【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 識(shí)別技術(shù)的選擇與設(shè)計(jì) 識(shí)別技術(shù)的選擇 條形碼識(shí)別技術(shù)概述 要將按照一定規(guī)則編譯出來(lái)的條形碼轉(zhuǎn)換成有意義的信息，需要經(jīng)歷 掃描 和 譯碼 兩個(gè)過(guò)程。物體的 顏色 是由其反射光的類(lèi)型決定的， 白色 物體能反射各種 波長(zhǎng) 的 可見(jiàn)光 ， 黑色 物體則吸收各種波長(zhǎng)的可見(jiàn)光，所以當(dāng)條形碼掃描器光源發(fā)出的光在條形碼上反射后，反射光照射到條碼掃描器內(nèi)部的光電轉(zhuǎn)換器 上，光電轉(zhuǎn)換器根據(jù)強(qiáng)弱不同的反射光信號(hào)，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)。根據(jù)原理的差異，掃描器可以分為 光筆 、 CCD、 激光 三種。電信號(hào)輸出到條碼掃描器的 放大電路 增強(qiáng)信號(hào)之后，再送到整形電路將 模擬信號(hào) 轉(zhuǎn)換成 數(shù)字信號(hào) 。白條、黑條的寬度不同，相應(yīng)的電信號(hào)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短也不同。 然后譯碼器通過(guò)測(cè)量 脈沖 數(shù)字電信號(hào) 0 或 1 的數(shù)目來(lái)判別條和空的數(shù)目。通過(guò)測(cè)量 0 或 1 信號(hào)持續(xù)的時(shí)間來(lái)判別條和空的 寬度 。此時(shí)所得到的數(shù)據(jù)仍然是 雜亂無(wú)章 的，要知道條形碼所包含的信息，則需根據(jù)對(duì)應(yīng)的編碼規(guī)則，將條形符號(hào)換成相應(yīng)的數(shù)字、字符信息。最后，由 計(jì)算機(jī) 系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 與管理，物品的詳細(xì)信息便被識(shí)別了。 識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 條形碼的選擇及應(yīng)用 條碼分為一維條碼和二維條碼。一維條碼只是在一個(gè)方向（一般是水平方向）表達(dá)信息，而在垂直方向上則不表達(dá)任何信息。一個(gè)完整的一維條碼是由兩側(cè)空白區(qū)、起始字符、數(shù)據(jù)字符、校驗(yàn)字符 (可選 )和終止字符及供人識(shí)讀字符組成，如圖 21 所示。一維條碼包括 EAU 碼， UPC 碼、 EAN138 碼、ITF 碼、 39 碼、庫(kù)德巴條碼、交叉 25 碼等。交叉 25 碼是一種“條”和“空”都表示信息的條碼，有兩種單元寬度，每一個(gè)條碼字符由五個(gè)單元組成，其中 2 個(gè) 寬單元， 3 個(gè)窄單元。在 1 個(gè)交叉 25 碼符號(hào)中，組成條碼符號(hào)的字符個(gè)數(shù)為偶數(shù)，當(dāng)字符是奇數(shù)個(gè)時(shí)，應(yīng)在左側(cè)補(bǔ) 0 變?yōu)榕紨?shù)。條碼字符從左到右，奇數(shù)位置字符用條表示，偶數(shù)位字符用空表示。交插 25 碼的字符集包括數(shù)字 0~9。 6 圖 21 一維碼 一維條碼的優(yōu)點(diǎn)是信息錄 人速度快、差錯(cuò)率低，但是也存在一些如信息容量小、條碼尺寸相對(duì)較大 (空間利用率低 )、條碼遭到損壞后不能閱讀等不足之處。不同類(lèi)型的條碼，有不同的碼制和編碼方法。條碼編碼方法有以下兩種： ，條碼的條 (空 )寬的寬窄設(shè)置不同，寬單元表示二進(jìn)制“ 1”，窄單元表示二進(jìn)制“ 0” 。 39 碼、庫(kù)德巴條碼和交叉 25 碼屬于寬度調(diào)節(jié)法編碼。 ，條碼符號(hào)中每個(gè)條碼字符的條與空分別由若干模塊組配而成，一個(gè)模塊寬的條表示二進(jìn)制“ 1”，一個(gè)模塊寬的空表示二進(jìn)制的“ 0”。通用商品條碼 (EAU 碼和 UPC 碼 )、 93 碼 、 EAN128 碼屬于模塊組配法編碼。 不同類(lèi)型的條碼有不同的編碼容量和字符集。有些條碼僅能表示 10 個(gè)字符： 0~9，如交叉 25 碼、 EAU 碼和 UPC 碼；有些條碼可表示特殊字符，如庫(kù)德巴條碼。 39 條碼可表示數(shù)字字符 0~9， 26 個(gè)英文字母 (A~Z)以及一些特殊字符。 