Lector de códigos de barras con microcontrolador Motorola HC11

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1 Lector de códigos de barras con microcontrolador Motorola HC11 Alumno: Pinat Gastón José Legajo: Introducción: Los códigos de barras son ampliamente utilizados por los fabricantes para identificar sus productos y por los comercios, que utilizan el código (por lo general impreso en el envase) para identificar rápidamente esos productos a través medios automatizados. Esto permite confianza y velocidad al momento de la facturación, actualización masiva de precios, control de stock, etc. En la Argentina el código adoptado por la mayoría de los productos en circulación es el código EAN. El mismo fue creado por la Asociación Europea de Artículos en Está compuesto por un número de 13 posiciones y es compatible con el sistema UPC (Universal Product Code) utilizado en América del Norte. La finalidad de este trabajo es realizar un lector de código de barras EAN usando un microcontrolador M68HC11F1 de Motorola, programado a través de un lenguaje de alto nivel. El programa debe ser capaz de leer de un puerto del microcontrolador una onda cuadrada, traducirla al código numérico correspondiente y enviarla a través de otro puerto hacia algún periférico. A tal fin desarrollaremos un programa codificador que envíe los datos procesados a un PC a través del puerto serie, un programa generador de códigos para el testeo del programa principal, ambos en lenguaje C, y finalmente una plaqueta electrónica con los componentes necesarios para leer un código real y transmitirlo a nuestro programa principal. 1

2 Desarrollo: - Estructura del programa lector: main obtienecodigo transmitecodigo decodifica detectacaracter transmitebyte detectabit redondeo Para el receptor se utilizó una función principal encargada de la lectura y codificación de un código de barras completo. La función llamada obtienecodigo tiene la siguiente estructura: char obtienecodigo(void); donde el valor devuelto es: 0 si no hubo errores en el proceso, 1 si ocurrió un error en la detección y/o codificación de los primeros 6 dígitos, 2 si ocurrió un error en la detección de las bandas de guarda o un error de Timeout, 3 si ocurrió un error en la detección y/o codificación de los últimos 6 dígitos, Para la detección de los dígitos y las bandas de guarda se utiliza la función detectacaracter que posee la siguiente estructura: char detectacaracter(char parcantbarras, char parbarrainicio); que recibe como parámetros la cantidad de barras que conforman al símbolo esperado y con qué tipo de barra comienza el mismo (una barra o un espacio), y devuelve un número de 8 bits que representa las cadenas de barras y espacios como cadenas de bits (de 1 y 0). La función detectacaracter utiliza a su vez otra llamada detectabit de la forma: int detectabit(int parvalorinicio, char parbit); que devuelve una diferencia de tiempo a partir de un tiempo inicial parvalorinicio. El otro parámetro le indica si debe esperar una barra o un espacio. Para la corrección del ancho correspondiente a la barra unitaria utilizamos la función redondeo, de la forma: 2

3 int redondeo(int val1, int val2) que no hace más que el redondeo del cociente entre val1 y val2. Para la codificación de los números detectados se utiliza la función decodifica: char decodifica(char carac); que recibe como parámetro el valor devuelto por detectacaracter y devuelve el número correspondiente. Esta función utiliza a tal efecto un vector de constantes llamado caracteres, que contiene el código correspondiente a todos los números del código EAN. Finalmente, la función transmitecodigo es la encargada de enviar el código completo a través del puerto serie a la PC: void transmitecodigo(); Esta función transmite el código guardado en un vector de 12 posiciones definido como global al programa y utiliza la función transmitebyte para enviar uno a uno los dígitos correspondientes. Dicha función está definida como: void transmitebyte(char carac); siendo el parámetro de entrada el carácter a transmitir. - Estructura del programa generador de códigos: El programa encargado de generar un código válido para testear nuestra aplicación utiliza una función, llamada transmitecaracter, para sacar por el puerto B una cadena de 1 y 0 a una tasa de 453,4 bits por segundo. Esta función tiene la siguiente forma: void transmitecaracter(char carac); El parámetro de entrada es la cadena a transmitir en forma de un número de 7 bits, ya que los números en el código EAN se representan por un total de 7 barras y espacios. Otra función imprimeguarda es la encargada de generar las bandas de guarda y tiene la forma: void imprimeguarda(char parlargo, char parvalorinicio); Como las bandas de guarda son barras y espacios alternados de ancho unitario, los únicos parámetros que recibe esta función son la longitud total de la guarda y el valor con el que empieza. Finalmente utilizamos en el programa principal una función detectaboton, para no estar transmitiendo los códigos constantemente sino esperar la pulsación de un botón que se conecta al puerto C. Dicha función está definida como: char detectaboton(void); y devuelve el valor leído en el puerto correspondiente. Este valor será mayor a 0 si se presionó un botón. Se pueden ver el código completo de cada una de estas aplicaciones en el Anexo 1. 3

