基于STM32的无线扫码器
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摘 要：随着科技的发展，扫码设备越来越被广泛的应用，本文设计了一款无线扫码设备，可广泛适用于生产、零售、物流货运及企事业单位有形资产、产品及零部件的数据管理和信息采集。此扫码设备可快速识别条形码或二维码，并通过无线传输方式和计算机主机应用程序及数据库通信，方便数据存储、更新及查询。该扫码设备有使用方便快速，突破传统扫码设备距离限制、节省人力物力成本等优点。
关键词：STM32 无线 扫码器 NRF905
中图分类号：TN929 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）06（c）-0056-03
Abstract：With the development of science and technology， the code scanning equipment is more and more widely used. This article has designed a wireless code scanning equipment， which can be widely used in production， retail， logistics， freight， and data management of tangible assets， products and parts of enterprises And information gathering. This code scanning device can quickly identify the barcode and two-dimensional code， and communicate with the host computer application and database through wireless transmission， which is convenient for data update and query. The code scanning device has the advantages of convenient and fast use， breaking through the distance limitation of traditional code scanning devices， saving labor costs， material costs， etc.
Key Words：STM32; Wireless; Sweep code equipment; NRF905
随着科技的进步及物联网技术的发展，条形码及二维条码具有快速、准确、成本低、信息容量大、保密防伪性强等优点被广泛应用。在票务、零售、仓储、物流等应用领域，支持多个二维码扫描终端的多点无线传输系统具有非常广阔的应用前景[1]。本文所设计的系统，能快速识别条形码及二维条码，并支持多个无线终端（多点）实时接收二维条码数据，在有限的工作空间内，避免了配置多套扫描设备的重复投入，降低了管理复杂度，节约了接口资源。可组成一套先进的、高可靠性、高性价比的扫码管理系统，此系统将大大提高管理和维护效率。
传统有线条码扫描仪受数据线长度的影响，在运用上受到一定的限制。在条码扫描设备上加入无线通信模块，转化为无线条码扫描系统，可以使其摆脱数据线长的影响，使扫码设备在运用上更为广泛[2]。本产品可使用有线通信和无线通信两种通信方式。无线通信模块可根据项目需要定制，如支持无线互联网（WLAN）的GPRS/3G/4G协议、无线个人局域网（WPAN）的IEEE 802.15.4协议及SPP ，HID 蓝牙传输协议或脱机使用的场合。同时开发第三方收发接口，为第三方使用者提供可公开和自定义加密机制的无线条码数据采集终端。
1 系统原理分析
无线扫码器分为发送端和接收端，两者原理相似。无线扫码器发送端主要由扫码模块、数据处理模块、无线通信模块等部分构成（见图1）。在实际应用中，无线扫码器可选电源或电池供电，由扫码模块读取物品的条形码或二维码，将读取的数据，通过串行总线发送到数据处理模块;数据处理模块接收到扫码数据后，经过数据处理，按照无线数据协议将数据封装成包，通过串行总线发送给无线收发模块;无线通讯模块收到数据处理模块发来的数据后，以射频的方式将数据发送出去。
无线扫码器接收端作为后台计算机接收条码扫描数据的中间设备，其原理和发射端相似，只是其工作过程相反（见图2），首先是通过无线通信模块接收发送端发送的数据，然后再通过数据处理模块对采集来的数据进行处理，并把其数据通过接口与计算机串口或USB连接，最终把前端无线扫码器的数据传输到后台计算机。后台计算机实时接收这些扫码数据，并和计算机中数据库或云服务进行通信，完成数据更新或产品管理。
