深入探析光标阅读器的工作原理

光标阅读器可识别人们在信息卡上限定位置的涂写状态，用有和无两种状态来确定该位置是被涂写还是未被涂写。它利用光电传感器高速采集信息卡上的涂写信号有无，根据光电变换原理，把光信号转换为电信号，由处理器对信号进行判断处理和识别。图9-84为环绕分拣式全自动型光标阅读器结构图。

光标阅读器涉及光学原理、光电转换、计算机技术、数据处理和识别、精密机械等方面，其结构主要主要由机械传动、光电传感器、微处理器、控制面板及处理、控制、识别软件等部分所组成。结构如图9-85所示。

1.光电传感器

光电传感器由发光管（LED）和光敏管（PT）组成。发光管是光源，常用半导体红外管，它的体积与晶体灯相似，当加上电压时，就从一端的窗口发出光线。光敏管是接收红外光的器件，外形与发光管类似，当加上电压并有光照射到窗口时，电路中电流就发生变化，电流大小随照射光射的强弱而变化。从发光管发出的光线形成光束，照射在信息卡上，产生反射、透射、漫射等各种光线，光敏管放于不同位置上可接收到信息卡上反射光或透射光。

图9-84 环绕分拣式全自动型光标阅读器示意图

1—扭矩轴 2—挡纸板 3—托纸板总成 4—测纸探头 5，18—走纸板 6—摩头 7—锁紧螺钉 8，17—调整螺钉 9—搓纸轮 10—重张探头 11—走纸轮 12—压轮 13—探头 14，16—固定螺钉 15—面板 19—上盖 20—曲板 21，25—侧板 22—导板 23—翻板 24—桃形导板 26，30—出纸挡板 27—上接纸斗 28—下接纸斗 29—旋钮 31—主板 32—信息卡

图9-85 光标阅读器的结构

如图9-86所示，当发光管光线照射到信息卡上涂黑符号时，透过的光线减弱，反射光也减弱，光敏管接受到的光强度减弱，导致光敏管电流变小，输出信号电压变小。反之，光束照射到信息卡上没涂黑的符号时，光敏管接收到的透射光和反射光强，产生信号电压大。这样就把信息卡上是否有涂黑符号变成了电信号传送给处理器去处理，就完成了对涂黑符号的识别。由于透射方式因信息卡纸张内有杂质及厚薄不均匀而造成透射光不一致性，因此目前一般不采用，绝大部分均采用反射方式。

图9-86 光电传感器原理（反射式）

光电探头分成单面和双面探头两种。双面型探头要求信息卡双面印刷，同时读取双面信息，它对信息卡纸张要求严格，而巨要有两套处理器同时处理。一个或二个发光管和一个光敏管组合起来构成一个识别单元，可完成对信息卡的识别，把若干个单元排列成一行就组成一个光电传感器（也称光电探头）。每个光电探头需要多少个单元组成，由信息卡列数决定。列与列之间距离我国暂定为5.00mm。信息卡尺寸分别为64K、32K、16K、10K几种。由此即可决定探头的单元总数。

2.信息卡

光电探头每次识别信息卡上一行信息，图9-87所示的信息卡格式有如下符号：

1）同步符号。同步符号设置在信息卡的两边或单边，为等宽、等间隔的黑色线条，信息卡在对应光电单元下通过时，光电探头单元检测出同步符号，同时通知处理器，处理器使用光电探头的其他单元采集与同步符号同一行的所有信息，当整个信息卡全部通过探头后，处理器就采集到信息卡上的所有符号，处理后，就会确定卡上涂黑符号所在位置。同步符号编号和探头的列号组成一个阵列，阵列的大小为同步符号数与探头单元数乘积。例如，32K信息卡同步符号为51个，探头光电单元为23列，则阵列数为23（X）×51（Y）。

2）检测点和检测线。检测点和线是印刷在信息卡上的正规符号，其作用是当直纸歪斜时，探头光电单元就对不准对应行上的信息符号，发生符号识别错误。为此，当一张信息卡完全通过探头时，要判断检测点、线识别是否正确，如发生错误，整个信息卡读取失败，发出错误信号。

3）符号大小。同步符号长宽和间隔均有规定，信息符号的大小和黑度也有要求，如果差别过大，超出探头识别的允许范围，检测出信号参差太大，易出现错误。

使用OMR完成数据输入，首先要根据要求设计出各种各样信息卡，信息卡的X方向信息符号数及间隔大小要与光电探头的单元数和间隔大小一致，Y方向同步符号数量没有明确规定，信息位含义要预先定义。例如，国家考试管理中心对信息卡尺寸和各种符号位置、尺寸做了规定，如图9-88所示。

图9-87 信息卡识别

图9-88 信息卡内符号位置和尺寸(www.xing528.com)