4 Inconvenientes encontrados: El programa completo ocupó 891 bytes (864 bytes de código, 10 bytes para el listado caracteres válidos y 17 bytes de variables globales), lo que obligó colocar el código a partir de la posición de memoria 0x30, ocupando el espacio reservado para los vectores de interrupción. Esto imposibilita el uso de interrupciones. El sensor óptico CNY70 empleado en el circuito confeccionado para la captura de los códigos de barras (ver Anexo 2) fue inadecuado para una muestra estándar. Posibles mejoras futuras: Simplificación del código para permitir el uso de interrupciones. Lectura de otros códigos (recordemos que el actual sólo reconoce el código EAN). Mejoras en la detección y adhesión de corrección de errores. Salida de los datos por display, no sólo por puerto serie. Implementación en otros microcontroladores. Conclusiones: Se verificó el correcto funcionamiento del programa lector utilizando el programa generador de códigos y una aplicación hecha en Visual Basic que leía del puerto serie el valor recibido y lo desplegaba por pantalla. El programa lector transmitía a la PC a través del puerto serie únicamente códigos completos, no así códigos con caracteres inválidos o que posean cantidad incorrecta de dígitos y/o bandas de guarda. No se pudo probar en códigos reales debido a que el circuito confeccionado a tal fin no fue capaz de detectar barras de tamaño estándar. Concluimos por tanto que la captura y codificación de un código de barras es un proceso simple que puede ser confiado tranquilamente a un microcontrolador. La captura óptica se optimiza con el uso de un laser, pero la codificación y transmisión es una tarea que se puede hacer con cualquier microcontrolador sin problemas de performance alguno. La extensión a otros códigos no requieren de mucha memoria adicional, con lo cual se podrían programar varios tipos de códigos en un microcontrolador con memoria suficiente. El M68HC11F1 tiene 1 KB de memoria RAM y sólo 512 B de EEPROM pero existen muchos modelos disponibles el mercado con mayor memoria. 4

5 Anexo 1 : Código completo Programa Lector: #include <Iof1.h> int lasttime; int valorini; static char caracteres[] = 0x0D,0x19,0x13,0x3D,0x23,0x31,0x2F,0x3B,0x37,0x0B; static char codigo[12]; void main (void) char carac; for(;;) //Inicializo la variable lasttime para indicarle //que debe comenzar con una captura nueva lasttime = 0; //Leo el código por el puerto A carac = obtienecodigo(); //Si no hay errores transmito el código if (carac==0) transmitecodigo(); else //Limpio el vector a transmitir for (carac=0; carac<12; ++carac) codigo[carac]=0; /*Devuelve un numero mayor a 0 si hubo un error o un 0 si esta todo OK*/ /* Codigo 1:Error en los primeros 6 digitos Codigo 2:Error en las guardas o de Timeout Codigo 3:Error en los ultimos 6 digitos */ char obtienecodigo(void) char car; char i=0; car=detectacaracter(4,1); //Guarda de inicio //Pido detectar un flanco de mas por ser el primer dato recibido if (car==0x05) for (i=0;i<6;i++) //Obtengo los primeros 6 dígitos car = detectacaracter(4,1); //Los convierto al caracter Ascii correspondiente para transmitir codigo[i] = decodifica(car); 5

6 //Verifico que el código detectado corresponda a un caracter válido if (codigo[i]==('0'+10)) return 1; car=detectacaracter(5,1); //Guarda central if (car==0x0a) for (i=6;i<12;i++) //Repito para los 6 dígitos de la segunda mitad car = detectacaracter(4,0); codigo[i] = decodifica(~car); if (codigo[i]==('0'+10)) return 3; car=detectacaracter(3,0); //Guarda de fin if (car==0x05) return 0; //Si llego hasta aca salio por algun error return 2; char detectacaracter(char parcantbarras, char parbarrainicio) //Seteo valores iniciales int valorfin; char barrasdetectadas=0; char number; char caracter=0; int i; if(lasttime == 0) //Si lasttime es 0 es porque recién se comienza la detección del código //Se debe calcular el tiempo inicial y se sabe que la primera barra es de ancho unitario valorini = detectabit(tcnt,parbarrainicio); barrasdetectadas=1; number = 1; do valorfin = detectabit(valorini,(parbarrainicio+barrasdetectadas)%2); //Si no ocurrió time out valorfin será distinto a valorini if(valorfin!=valorini) if (lasttime>0) //Calculo el largo de la barra number = (char)redondeo((valorfin - valorini),lasttime); if (number<0) number += 0xFF; //Actualizo la duración de la barra unitaria lasttime = redondeo((valorfin - valorini),(int)number); 6

