2.6 识读设备
1．识读设备分类
条码识读设备由条码扫描器和译码器两部分组成，现在绝大部分的条码识读器都将扫描器和译码器集成为一体，人们根据不同的用途和需要设计了各种类型的扫描器。下面按条码识读器的扫描方式、操作方式、识读码制能力和扫描方向对各类条码识读器进行分类。
1）按扫描方式分类
条码识读设备按扫描方式，可分为接触式和非接触式条码扫描器。接触式识读设备包括光笔与卡槽式条码扫描器。非接触式识读设备包括CCD扫描器与激光扫描器。
2）按操作方式分类
条码识读设备按操作方式，可分为手持式条码扫描器和固定式条码扫描器。
手持式条码扫描器应用于许多领域，特别适用于条码尺寸多样、识读场合复杂、条码形状不规整的应用场合。在这类扫描器中，有光笔、激光枪、手持式全向扫描器、手持式CCD扫描器和手持式图像扫描器。
固定式扫描器扫描时不用人手把持，适用于省力、人手劳动强度大（如超市的扫描结算台）或无人操作的自动识别应用场合。固定式扫描器有卡槽式扫描器、固定式单线单方向多线式（栅栏式）扫描器、固定式全向扫描器和固定式CCD扫描器。
3）按识读码制的能力分类
条码扫描设备从原理上可分为光笔、CCD、激光和拍摄4类条码扫描器。光笔与卡槽式条码扫描器只能识读一维条码。激光条码扫描器只能识读行排式二维条码（如PDF417条码）和一维条码。图像式条码识读器可以识读常用的一维条码，还能识读行排式和矩阵式的二维条码。
4）按扫描方向分类
条码扫描设备按扫描方向，可分为单向和全向条码扫描器。其中全向条码扫描器又分为平台式和悬挂式。
悬挂式全向扫描器是从平台式全向扫描器中发展而来，如图2-10所示。这种扫描器也适用于商业POS系统以及文件识读系统。识读时可以手持，也可以放在桌子上或挂在墙上，使用时更加灵活方便。
图2-10 悬挂式全向扫描器
2．常用识读设备介绍
常用的条码识读设备包括激光枪、CCD扫描器、光笔与卡槽、全向扫描平台和图像式扫描器。
1）激光枪
激光枪属于手持式自动扫描的激光扫描器。
激光扫描器是一种远距离条码阅读设备，其性能优越，因而被广泛应用。激光扫描器的扫描方式有单线扫描、光栅式扫描和全角度扫描3种方式。激光手持式扫描器属单线扫描，其景深较大，扫描首读率和精度较高，扫描宽度不受设备开口宽度限制。卧式激光扫描器为全角扫描器，其操作方便，操作者可双手对物品进行操作，只要条码符号面向扫描器，不管其方向如何，均能实现自动扫描，超级市场大都采用这种设备。
现阶段主要有激光扫描技术和光学成像数字化技术。激光扫描技术的基本原理是先由机具产生一束激光（通常是由半导体激光二极管产生），再由转镜将固定方向的激光束形成激光扫描线（类似电视机的电子枪扫描），激光扫描线扫描到条码上再反射回机具，由机具内部的光敏器件转换成电信号。其原理如图2-11所示。激光式扫描头的工作流程如图2-12所示。
图2-11 激光扫描原理
图2-12 激光式扫描头的工作流程
利用激光扫描技术的优点是识读距离适应能力强，具有穿透保护膜识读的能力，识读的精度和速度比较容易做得高些。缺点是对识读的角度要求比较严格，而且只能识读行排式二维条码和一维条码。
激光枪的扫描动作通过转动或振动多边形棱镜等光学装置实现。这种扫描器的外形结构类似于手枪，如图2-13所示。手持激光扫描器比激光扫描平台具有方便灵活不受场地限制的特点，适用于扫描体积较小的首读率不是很高的物品。除此之外它还具有接口灵活、应用广泛的特点。手持激光扫描器是新一代的商用激光条码扫描器，扫描线清晰可见，扫描速度快，一般扫描频率大约每秒40次，有的可达到每秒44次。有的还可选具有自动感应功能的智能支架，可灵活使用于各种应用环境。
