條碼技術(shù)最早產(chǎn)生在風(fēng)聲鶴唳的二十年代,，誕生于Westinghouse的實(shí)驗(yàn)室里,。那時候?qū)﹄娮蛹夹g(shù)應(yīng)用方面的每一個設(shè)想都使人感到非常新奇,。他的想法是在信封上做條碼標(biāo)記，條碼中的信息是收信人的地址,，就象今天的郵政編碼,。為此Kermode發(fā)明了最早的條碼標(biāo)識，設(shè)計方案非常的簡單,，即一個"條"表示數(shù)字"1",二個"條"表示數(shù)字"2",以次類推,。然后，他又發(fā)明了由基本的元件組成的條碼識讀設(shè)備：一個掃描器（能夠發(fā)射光并接收反射光）,；一個測定反射信號條和空的方法,，即邊緣定位線圈；和使用測定結(jié)果的方法,，即譯碼器,。
基于ARM單片機(jī)的條碼定位技術(shù)具有讀數(shù)客觀、測量速度快,、精度高的優(yōu)點(diǎn),，可以克服傳統(tǒng)目視讀數(shù)存在的讀數(shù)過程繁瑣、讀數(shù)時間長,、人為誤差大、自動化程度低等缺點(diǎn),。該技術(shù)具有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域,，既適合于近距離、高精度定位要求的各種光電絕對式位移編碼器,；也適合于測量距離大范圍變化,、大量程要求的大地高程測量、大壩沉陷觀測,、路面平整度測量等方面,。本文提出了一種基于ST半導(dǎo)體公司的32位高性能處理器STR912FW44X6的測量系統(tǒng)方案。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)由以下幾個部分組成：條碼標(biāo)尺,、光學(xué)系統(tǒng),、CMOS圖像采集模塊、STR912主控板,、鍵盤與液晶顯示模塊,、電源模塊和計算機(jī)測試系統(tǒng)。 硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示,。
系統(tǒng)工作原理如下：帶有精密位置信息的條碼圖像通過光學(xué)系統(tǒng),，成像在CMOS圖像傳感器光敏面上，STR912FW44X6處理器對SVI公司的LIS-1024圖像傳感器進(jìn)行自動曝光控制后,，采集圖像信息,，經(jīng)過算法處理,，獲得條碼帶有的位置信息。
當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行高速圖像采集時,，STR912FW44X6處理器將采集信號通過以太網(wǎng)接口送往計算機(jī)測量系統(tǒng),，進(jìn)行最終的數(shù)據(jù)處理。
硬件設(shè)計
圖像采集模塊
圖像采集模塊主要由線陣CMOS圖像傳感器（LIS-1024）,、運(yùn)算放大器（TLV2221IDBVR）組成,。視頻信號經(jīng)運(yùn)算放大器放大后傳送到STR912FW44X6主處理器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字圖像信號,。 字串8
STR912FW44X6主處理器直接控制圖像采集時序,，圖像采集模塊本身并沒有自動曝光功能，對環(huán)境光強(qiáng)的變化需要由主芯片對采集到的圖像信號進(jìn)行分析,，然后通過對圖像傳感器的控制來實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)環(huán)境光強(qiáng)的功能,。
主機(jī)板模塊
系統(tǒng)主芯片是基于ARM966E-S核的高性能嵌入式芯片STR912FW44X6,運(yùn)算速度達(dá)96MIPS,支持單周期DSP指令。芯片的系統(tǒng)外圍包括時鐘,、復(fù)位,、電源管理、向量中斷控制器（VIC）,、內(nèi)部PLL,、RTC、定時器,、9個可編程DMA通道和多達(dá)80個GPIO.還有8通道10位ADC,、3相電機(jī)控制器、PWM輸出和多種通訊接口,。