阵列的每个交点称为信息位，为保证信息位识别的准确性，对信息位涂点（符号）大小和黑度均有具体要求，不能随意涂写。考试管理中心规定，符号为矩形框，涂满涂黑，使用2B铅笔和其他笔涂写。信息卡经过多人涂写和修改，修改擦除的不干净，造成表面脏黑，加之纸张本身有杂质又不光滑，因而很难做到像印刷的那样一致。为此除采用许多技术措施来解决这些问题外，还要使灵敏度能根据涂写情况进行调整和设置。

信息卡在印刷时也可能产生偏差。一般两次印刷会造成套印偏差，同步符号与信息符号不在同一行上，裁切也易发生偏差，使同一行的信息符号经过光电探头时，远离同步符号的信息符号就对不准探头光电单元，检测不到信息符号。因此对印刷裁切误差也做了规定，印刷误差为±0.1mm，裁切误差为±0.5mm。

3.机械传动

机械传动部分的功能是把一叠信息卡，每次自动分拣出一张，由传动系统平稳、平直、迅速地使信息卡顺利通过光电探头，然后整齐地放置在托纸盘上。平板式一般只有一个输出托纸盘，它输出信息卡的顺序与输入信息卡顺序相反，当错卡通过探头被检测出时，自动停止运送，发出信号报警，由人把错卡取出，再重新启动；环绕式输出卡顺序与输入卡顺序相同，信息卡要环绕180°，设置上下两个输出托纸盘，当发现错卡时，传动系统不停止运送，自动分拣错卡装入另一托纸盘。

机械传动部分包括直流微电动机、变速装置、分纸装置、导纸驱动部分、环绕部分和托纸盘等。直流电动机通过变速装置驱动分纸装置和导纸轮将信息卡送入光电探头下。直流微电动机可以是直流电动机、伺服电动机或步进电动机，要求电动机起动和停止延迟时间小，转速均匀，并巨速度可以控制。

分纸装置把信息卡一张张分开送给导纸轮，要求尽量减少或不发生双张和空转搓不动纸的情况，双张会漏阅信息卡，空转使阅卡实际速度大大降低，发生上述两种情况是与分纸轮、托纸盒和纸三者间摩擦力有关，也与纸的厚度、硬度、光洁度、粘度等因素有关，要求信息卡一般在80g/mm²以上。

导纸轮是把分纸装置送采的信息卡继续向前搓动，必须保证信息卡走直、走正，要使卡的引导边紧靠导纸板。这样才能保证信息卡通过光电探头时，进行正确识别。安装时要保证光电探头与导纸板位置之间达到一定精度，同时，要使信息卡通过光电探头时尽可能不出现卡纸现象。环绕机构要保证每张卡高速反转，做到信息卡走正、不卡纸，输出分拣正确可靠，输出托纸盘要保证输出卡排列整齐有序。

对机械传动部分的要求是：无双张、无卡纸、无空转，卡移动位置正确、可靠、平稳，出纸顺畅、传动噪声小，并能长期连续工作。传送带和搓纸轮橡皮圈更换次数少。

卡在移动时，由于摩擦会产生纸尘，这就要求光电探头要密封，否则粘上纸尘会严重影响识别准确度。

4.信息处理部分

信息处理部分由中央处理器（CPU）、存贮器、数模转换（A/D）或模数转换（D/A）装置、驱动电动机和接口组成。

1）中央处理器（CPU）。一般采用微处理器。也可采用单片机如Intel 8051、8098和8096等，要根据处理速度、存贮器容量、外部接口能力选择。

2）存贮器。包括RAM、PROM和电擦除ROM。RAM中存放缓冲数据，EPROM存放控制、识别程序，ROM存放探头光电管参数表，表中数值可进行修改。

3）数模转换A/D或模数转换D/A装置。把光电探头检测到的模拟信号转换成数宇信号。

4）驱动电动机。驱动电动机转动，改变转动速度并能迅速启动和制动电动机。

5）接口。与主机连接可采用RS-232C串行口、IEEE488接口、并行口DMA接口，还可直接输出打印机。

信息处理部分的主要功能如下所述。

1）对信息卡进行识别。首先是读卡，通过D/A或A/D在信息卡移动时，一行行读取它上面的全部信息位，将其处理后存放于RAM中，然后进行识别，按卡格式要求从RAM中提取有用信息，对其进行比较判断等分析处理，选择所需信息，以宇符串形式送到主机系统中去。

2）系统自检。脱机走纸，进行同步符号检测，改变电动机速度。

3）接收主机命令进行处理并给出响应。微处理器是光标阅读器（OMR）的核心部分，由它控制OMR协调各部分动作并执行识别、处理等功能。

5.面板

操作面板分为前面板和后面板，前面板有宇码显示和按键。显示OMR工作状态和读卡计数值。按键用来设置OMR工作方式、工作状态并进行自检。后面板设置电源插座、开关、指示灯、接口插座等。