图2-13 手持激光扫描器
这种扫描器的主要特点是识读距离长，通常它们的扫描区域能在1ft（英尺，1ft=0.3048m）以外。有些超长距离的扫描器，其扫描距离甚至可以达到10ft。目前新型的CCD扫描器也可以达到一般的激光扫描器所能够达到的识读距离。
2）CCD扫描器
这种扫描器主要采用了电荷耦合装置（charge coupled device, CCD）。CCD元件是一种电子自动扫描的光电转换器，也叫CCD图像感应器。它可以代替移动光束的扫描运动机构，不需要增加任何运动机构，便可以实现对条码符号的自动扫描。
手持式CCD扫描器和固定式CCD扫描器均属于非接触式扫描器，只是形状和操作方式不同，其扫描机理和主要元器件完全相同，如图2-14所示。扫描景深和操作距离取决于照射光源的强度和成像镜头的焦距。
图2-14 CCD扫描器
CCD扫描器利用光电耦合（CCD）原理，对条码印刷图案进行成像，然后再译码。它的特点是：无任何机械运动部件，性能可靠，寿命长；按元件排列的节距或总长计算，可以进行测长；价格比激光枪便宜；可测条码的长度受限制；景深小。
3）光笔扫描器
光笔属于接触式固定光束扫描器。在其笔尖附近有发光二极管LED作为照明光源，并含有光电探测器。在选择光笔时，要根据应用中的条码符号正确选择光笔的孔径（分辨率）。分辨率高的光笔的光点尺寸能达到4mil（密尔，1mil=0.1mm）,6密尔属于高分辨率，10密尔属于低分辨率。一般光笔的光点尺寸在0.2mm左右。
选择光笔分辨率时，有一个经验的计算方法：条码最小单元尺寸X的密尔数乘以0.7，然后进位取整，该密尔数就是使用的光笔孔径的大小。例如，X=10mil，那么就应该选择孔径在7密尔左右的光笔。
光笔的耗电量非常低，因此它比较适用于和电池驱动的手持数据采集终端相连。
光笔的光源有红光和红外光两种。红外光笔擅长识读被油污弄脏的条码符号。光笔的笔尖容易磨损，一般用蓝宝石笔头。不过，光笔的笔头可以更换。
随着条码技术的发展，光笔已逐渐被其他类型的扫描器所取代。现在已研制出一种蓝牙光笔扫描器支持更多条码类型，改进了扫描操作，还可以用作触摸屏的触笔，如图2-15所示。人性化设计，配备蜂鸣器，电池可提供5000次以上扫描，适用于在平面上扫描所有应用程序，成为新一代接触式扫描器。还有一种蓝牙无线扫描器，适用于大量高速扫描场合，可以在非常暗淡或明亮的环境，在反光或弯曲的表面，或透过玻璃进行扫描。甚至可以扫描损坏的、制作粗糙的条码。
图2-15 蓝牙光笔扫描器
4）全向扫描平台
全向扫描平台属于全向激光扫描器，如图2-16所示。全向扫描指的是标准尺寸的商品条码以任何方向通过扫描器的区域都会被扫描器的某个或某两个扫描线扫过整个条码符号。一般全向扫描器的扫描线方向为3～5个，每个方向上的扫描线为4个左右。这方面的具体指标取决于扫描器的具体设计。
图2-16 全向扫描平台
全向扫描器一般用于商业超市的收款台。它一般有3～5个扫描方向，扫描线数一般为20条左右。它们可以安装在柜台下面，也可以安装在柜台侧面。
这类设备的高端产品为全息式激光扫描器。它用高速旋转的全息盘代替了棱镜状多边转镜扫描。有的扫描线能达到100条，扫描的对焦面达到5个，每个对焦面含有20条扫描线，扫描速度可以高达8000线/s，特别适用于传送带上识读不同距离、不同方向的条码符号。这种类型的扫描器对传送带的最大速度要求小的有0.5m/s，高的有4m/s。
5）便携式数据采集器