芯片內(nèi)建雙組Flash,可利用芯片上任意通訊口實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)編程功能,。主芯片外接1 片64MB內(nèi)存（芯片ST-M25P64）來擴(kuò)展存儲空間。
主機(jī)板外圍接口
主要有CMOS圖像傳感器接口,、RS-232接口,、I2C接口和10/100M以太網(wǎng)接口。
CMOS圖像傳感器的接口主要實(shí)現(xiàn)對圖象傳感器的自動曝光控制和圖象采集,；RS-232接口（芯片SP3222）實(shí)現(xiàn)程序下載,，與上位機(jī)通訊，接受上位機(jī)指令控制,；I2C接口實(shí)現(xiàn)主芯片與鍵盤和液晶顯示模塊之間的通訊,；10/100M以太網(wǎng)接口（芯片STE100P）配合計算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)高速圖像采集。 ARM開發(fā)論壇
鍵盤與液晶顯示屏模塊
鍵盤模塊選用ATMega48芯片實(shí)現(xiàn)鍵盤控制和I2C通訊,，以及LCD屏模塊I2C通訊,。
軟件設(shè)計
系統(tǒng)軟件的流程如圖2所示。
軟件功能
軟件的功能主要是圖像的條碼定位算法,，包括以下內(nèi)容：
條碼檢測：從條碼信號中提取各種特征參量,，通常包括各條碼邊緣位置,、中心、寬度的檢測,，碼字劃分,。
根據(jù)標(biāo)尺已知參數(shù)確定物像比，同時求出視距,，計算基準(zhǔn)位置相對于目標(biāo)碼位置的相對距離,，按物像比放大到真實(shí)尺寸d2（精度結(jié)果）。
. 解碼：相當(dāng)于信源編碼的逆過程,，計算目標(biāo)碼字的碼字位置d1（粗讀結(jié)果）,。標(biāo)尺最終讀數(shù)ds為粗讀與精讀結(jié)果之和：ds=d1+d2.
本系統(tǒng)采用了等間隔周期性位移條碼，利用條碼等間距結(jié)構(gòu),，通過提取與條碼等間距對應(yīng)的特征譜線計算物像比,，進(jìn)而得到條碼的等效寬度序列，最后根據(jù)條碼周期性實(shí)現(xiàn)解碼,。 ARM
軟件架構(gòu)
整個軟件采用嵌入式操作系統(tǒng)mCOS-II作為主要載體,，軟件主要分五個線程，系統(tǒng)上電啟動后五個線程并行工作,。五個線程分別是：串口控制,、I2C接口控制、以太網(wǎng)接口控制,、系統(tǒng)菜單控制,、數(shù)據(jù)采集和解碼。
測試結(jié)果
為了考察系統(tǒng)的性能,，設(shè)計了與精度為0.004mm的螺旋測微計比對實(shí)驗(yàn)。利用螺旋測微計測量條碼標(biāo)尺實(shí)際移動的數(shù)值,，每次條碼標(biāo)尺移動0.500mm,總共測量11次數(shù)據(jù),，得到11個不同位置處的條碼值，計算差值進(jìn)行比對,。測量結(jié)果如表1所示,。
從測量數(shù)據(jù)看出，系統(tǒng)測量數(shù)據(jù)的偏差值在±0.0185mm以內(nèi),，說明系統(tǒng)的測量達(dá)到了一定的精度,。
對系統(tǒng)分辨率作了初步測試。保持條碼和測量系統(tǒng)的相對位置不變,，連續(xù)測量10次數(shù)據(jù),，如表2所示。
測量數(shù)據(jù)平均值為130.5049mm,系統(tǒng)測量算術(shù)偏差在±0.3mm內(nèi),，即現(xiàn)有系統(tǒng)的分辨率約為0.3mm.采用系統(tǒng)誤差標(biāo)定,，軟件算法改進(jìn)等措施后,，有望進(jìn)一步提高系統(tǒng)的測量精度。
結(jié)語
本系統(tǒng)是一種基于ARM的精密視覺測量平臺,，實(shí)現(xiàn)了條碼的精密測量功能,。在該平臺上進(jìn)一步開發(fā)，形成的系統(tǒng)可以應(yīng)用于一維,、二維長度的精密測量,，具有較為廣闊的應(yīng)用前景。