在條形碼閱讀器設(shè)置前，應(yīng)先要確定條形碼的形式、位數(shù)等，如碼型是選用 39 碼，還是 128 碼或其他形式，同時(shí)根據(jù)產(chǎn)品的各種型號(hào)、規(guī)格、參數(shù)設(shè)計(jì)定義條形碼的位數(shù)及每位數(shù)值的代表意義。本設(shè)計(jì)中選用的條形碼為128 碼，條形碼由 17 位數(shù)字組成，每位數(shù)字 0~9 分別代表 了不同含義。 128 碼開(kāi)始于 1981 年推出，是一種長(zhǎng)度可變、連續(xù)性的字母數(shù)字條碼。與其他一維條碼比較起來(lái)， 128 碼是較為復(fù)雜的條碼系統(tǒng)，而其所能支持的字符也相對(duì)地比其他一維條碼來(lái)得多，又有不同的編碼方式可供交互運(yùn)用，因此其使用彈性也較大。 128 碼的內(nèi)容大致也分為起始碼、數(shù)據(jù)碼、終止碼、校驗(yàn)碼等四部分，其中校驗(yàn)碼是可有可無(wú)的。 Code 128 碼可表示從 ASCII 0 到 ASCII 127 共 128 個(gè)字符，故稱(chēng) 128 碼。圖 22 是 128 碼的范例與結(jié)果。 128 碼具有下列特性： 7 圖 22 128 碼 A、 B、 C 三種不同的編碼類(lèi)型，可提供標(biāo)準(zhǔn) ASCII 中 128 個(gè)字符的編碼使用。 。 。 碼長(zhǎng)度可自由調(diào)整，但包括起碼和終止碼在內(nèi)，不可超過(guò) 232 個(gè)字元。 128 碼，可以采用不同的方式進(jìn)行編碼。即由 A、 B、 C 三種不同編碼規(guī)則的互換可擴(kuò)大字符選擇的范圍，也可縮短編碼的長(zhǎng)度。 128 碼的編碼方式： 128 碼有三種不同類(lèi)型的編碼方式（見(jiàn)表 21），對(duì)于選擇何種編碼方式，則決定于起始碼的內(nèi)容。 表 21 128 碼編碼類(lèi)型 起始碼 編碼類(lèi)別 邏輯型態(tài) 相對(duì)值 CODE A 11010000100 103 CODE B 11010010000 104 CODE C 11010011100 105 終止碼無(wú)論是采用 A、 B、 C 何種編碼方式， 128 碼的終止碼均為固定的一種性能，其邏輯型態(tài)皆為 1100011101011。 目前所推行的 128 碼是 EAN128 碼， EAN128 碼是根據(jù) EAN/UCC128 碼作為標(biāo)準(zhǔn)將資料轉(zhuǎn)變成條碼符號(hào)，并采用 128 碼邏輯，具有完整性、緊密性、連接性和高可靠度的特性。信息包括如生產(chǎn)日期、批號(hào)、計(jì)量等?？蛇\(yùn)用于貨運(yùn)標(biāo)簽、攜帶式資料庫(kù)、連續(xù)性資料段、流通配送標(biāo)簽等。 EAN128 的編碼說(shuō)明如表 22 所示。 8 表 22 EAN128 的編碼說(shuō)明 代號(hào)碼別 長(zhǎng)度 說(shuō)明 A 應(yīng)用識(shí)別碼 18 00代表其后資料內(nèi)容為運(yùn)送容器序號(hào)，為固定 18 位數(shù)字 B 包裝性能指示碼 1 3代表無(wú)定義的包裝指示碼 C 前置碼與公司碼 7 9代表 EAN前置碼與公司碼 D 自行編定序號(hào) 1 由公司指定序號(hào) E 檢查碼 4 檢查碼 F 應(yīng)用識(shí)別碼 20代表其后資料內(nèi)容為配送郵政碼應(yīng)用于僅有一郵政當(dāng)局 G 配送郵政碼 代表配送郵政碼 條形碼閱讀器的選擇及應(yīng)用 現(xiàn)在使用的一般條形碼閱讀器大多是為與電腦連接而設(shè)計(jì)的， 其通訊方式與接口形式多種多樣。由于串行通訊已在 PLC 中成為一種最常用、最經(jīng)濟(jì)的通訊方式，因此在條形碼閱讀器與 PLC 構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中多選用串行通訊為接口的條形碼閱讀器。 本文選用 了 一種普通手持式條形碼閱讀器和 OMRON C200Hα 系列 PLC 為例進(jìn)行設(shè)計(jì)研究。比較 OMRON 為其配備的專(zhuān)用條形碼閱讀器，雖然采用專(zhuān)用條形碼閱讀器具有配備簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，但缺乏系統(tǒng)靈活性和通用性，性?xún)r(jià)比較差。本文介紹的方法提高了 PLC 在進(jìn)行條形碼數(shù)據(jù)采集與識(shí)別方面的配置靈活性，而不必局限于專(zhuān)用條形碼閱讀器，適用于所有支持串口通訊的 PLC。 條形碼閱讀器與 PLC構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中條形碼閱讀器用來(lái)讀取條形碼信息，并通過(guò)通訊接口將數(shù)據(jù)上傳至 PLC， PLC 負(fù)責(zé)條形碼數(shù)據(jù)的接收、校驗(yàn)、識(shí)別、解釋?zhuān)瑯?gòu)成了系統(tǒng)中基礎(chǔ)信息采集的一個(gè)單元 。 