無线扫码器可避免线缆布置对扫码器的安装位置的限制，具有无线通信优势。在远距离现场数据采集和扫描笨重物体的编码时优势明显。数据传输可自定义无线协议，也可以通过扩展单元，转换为其他网络协议或脱机使用。各个功能模块也可以根据实际需求做相应的配置，从而应用到不同领域。
2 硬件设计方案
无线扫码器硬件主要由扫码模块，数据处理模块和无线数据传输接口模块三部分组成（见图3）。 扫码模块部分负责将条形码信号转换成数字信号，它一般由光源、光学透镜、扫描模组、模拟数字转换电路组成。它利用光电元件将检测到的光信号转换成电信号，再将电信号通过模拟数字转换器转化为数字信号传输到数据处理模块。本方案中使用了新大陆公司的NLS-EM3596型条码识读器，通过RS232接口与数据处理模块通信，EM3596条码识读器采用先进的解码技术，使用1280*800高清影像感测器，搭配激光十字对焦，在室外阳光下依然可用，确保了扫码的准确性。硬件集成度高，体积小，可满足各类小型化应用的需求，适合轻薄型设备配套、传统自助设备配套、条码枪等设备集成，所以很适合本方案应用。
数据处理模块是无线扫码器的核心之一，主要负责接收扫码数据，根据用户的数据格式做出相应的数据格式转换，再将数据传给无线发送模块。本文选用了STM32F103CBT6芯片，其内置6个定时器、2个IIC接口，3个USART接口，1个USB接口、2个SPI接口、内置软件看门狗等[3]。STM32F103系列芯片是意法半导体开发的高性能、低成本、低功耗的ARM Cortex-M3内核的32位控制器，时钟频率可达72MHz，内置达128K闪存，零等待周期的存储器。它外设接口丰富，多种型号可以根据项目需要选择。采用低功耗设计，降低能耗的同时可以提高模块的使用寿命。
无线发射部分采用SPI接口和stm32主控芯片通讯，使用433MHz射频通讯，本设计选用了nRF905无线数传芯片，它是一款市场主流产品，由NORDIC公司出品，它主要工作于433MHz、868MHz和915MHz的ISM频段。芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块，输出功率和通信频道可通过程序进行配置[4]。非常适合于低功耗、低成本的系统设计。
3 系统软件设计
无线扫码器作为一款无线产品，需要从数据采集的可靠性、实时性、易用性等几个方面进行软件设计和实现。
无线扫码器上电后可用3～8s的时间来建立连接，最终需要根据网络情况来决定;无线扫码器必须保证数据是被正确传输到主机，扫码器可以通过发送端和接收端的通讯协议来确保数据的正确传输;在无线连接已经断开的情况下，无线扫码器无法把数据传输到主机，扫码器的提示灯会给出长亮告警，扫码器的连接状态实时的被监测，通过指示灯闪烁显示。
为保证可靠性，无线扫码器和接收端开连接后，如离开有效传输距离或者一端失电，发送端和接收端双向自动尝试连接，直到连接距离或者供电后能够成功建立连接并且实现扫描数据正确传输。无线扫码器能够灵活的和多主机建立连接，可通过广播发送数据方式和多主机通信。
为了确保数据传输安全，无线扫码器采用无线协议本身支持的加密模式来提供保护，这可以防止一般的安全攻击。这层防护采用用户自定义算法，所以不容易被破坏者识别，起到了数据保护作用。
综上所述系统软件流程如图4、5。上电启动后，首先硬件初始化，STM32芯片的各个GPIO、运行灯及通信接口初始化，设置好串口对应的波特率以及数据格式。然后对EM3596初始化，通过串口发送串行命令，设置EM3596各项功能参数;再对nRF905模块初始化，并检测是否连接入网，如果连接正常，则进行扫码采集数据，把数据从串口发送到nRF905模块，通过加密协议把数据传送到接收端上去。同理接收端接收数据解密后送至后台计算机。
4 结语
经实践证明使用基于STM32无线扫码器达到了较好的效果，采用无线通信，不适用控制线缆，免去控制线的布线过程。此无线扫码器设计简单，所用器件较少，性能稳定，并且能够可靠地运行，其具有低成本、开发周期短等优点，以及C语言编写程序在传输协议上具有灵活性，无线通讯接口有较好的安装性和扩展性。无线扫码器，配合行业应用软件产品，可用于中小型企业零售、分销商业及企事业单位的设备、纸介文档、书籍档案管理。
参考文献
[1] 张世综，徐世许，边长安.基于条形码扫描技术的货物存储系统的研究与设计[J].制造业自动化，2019，41（9）：51-55.
[2] 林盈盈，高红，张明珊.嵌入式二维码数据无线多点传輸系统设计[J].微型机与应用，2014（21）：4-6.
[3] 陈琦，丁丽娜.基于STM32的无线油井监控器[J].微型机与应用，2015，34（6）： 1-2，6.
[4] 杨海松.基于二维码和无线通信技术的智能巡检管理系统[J]. 数字技术与应用，2018，36（8）：138-139.
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