基于STM32的無線掃碼器

摘? ?要：隨著科技的發展，掃碼設備越來越被廣泛的應用，本文設計了一款無線掃碼設備，可廣泛適用于生產、零售、物流貨運及企事業單位有形資產、產品及零部件的數據管理和信息采集。此掃碼設備可快速識別條形碼或二維碼，并通過無線傳輸方式和計算機主機應用程序及數據庫通信，方便數據存儲、更新及查詢。該掃碼設備有使用方便快速，突破傳統掃碼設備距離限制、節省人力物力成本等優點。

關鍵詞：STM32? 無線? 掃碼器? NRF905

中圖分類號：TN929? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：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

隨著科技的進步及物聯網技術的發展，條形碼及二維條碼具有快速、準確、成本低、信息容量大、保密防偽性強等優點被廣泛應用。在票務、零售、倉儲、物流等應用領域，支持多個二維碼掃描終端的多點無線傳輸系統具有非常廣闊的應用前景[1]。本文所設計的系統，能快速識別條形碼及二維條碼，并支持多個無線終端（多點）實時接收二維條碼數據，在有限的工作空間內，避免了配置多套掃描設備的重復投入，降低了管理復雜度，節約了接口資源。可組成一套先進的、高可靠性、高性價比的掃碼管理系統，此系統將大大提高管理和維護效率。

傳統有線條碼掃描儀受數據線長度的影響，在運用上受到一定的限制。在條碼掃描設備上加入無線通信模塊，轉化為無線條碼掃描系統，可以使其擺脫數據線長的影響，使掃碼設備在運用上更為廣泛[2]。本產品可使用有線通信和無線通信兩種通信方式。無線通信模塊可根據項目需要定制，如支持無線互聯網（WLAN）的GPRS/3G/4G協議、無線個人局域網（WPAN）的IEEE 802.15.4協議及SPP ，HID 藍牙傳輸協議或脫機使用的場合。同時開發第三方收發接口，為第三方使用者提供可公開和自定義加密機制的無線條碼數據采集終端。

1? 系統原理分析

無線掃碼器分為發送端和接收端，兩者原理相似。無線掃碼器發送端主要由掃碼模塊、數據處理模塊、無線通信模塊等部分構成（見圖1）。在實際應用中，無線掃碼器可選電源或電池供電，由掃碼模塊讀取物品的條形碼或二維碼，將讀取的數據，通過串行總線發送到數據處理模塊;數據處理模塊接收到掃碼數據后，經過數據處理，按照無線數據協議將數據封裝成包，通過串行總線發送給無線收發模塊;無線通訊模塊收到數據處理模塊發來的數據后，以射頻的方式將數據發送出去。

無線掃碼器接收端作為后臺計算機接收條碼掃描數據的中間設備，其原理和發射端相似，只是其工作過程相反（見圖2），首先是通過無線通信模塊接收發送端發送的數據，然后再通過數據處理模塊對采集來的數據進行處理，并把其數據通過接口與計算機串口或USB連接，最終把前端無線掃碼器的數據傳輸到后臺計算機。后臺計算機實時接收這些掃碼數據，并和計算機中數據庫或云服務進行通信，完成數據更新或產品管理。

無線掃碼器可避免線纜布置對掃碼器的安裝位置的限制，具有無線通信優勢。在遠距離現場數據采集和掃描笨重物體的編碼時優勢明顯。數據傳輸可自定義無線協議，也可以通過擴展單元，轉換為其他網絡協議或脫機使用。各個功能模塊也可以根據實際需求做相應的配置，從而應用到不同領域。

2? 硬件設計方案

無線掃碼器硬件主要由掃碼模塊，數據處理模塊和無線數據傳輸接口模塊三部分組成（見圖3）。

掃碼模塊部分負責將條形碼信號轉換成數字信號，它一般由光源、光學透鏡、掃描模組、模擬數字轉換電路組成。它利用光電元件將檢測到的光信號轉換成電信號，再將電信號通過模擬數字轉換器轉化為數字信號傳輸到數據處理模塊。本方案中使用了新大陸公司的NLS-EM3596型條碼識讀器，通過RS232接口與數據處理模塊通信，EM3596條碼識讀器采用先進的解碼技術，使用1280*800高清影像感測器，搭配激光十字對焦，在室外陽光下依然可用，確保了掃碼的準確性。硬件集成度高，體積小，可滿足各類小型化應用的需求，適合輕薄型設備配套、傳統自助設備配套、條碼槍等設備集成，所以很適合本方案應用。