便携式数据采集器是集激光扫描、汉字显示、数据采集、数据处理和数据通信等功能于一体的高科技产品，相当于一台小型的计算机，它是计算机技术与条码技术的完美结合，利用物品上的条码作为信息快速采集的手段。简单地说，它兼具了掌上电脑和条码扫描器的功能。
其基本工作原理是首先按照用户的应用要求，将应用程序在计算机编制后下载到便携式数据采集器中。便携式数据采集器中的基本数据信息必须通过PC的数据库获得，而存储的操作结果也必须及时地导入到数据库中。手持终端作为计算机网络系统的功能延伸，满足了日常工作中人们各种信息移动采集、处理的任务要求。
从完成的工作内容上看，便携式数据采集器又分为数据采集型和数据管理型。数据采集型的产品主要应用于供应链管理的各个环节，快速采集物流的条码数据，在采集器上作简单的数据存储、计算等处理，而后将数据传输给计算机系统。此类型的设备一般面对素质较低的操作人员，操作简单、容易维护、坚固耐用是此类设备主要考虑的因素。数据管理型的产品主要用于数据采集量相对较小、数据处理的要求较高（通常包含数据库的各种功能）的情况。此类设备主要考虑采集条码数据后能够全面地分析数据，并得出各种分析、统计的结果。但是此类设备由于操作系统比较复杂，对操作员的基本素质要求比较高。
CX-PT18数据采集型便携式数据采集器产品，如图2-17所示，下面以它为例加以说明。
图2-17 数据采集器CX-PT18
（1）CPU处理器：采用32位元RISC微处理器ARM内核。
（2）手持终端内存：目前大多数产品采用Flash-ROM+RAM型内存。
（3）功耗：包括条码扫描设备的功耗、显示屏的功耗和CPU的功耗等。由电池支持工作。
（4）整机功耗：目前数据采集器在使用中采用普通电池、充电电池两种方式。以CX-PT18数据采集器为例，它采用两节普通电池，可以使用150h。
（5）输入设备：包括条码扫描输入、键盘输入。条码输入又分为CCD\LASER（激光）\CMOS等。常用的是激光条码扫描设备具有扫描速度快，操作方便等优点。但是第三代的CMOS扫描输入产品具有成像功能，不仅能够识读一维、二维条码，还能够识读各种图像信息，应用在各种领域中。键盘输入包括标准的字母、英文、符号等方法，同时都具有功能快捷键。有些数据采集器产品还具有触摸屏，可使用手写识别输入等功能。
（6）显示输出：目前的数据采集器大都具备大屏液晶显示屏，能够显示中英文、图形等各种用户信息，有背光支持，即使在夜间也能够操作，同时在显示精度、屏幕的工业性能上都有较严格的要求。
（7）与计算机系统的通信能力：目前高档的便携式数据采集器都具有串口、红外线通信口等几种方式。
（8）外围设备驱动能力：利用数据采集器的串口、红外口，可以连接各种标准串口设备，或者通过串—并转换可以连接各种并口设备，包括串并口打印机、调制解调器等，以实现计算机的各种功能。
6）无线数据采集器
无线数据采集器将普通便携式数据采集器的性能进一步扩展，如图2-18所示。除了具有一般便携式数据采集器的优点外，还有在线式数据采集器的优点。它与计算机的通信是通过无线电波来实现的，可以把现场采集到的数据实时传输给计算机。相比普通便携式数据采集器，它又更进一步地提高了操作员的工作效率，使数据从原来的本机校验、保存转变为远程控制、实时传输。
图2-18 某型号无线数据采集器
无线式数据采集器可以直接通过无线网络和PC、服务器进行实时数据通信，数据实时性强、效率高。
条码数据采集器的软件功能一般分为操作系统和应用软件。
操作系统目前没有统一的标准。由于数据采集器采用各个厂家独立开发生产的CPU、主板等关键零部件，所以大多采用各自标准的OS操作系统。也有部分厂家推出了基于PALM/WinCE平台的操作系统，但是目前此类产品的推出是针对数据管理型的应用领域，对于传统供应链——物流领域的数据采集还不是非常适用。
