电导通从而带动三极管导通，整个电路处于导通状态.

二 光电三极管的制作.其结构与晶体三极管相似.有PNP平面型和NPN平面型的两种光电三极管[6].如PNP型3CU硅光电三极管，NPN型3DU硅光电三极管.三极管作为光电开关的两个应用.分别是在有光照的时候，电路导通，带动发动机工作；无光照时候，电路导通带动发动机工作.

2.3.3 电路图译码器的的设计

一本编程采用C语言，易于控制.#include包含全部的51单片机的全部特殊寄存器和端口，下面是本系统的一些端口和寄存器的定义.

二通信时特殊寄存器的设置.计时器模式控制寄存器TMOD，当用户要使用计时计数器Timer0和Timer1时，必须先设置寄存器.其中GATE=1表示Timer1或是Timer0必须在高电位时才会初始化，C/T=1表示计时计数是由外部引脚T0或T1输入计时的脉冲.M1和M0用来选择计时计数器的工作模式.

部分参数如图3：

图3 TMOD的内容

本系统通过设置REN=1使串行口接收数据，SMOSM1 =01，选择工作模式1.串行口在工作方式1时，传送或接收数据都是由1位的开始位（Startbit）、8位的数据位和1位的结束位（Stopbit）所组成，数据传送或接收都由低位开始.数据传送时通过TXD引脚送出，数据接收时通过RXD引脚接入.串行口的传送或接收速率由石英晶体振荡频率和SMOD位决定.

SMOD=0时，

SMOD=1时，

2.4 软件设计中会出现的问题

软件设计中信号采集问题：信号采集存储，中断0和中断1是否为下降沿触发，如果是电平触发，将导致计数不准.只有将IT0和IT1的赋值1，这样才能中断交替，使条和空得到准确记录.

逻辑化问题：为消除，除扫描不均匀带来的错误,用两个数组tiao[N],kong[M],再对这两个数组进行逻辑化.后来在软件中将数据统一存放在wide[N]数组当中，然后将它相邻的数比较作逻辑值化.

3 结论

本文运用了示波器与单片机电路编程结合的方法，用单片机作为对信号的接收和转换.单片机以其成本低、扩展性好、功能强的独特优势,被广泛应用于各种计算机控制系统中.本系统选用AT89C51单片机及简单的逻辑器件,充分利用单片机内部可编程的定时器和中断的功能使实物的信息采集有了原理的保证，今后此单片机的硬件电路图条形码自动识别系统，将使信息的采集以及对实物的管理更加便捷化.电路图与信号的互相转换时本文的关键，是物联网技术应用的核心.通过连接电脑实现对物品的信息记录，达到对物品的编码，有效的实现了某类物品的联网，使用此物联网扫描器，将会我们的生活带来巨大的改变，能有效的使物品信息化的社会加速到来[7].

〔1〕MaMinglin.Currentmoderfreceiverfront-enddesign [D].Hunanuniversity,2011,(4):1-124；马铭磷．电流模式射频接收机前端设计[D].湖南大学,2011（4）：1-124.

〔2〕ZhangChengxiang.Usingoscilloscopeforautoignition systemfaultanalysisanddiagnosis [J].Vehicleelectrical journal,2004,(2):50to52；张成祥.用示波器对汽车点火系进行故障分析和诊断[J].汽车电器杂志,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；赵守珍，商伯涵，谢宝森，秦玉超，于运达.光电平板显示器单片机驱动电路的研究[J].光电子技术，2004，12(4)：257-261.

〔4〕Dong Lizhi Lai Xiaogong. Oscilloscope signal conditioningchannelandthetriggercircuitdesign[D]. Universityofelectronicscienceandtechnology,2012, (4):1-74；董立志，赖小红.示波器信号调理通道与触发电路设计[D].电子科技大学，2012(4)：1-74.

〔5〕Wang Boqing.Laserscannerdrivercircuitbased on FPGAresearch[D].Huazhonguniversityofscienceand technology,2011,(12):1-77；王伯庆.基于FPGA的激光扫描器驱动电路的研究[D].华中科技大学,2011（12）：1-77.

〔6〕ZhangXiaodong.Thephotoelectrictriodeintroduction [J].Appliancerepairtechnology,2007,(9):61；张晓东.光电三极管介绍[J].家电检修技术,2007（9）：61.

〔7〕Zheng Xin. Logistics network business model developmentresearch [D].Beijinguniversityofposts andtelecommunications,2011,(3):1-218；郑欣.物流网商业模式发展研究[D].北京邮电大学，2011（03）：1-218.

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1673-260X（2014）11-0023-02