基于DSP56F826芯片的二维条码扫描器系统

复位与时钟电路

虽然DSP内置了COP模块，可以完成watchdog功能，当DSP内核电压VDD低于2.2V或者I/O口电压VDDIO低于2.7V，系统自动复位。我们还专门加了外部RESET，防止系统受到外界干扰或电源波动时出现死机现象。

DSP56F826的系统时钟由晶振提供。我们用DSP芯片内部提供的晶振电路，在EXTAL和XTAL之间接一外部晶体(4MHz)。

电源控制电路

输入5V的直流电作为整个系统的电源。由于图像传感芯片OV7120使用5V电源，MAX202E用5V电源，外部SRAM用3.3V电源，DSP56F826 Core用2.5V电源，而DSP56F826 的I/O口用3.3V电源，所以电源分三路输出。

照明控制电路

采用主动光源，用三个发光二极管给条码采集提供照明，便于二维条码图象的定标。当开始采集图象数据时，DSP输出一控制信号，驱动发光二极管工作。采集结束后，在DSP控制下停止工作。

系统部分电路图示于图3。

图3 部分硬件电路图

系统软件设计

二维条码扫描器开始工作时，首先采集二维条码图象数据，由于实际工作中条码图象会出现污损等情况，对码字的正确译出造成影响，所以必须对采集到的图象进行降噪、校正等处理。条码图象为灰度图象，对其进行二值化才能进行码字识别。在将PDF417码的所有码字正确分割后，以查表方式在码本中查找与码字相对应的值，将编码数据译出。为确认扫描的有效性，必须进行前向错误校验。如出错，则进行纠错。最后，将译码的正确数据传输到上位计算机或直接进行处理显示。软件框图如图4所示。

降噪处理

图象采集芯片OV7120成像速度为30帧/秒，但是在实际操作过程中，会有人手抖动、条码图象移动等情况产生，采集时间过长，就会导致每帧图象之间的差别相当大，进而造成很大的识别误差，所以在每一次扫描时，我们只取三帧图象，所用时间为 ：(1 / 30 ) × 3 = 0.1 s ，可以忽略人手抖动等影响。设采集到的三帧图象为I1 (x , y) 、I2 (x , y) 、I3 (x , y) , 每帧的噪声方差为σ2，取平均可得到：

I (x , y) = I (x , y)的噪声方差为σ2/3 。

可见此方法可以有效降噪。我们不采用常见的中值滤波、Butterworth滤波等方法，是因为一个码字占有3、4个像素点，用中值或Butterworth滤波处理污损的图象，将对图象造成结构性的破坏。

图象二值化

首先统计出图象的直方图，然后用Bayesian最佳分类器，确定最佳二值化门限电平，实现对图象的二值化处理。此二值化门限电平必须是动态调整的，因为每次的光照等外界条件是不同的，每扫描一次条码，就必须确定一个新的二值化门限电平。动态采集到的条码图象有300K像素点，但只需要取图象中间区域进行统计直方图，取中间的64×64个像素点，平均每统计一个像素点需要2个指令周期，可算得统计直方图总共需要64×64×2=8192个指令周期。确定二值化门限电平需要约2000个指令周期，由此可计算所用时间约为：(8192+2000)/ 40000000 = 0.00025 s。

码字识别与信号纠错

在码字分割完成之后，采用模板匹配方式，在固定的码本中查找与码字相对应的值，将码字译出。这里不需要用到神经网络，因为PDF417码字模式非常标准，用简单的模板匹配即可完成，不需复杂化。对一个码字进行模板匹配需要8000个指令周期，平均每个二维条码包含500个码字，则进行模板匹配总共需要时间为：8000×500 / 40000000 = 0.1 s 。为确保译码的有效性，使用R-S错误控制码对码字进行检错和纠错，每个码字的检错和纠错需要用100个指令周期，所以总共需要100×500 / 40000000 = 0.00125 s的时间来完成二维条码数据纠错。

结语

所设计的二维条码扫描器用DSP56F826芯片为系统核心，采用优化算法，可以快速高效地对二维条码进行识别处理。

来源：电子发烧友