应用软件根据用户的应用流程进行开发。软件开发工具一般采用C语言或其他语言。对于数据采集器的应用而言，随着条码技术与IT技术更加广泛的结合，便携式数据采集器将得到广泛的应用。与行业应用结合得更加紧密，成为行业解决方案的一部分。
7）图像式条码扫描器
采用面阵CCD摄像方式将条码图像摄取后进行分析和解码，可识读一维条码和二维条码。
这里详细介绍一下有关图形采集和数字化处理以及拍摄方式的内容。
（1）图形采集和数字化处理
目前国际上对条码图形采集方式主要有两种，即光学成像（image）方式和激光（laser）方式。其中光学成像方式中又有两种，一种是面阵CCD，一种是CMOS。在采用图像方式中，绝大多数采用技术较为成熟的CCD器件，其中少数已经采用了CMOS器件。从长远发展的角度看，图像方式将是一个必然的趋势。
CCD技术是一种传统的图形/数字光电耦合器件，现已广泛应用。其基本原理是利用光学镜头成像，转化为时序电路，经A/D转换为数字信号。CCD的优点是像质好，感光速度快，有许多高分辨率的芯片供选择，但信号特性是模拟输出，必须加入模数转换电路。加上CCD本身要用时序和放大电路来驱动，所以硬件开销很大，成本较高。
CMOS技术是近年发展起来的新兴技术。与CCD一样，是一种光电耦合器件。但是其时序电路和A/D转换是集成在芯片上的，无须辅助电路来实现。其优点是，单块芯片就能完成数字化图像的输出，硬件开销非常少，成本低。缺点是像质一般（感光像素间的漏电流较大），感光速度较慢，目前分辨率也偏低。
CCD技术已经是传统成熟的技术，虽然分别率高，感光速度快，但是电路复杂，价格下降的空间已经很小。CMOS技术虽然目前在性能上略低于CCD器件，但是近年来的发展速度很快，国际上新近开发的产品，正在逐步采用该技术。从各种资料和近期发展情况上看，CMOS技术正以迅猛的速度发展，并且价格越来越低，性能越来越好。同时，在图形采集和转换方面，采用CMOS技术和大规模逻辑阵列技术配合，将能够满足图形采集和信号传输的需求。同时，目前国际上所有的图像方式识读器，所有国外品牌几乎都采用了FPGA（大规模可编程逻辑阵列）技术。
采用FPGA除了可以完成数字图形采集外，还可以用来完成条码的纠错和译码，因为纠错算法是一种特别适合硬件实现的算法，FPGA容易实现。对于大容量的条码，如果采用FPGA来完成纠错算法，与软件算法相比，可以提高10倍左右的速度。FPGA还可以完成图像处理，理论上整个图形处理的算法都可以用硬件来完成。
（2）拍摄方式
在条码识读机中被广泛使用的另一项技术是光学成像数字化技术。其基本原理是通过光学透镜成像在半导体传感器上，在通过模/数转换（传统的CCD技术）或直接数字化（CMOS技术）输出图像数据。CMOS将采集到的图像数据送到嵌入式计算机系统处理。处理的内容包括图像处理、解码、纠错、译码，最后处理结果通过通信接口（如RS-232）送往PC，如图2-19所示。
图2-19 拍摄方式的原理
8）手机扫描
在手机上安装相应的商品条码识别软件，通过手机摄像头扫描商品条码，就可以识别商品并进行智能搜索，更快捷准确地获取该商品的相关信息。通过条码扫描可以收到所需要的商品信息，不仅提供商品的具体功能特性，还能展示商品报价。将手机二维条码软件安装于具有拍照功能的手机终端之上，通过手机终端拍摄二维条码，可以解析出其中信息。这为手机市场、网络行销以及电子商务等应用带来新的市场与机会，也开启了无线增值行业的无限商机。电子票务、移动付款、手机上网、电子名片等的实现，为人们的生活增添一份便捷。