通信設(shè)計(jì) 串行通訊也稱(chēng)為點(diǎn)對(duì)點(diǎn) (point to point)通訊，串行通訊的接口形式通常有三種。 (V .24)接口，最大通信距離 15m，只能連接單個(gè)設(shè)備。 ()接口，最大通信距離 1200m， RS422 串行口只能接一個(gè)設(shè)備， RS485 串行口可連接多個(gè) 設(shè)備。 TTY 接口。 TTY 接口在目前已很少應(yīng)用。 基于實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中 RS232C 接口最常用，本系統(tǒng)中選用 RS232C 作為串行通訊接口。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)示意圖，如圖 23 所示。 9 圖 23 系統(tǒng)硬件連接示意圖 PLC串行通訊處理模塊支持的串行通訊協(xié)議有多種，常見(jiàn)的有支持 ASCII驅(qū)動(dòng)、 3964(R), RK512 協(xié)議，特殊的還支持第三方串行通訊協(xié)議，如 MODBUS RTU, Date Highway DFl 協(xié)議。在絕大多數(shù)的應(yīng)用中使用 ASCII 驅(qū)動(dòng)，而3964(R), RK512 協(xié)議在較早的一些 PLC 系統(tǒng)中有使用，現(xiàn)在則較少使用。 ASCII 驅(qū)動(dòng)包含物理層 (ISO 參考模型第一層 )。條形碼閱讀器都支持ASCII 碼驅(qū)動(dòng)方式，通常 PLC 要連接的串行口設(shè)備需要知道該設(shè)備的報(bào)文格式，數(shù)據(jù)請(qǐng)求報(bào)文和數(shù)據(jù)報(bào)文，串行口設(shè)備在接收到數(shù)據(jù)請(qǐng)求報(bào)文后返回?cái)?shù)據(jù)報(bào)文，但這樣的設(shè)計(jì)應(yīng)用在 PLC 條形碼數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中不能做到靈活的條形碼數(shù)據(jù)采集，因?yàn)樾枰却?PLC 的數(shù)據(jù)請(qǐng)求報(bào)文。 在 PLC 的串行通訊中通訊處理單元支持一種稱(chēng)為“無(wú)協(xié)議通信模式”或“自由端口模式”的通訊方式。所謂“無(wú)協(xié)議通信模式”或“自由端口模式”是指 CPU 串行通訊 口可由用戶(hù)程序控制。用戶(hù)可利用發(fā)送 /接收中斷，發(fā)送 /接收指令來(lái)控制通訊的操作，實(shí)現(xiàn)與打印機(jī)、條形碼閱讀器等設(shè)備的通訊。該方式下 PLC 數(shù)據(jù)接收緩存區(qū)處于激活狀態(tài)，隨時(shí)接收條形碼閱讀器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)報(bào)文，并在接收到新數(shù)據(jù)時(shí)寄存器接收標(biāo)記位產(chǎn)生一個(gè) PLC 掃描周期長(zhǎng)度的接收完成脈沖信號(hào)，利用該脈沖調(diào)用編寫(xiě)的數(shù)據(jù)采集與識(shí)別程序即可實(shí)現(xiàn)條形碼數(shù)據(jù)的采集與識(shí)別。 按照“無(wú)協(xié)議通信模式”將兩者 RS232C 接口相連，并分別進(jìn)行通訊協(xié)議的設(shè)置。 PLC 的串行通訊口通常分為 CPU 模塊自帶串行通訊端口和專(zhuān)用串行通訊模塊，其功能上沒(méi)有區(qū) 別，使用 CPU 自帶的串行通訊模塊最經(jīng)濟(jì)。各種系列PLC 在串行通訊接口的定義上有一些區(qū)別，因此設(shè)計(jì)通訊接線(xiàn)時(shí)要首先了解 10 選用 PLC 串行通訊接口的定義。條形碼閱讀器的 RS232C 接口形式為標(biāo)準(zhǔn)的DB25 或 DB9 定義。本系統(tǒng)中根據(jù) OMRON PLC 對(duì)其 S232C 端口 9 芯的定義，其與條形碼閱讀器的接線(xiàn)形式如圖 24 所示。圖中 PLC 串行通訊接口為 型，條形碼閱讀器的串行通訊接口為 D25. Male 型。 圖 24 條形碼閱讀器與 PLC 串行通信口接 線(xiàn)示意圖 條形碼閱讀器中的通訊設(shè)置和幀結(jié)構(gòu)與 PLC的設(shè)置相一致才能保證正常通訊。