光電讀卡機可行性設計

李五坡,董海霞

(1. 商丘職業技術學院 機電系，河南 商丘 476000； 2. 商丘技師學院，河南 商丘 476000)

0 引言

目前的讀卡系統大多是以圖像掃描儀、攝像頭進行信息錄入的，由于信息處理過程復雜，導致工作速度慢、效率低. 其系統龐大，軟硬件都很復雜，因而成本高. 因此，迫切需要一種系統簡單、工作效率高、價格低廉的讀卡設備來完成這些枯燥而繁重的工作. 由于答題卡上的顏色差別很大，大多是黑白之分，可采用光電傳感器辨別，光電傳感器價格適中，成本遠遠低于圖像掃描儀[1]45-47.

光電讀卡器設計主要實現的功能是,以反射式光電傳感器為信息采集手段，經過微處理器處理，再由串口通訊RS-232將信息發送到上位機，由上位機中基于虛擬儀器開發平臺Labview的評分系統對讀取的信息與標準答案一一對比，最后給出考生的最終得分，并且對最終的信息進行相關處理和數據存儲. 虛擬儀器在此系統中得到了充分的利用，它不但可顯示考生的最終得分，還可更加直觀地顯示需要統計的考生的其他信息.

1 設計方法

在光電讀卡機設計中，下位機的控制中心需要一片微處理器. 其高端可選擇DSP、RAM等16位或32位微處理器，低端可選擇常用的8031,89c51，AT89S51等芯片. 因為8031需外擴存儲器，89c51需要專門的燒寫器，而AT89S51具有ISP功能，只需單片機的4個IO口便能夠通過上位機實現在線擦寫、在線調試，便于系統的軟硬件調試.所以，在本設計中選擇了AT89S51[2]136-139.

本系統的核心是光電傳感器. 為了保證系統的可靠性，我們完成了反射式光電傳感器的實驗. 實驗證明，限流電阻R=470Ω，L=8 mm時，黑色卡和白色卡的輸出電壓差值最明顯. 因此，我們選擇了白色作為答題卡主色，2B鉛筆在上面涂的黑色更容易被傳感器識別. 答題卡和傳感器之間的距離暫定為8 mm.

設計中，整個系統供電用到了兩個不同的工作電壓：S51、LM339、LM393、LCD模塊EDM1602、MAX232和反射式光電傳感器均用+5V的電壓；電壓比較器的反相輸入端，即對傳感器輸出信號調理的閥值電壓不是一個固定值，隨著檢測對象情況的改變需要對此電壓進行調整，但這個電壓一定是小于+5V的. 為此，可以用電位器把+5V的電壓分壓獲取合適的閥值電壓. 為了降低系統設計的復雜程度，電源采用了市場上常見的開關型穩壓電源，這種電源不但輸出電壓穩定性好，而且轉換效率也很高.

光電讀卡器設計，是以17路由反射式光電傳感器、電壓比較器、電阻等元器件組成的信息采集模塊為核心，以單片機AT89S51為控制中心，用EDM1602A液晶顯示屏實現閱讀信息的實時顯示功能；以RS232通用異步串行通訊為信息傳輸方式，由上位機中基于虛擬儀器開發平臺Labview的評分系統進行必要的分析和處理，再通過其他部件如電源、機械支架等使整個系統有機的組合在一起，從而實現設計所要求的各項功能. 其系統框圖如圖1.

圖1 系統總體方框圖

2 各部分具體功能

(1)反射式光電傳感器按答題卡上答案位置的排列形式，固定在PCB板上，辨別答案的填涂情況，完成對答題卡上的信息的采集.

(2)由于傳感器輸出的信息是不規則的，需要調理后才可以處理，由電壓比較器LM339、LM393加外圍電阻等對信號進行調理并送至S51.

(3)用S51的P0、P1口作為信號輸入口，通過讀這些IO口，辨別出A、B、C、D，實現對所涂答案的獲取.

(4)用S51的P2口及P3的部分端口與EDM1602A液晶顯示屏進行信息傳遞，并實現對S51采集到信號的實時顯示功能，方便調試.

(5)用MAX232及外圍器件，實現把采集到的數據傳遞至上位機，由上位機進行數據分析和處理.

(6)上位機中基于虛擬儀器開發平臺Labview的評分系統，把串口傳輸過來的信息進行分析處理，最后給出考生的最終得分，并且對最終的信息進行相關處理和數據存取[3]76-78.

本系統所有軟件的調試都在Keil 51完成，因為Keil 51生成的目標代碼效率非常高，多數語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解.

主程序是一個死循環體，在循環體外有各個被調用的子程序、中斷服務子程序等各程序段，在主循環程序的執行過程中調用這些子程序或者被中斷后進行中斷處理. 主程序流程圖如圖2.

圖2 主程序流程圖

圖3 中斷服務子程序流程圖

為了提高單片機的運行效率，在沒有答題卡送入時處于等待狀態，采用中斷的方式來實現讀卡功能. 根據現有答題卡的格式，把同步信號接入P3.2口，用外部中斷0以中斷的方式進入讀卡狀態，其余16個信號線接P2、P0口. 當答題卡送入時，由同步信號觸發中斷，然后分別對P2、P0口進行讀操作，用軟件分辯各題信息，然后把讀到的信息存入答案寄存器，以供后續處理[4]87-92. 中斷服務子程序流程圖如圖3所示.

3 結論

實踐表明，此光電讀卡機可行性設計可實現所要求的功能，并且整套系統軟硬件設計簡單，操作方便 ，經濟實用，總成本可控制在千元以內，具有很高的推廣應用價值.

參考文獻：

[1] 王慶有．光電技術[M]．北京：電子工業出版社，2005.

[2] 甘登岱．ProtelDxp電路設計與制版適用教程[M]．北京：人民郵電出版社，2003.

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[4] 徐愛釣，彭秀華．單片機高級語言C51應用程序設計[M]．北京：電子工業出版社，2002.