7 lasttime += 0xFFFF; else return 0; for(i=0; i<number; ++i) //Convierto el valor detectado en cadena de bits caracter<<=1; caracter+=(parbarrainicio+barrasdetectadas+1)%2; valorini = valorfin; ++barrasdetectadas; //Incremento el contador de barras detectadas while(parcantbarras>barrasdetectadas); //Agrego un bit mas a la izquierda para completar los 8 bits caracter = caracter + ((caracter<<1)&0x80); //Devuelvo el caracter obtenido return caracter; /*Devuelvo el momento en que ocurrio el bit. Si existe timeout devuelvo el mismo valor*/ int detectabit(int parvalorinicio, char parbit) char diovuelta = 0; TMSK2 = 0x03; //Configuro predivisor de 16 TFLG1 = 0x01; //Limpio el flag de TIC3 TCTL2 = 0x02-parBit; //Seteo la barra a registrar: 0x01:1; 0x02:0 while ((TFLG1&0x01)==0) //Mientras espero el cambio de nivel a la entrada del puerto A verifico //que el tiempo transcurrido no supere el tiempo máximo que puedo medir if (TCNT<parValorInicio) diovuelta = 1; if (TCNT>=parValorInicio && diovuelta==1) //Verifico timeout return parvalorinicio; return TIC3; int redondeo(int val1, int val2) int retval; retval = val1/val2; //Si el resto es mayor a la mitad del divisor entonces tomo uno mas if ((val1-(retval*val2))>=(val2/2)) retval += 1; return retval; char decodifica(char carac) //Devuelve el valor numérico correspondiente o si no es un código válido char pos = 0; while (caracteres[pos]!=carac && pos<10) 7

8 ++pos; return pos+'0'; void transmitecodigo() static char i; //Recorro todo el vector de código y transmito carácter a carácter //finalizando con el retorno de carro for (i=0;i<12;i++) transmitebyte(codigo[i]); //Transmito uno a uno los bytes transmitebyte(13); //Envio dos bytes de fin de cadena transmitebyte(10); void transmitebyte(char carac) BAUD = 0x30; //Configuro 9600 bps SCCR1 = 0x00; //Configuro 8 bits por dato SCCR2 = 0x08; //Inicio de transmision while((scsr & 0x40)==0) //Espero confirmacion de transmision SCDR = carac; //Envio el byte correspondiente Programa Generador: #include <Iof1.h> static char caracteres[] = 0x0D,0x19,0x13,0x3D,0x23,0x31,0x2F,0x3B,0x37,0x0B; void main (void) long int count; for(;;) if(detectaboton()>0) PORTB=0; //Impresion de una cadena ( ) con el vector de caracteres imprimeguarda(3,1); transmitecaracter(caracteres[7]); transmitecaracter(caracteres[9]); transmitecaracter(caracteres[1]); transmitecaracter(caracteres[7]); transmitecaracter(caracteres[6]); transmitecaracter(caracteres[2]); imprimeguarda(5,0); transmitecaracter(~caracteres[5]); transmitecaracter(~caracteres[5]); transmitecaracter(~caracteres[0]); 8

9 transmitecaracter(~caracteres[3]); transmitecaracter(~caracteres[9]); transmitecaracter(~caracteres[0]); imprimeguarda(3,1); PORTB=0; for(count=0;count<0xfff;++count) void transmitecaracter(char carac) unsigned int count; char i; for (i=0;i<7;++i) PORTB = (carac & 0x40)>>6; carac <<= 1; for(count=0;count<0xff;++count) void imprimeguarda(char parlargo, char parvalorinicio) unsigned int count; char i=parvalorinicio; while (i<(parlargo+parvalorinicio)) PORTB = (i%2); i++; for(count=0;count<0xff;++count) char detectaboton(void) DDRC = 0xF0; //Declaro los 4 bits superiores como de salida PORTC = 0xF0; //Cargo los bits de salida while ((PORTC&0x0F)==0) return PORTC; 9

10 Anexo 2: Circuito Lector 5 V 470 Ω 10 KΩ 10 KΩ 4,7 KΩ CNY70 10 KΩ LM KΩ 1 KΩ 470 KΩ CNY70 Vista desde arriba 10

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