條形碼閱讀器的通訊設(shè)置通常是使用用戶(hù)手冊(cè)中的參數(shù)設(shè)置條形碼來(lái)完成，即通過(guò)閱讀其中的參數(shù)設(shè)置條形碼來(lái)設(shè)定各種通訊協(xié)議。常用的參數(shù)設(shè)置條形碼有條形碼類(lèi)型、前置符 (Preamble)、后置符 ((Postamble)、 RS232C通訊（包括：數(shù)據(jù)位、停止位、校驗(yàn)方式、波特率、終端符）。 其中的前置符 ((Preamble)對(duì)應(yīng) PLC 通訊協(xié)議中定義的起始代碼，后置符 (Postamble)對(duì)應(yīng)結(jié)束代碼。比照上述 PLC 中定義的通訊協(xié)議，可設(shè)置條形碼閱讀器中通訊協(xié)議為： 條形碼類(lèi)型 128 碼，前置符“ S”，后置符“ EN” , 8 位數(shù)據(jù)位， 1 個(gè)停止位，偶校驗(yàn)，波特率 9600b/s，無(wú)終端符。 信號(hào)源 序號(hào) RXD 2 TXD 3 GND 7 屏蔽 保護(hù) 序號(hào) 信號(hào)名 2 TXD 3 RXD 4 RS 5 CS 9 GND 屏蔽 保護(hù) 條形碼閱讀器 C200Ha 11 3 PLC 的選型與設(shè)計(jì) PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì) PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 任何一種電器控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設(shè)計(jì) PLC 控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循以下基本原則： 1. 最大限度地滿(mǎn)足被控對(duì)象的控制要求。設(shè)計(jì)前，應(yīng)深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查研究，搜集資料，并與機(jī)械部分的設(shè)計(jì)人員和實(shí)際操作人員密切配合，共同擬定電器控制方案，協(xié)同解決設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的各種問(wèn)題。 2. 在滿(mǎn)足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便。 3. 保證控制系統(tǒng)的安全、可靠。 4. 考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選擇 PLC 容量時(shí)，應(yīng)適當(dāng)留有余量。 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容： PLC 控制系統(tǒng)是由 PLC 與用戶(hù)輸入、輸出設(shè)備連接而成的。因此， PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容應(yīng)包括： 1. 選擇用戶(hù)輸 入設(shè)備 (按鈕、操作開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、傳感器等 )、輸出設(shè)備 (繼電器、接觸器、信號(hào)燈等執(zhí)行元件 )以及由輸出設(shè)備驅(qū)動(dòng)的控制對(duì)象(電動(dòng)機(jī)、電磁閥等 )。這些設(shè)備屬于一般的電器元件，其選擇的方法在其他有關(guān)書(shū)籍中已有介紹。 2. PLC 的選擇。 PLC 是 PLC 控制系統(tǒng)的核心部件，正確選擇 PLC 對(duì)于保證整個(gè)控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)起著重要的作用。選擇 PLC 應(yīng)包括機(jī)型的選擇、容量的選擇、 I/O 模塊的選擇、電源模塊的選擇等。 3. 分配 I/O 點(diǎn)，繪制 I/O 連接圖。 4. 設(shè)計(jì)控制程序。包括設(shè)計(jì)梯形圖、語(yǔ)句表 (即程序清單 )或控制系 統(tǒng)流程圖。控制程序是控制整個(gè)系統(tǒng)工作的條件，是保證系統(tǒng)工作正常、安全、可靠的關(guān)鍵?？刂葡到y(tǒng)的設(shè)計(jì)必須經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試、修改，直到滿(mǎn)足要求為止。 5. 編制控制系統(tǒng)技術(shù)文件。包括說(shuō)明書(shū)、電氣圖及電器元件明細(xì)表等。傳統(tǒng)的電氣圖，一般包括電氣原理圖、電氣布置圖及電氣安裝