數據處理模塊是無線掃碼器的核心之一，主要負責接收掃碼數據，根據用戶的數據格式做出相應的數據格式轉換，再將數據傳給無線發送模塊。本文選用了STM32F103CBT6芯片，其內置6個定時器、2個IIC接口，3個USART接口，1個USB接口、2個SPI接口、內置軟件看門狗等[3]。STM32F103系列芯片是意法半導體開發的高性能、低成本、低功耗的ARM Cortex-M3內核的32位控制器，時鐘頻率可達72MHz，內置達128K閃存，零等待周期的存儲器。它外設接口豐富，多種型號可以根據項目需要選擇。采用低功耗設計，降低能耗的同時可以提高模塊的使用壽命。

無線發射部分采用SPI接口和stm32主控芯片通訊，使用433MHz射頻通訊，本設計選用了nRF905無線數傳芯片，它是一款市場主流產品，由NORDIC公司出品，它主要工作于433MHz、868MHz和915MHz的ISM頻段。芯片內置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置[4]。非常適合于低功耗、低成本的系統設計。

3? 系統軟件設計

無線掃碼器作為一款無線產品，需要從數據采集的可靠性、實時性、易用性等幾個方面進行軟件設計和實現。

無線掃碼器上電后可用3～8s的時間來建立連接，最終需要根據網絡情況來決定;無線掃碼器必須保證數據是被正確傳輸到主機，掃碼器可以通過發送端和接收端的通訊協議來確保數據的正確傳輸;在無線連接已經斷開的情況下，無線掃碼器無法把數據傳輸到主機，掃碼器的提示燈會給出長亮告警，掃碼器的連接狀態實時的被監測，通過指示燈閃爍顯示。

為保證可靠性，無線掃碼器和接收端開連接后，如離開有效傳輸距離或者一端失電，發送端和接收端雙向自動嘗試連接，直到連接距離或者供電后能夠成功建立連接并且實現掃描數據正確傳輸。無線掃碼器能夠靈活的和多主機建立連接，可通過廣播發送數據方式和多主機通信。

為了確保數據傳輸安全，無線掃碼器采用無線協議本身支持的加密模式來提供保護，這可以防止一般的安全攻擊。這層防護采用用戶自定義算法，所以不容易被破壞者識別，起到了數據保護作用。

綜上所述系統軟件流程如圖4、5。上電啟動后，首先硬件初始化，STM32芯片的各個GPIO、運行燈及通信接口初始化，設置好串口對應的波特率以及數據格式。然后對EM3596初始化，通過串口發送串行命令，設置EM3596各項功能參數;再對nRF905模塊初始化，并檢測是否連接入網，如果連接正常，則進行掃碼采集數據，把數據從串口發送到nRF905模塊，通過加密協議把數據傳送到接收端上去。同理接收端接收數據解密后送至后臺計算機。

4? 結語

經實踐證明使用基于STM32無線掃碼器達到了較好的效果，采用無線通信，不適用控制線纜，免去控制線的布線過程。此無線掃碼器設計簡單，所用器件較少，性能穩定，并且能夠可靠地運行，其具有低成本、開發周期短等優點，以及C語言編寫程序在傳輸協議上具有靈活性，無線通訊接口有較好的安裝性和擴展性。無線掃碼器，配合行業應用軟件產品，可用于中小型企業零售、分銷商業及企事業單位的設備、紙介文檔、書籍檔案管理。

參考文獻

[1] 張世綜，徐世許，邊長安.基于條形碼掃描技術的貨物存儲系統的研究與設計[J].制造業自動化，2019，41（9）：51-55.

[2] 林盈盈，高紅，張明珊.嵌入式二維碼數據無線多點傳輸系統設計[J].微型機與應用，2014（21）：4-6.

[3] 陳琦，丁麗娜.基于STM32的無線油井監控器[J].微型機與應用，2015，34（6）： 1-2，6.

[4] 楊海松.基于二維碼和無線通信技術的智能巡檢管理系統[J]. 數字技術與應用，2018，36（8）：138-139.