Barcodeleser mit Photodiode realisieren

  • Thread starter Guenter Dannoritzer
  • Start date
G

Guenter Dannoritzer

Guest
Hallo,

ich möchte einen Barcodeleser mit einer Photodiode realisieren und hab
dazu eine Frage.

Die Frage ist eigentlich ein wenig OT, aber ich denk mir, hat bestimmt
schon mal jemanden mit ähnlichen Schaltungen beschäftigt.

Wenn der Barcode z.B. auf einem hellen Papier ist und die Oberfläche mit
einer bestimmten Wellenlänge bestrahlt wird, gibt es da eine
Faustformel, wieviel Energie von der Oberfläche reflektiert wird? Die
Frage ist einfach, wenn ich die Oberfläche mit einer bestimmten Energie
bestrahle, wieviel kommt dann an meiner Photodiode an?

Ich versuche abzuschätzen, was für einen Verstärker ich an die
Photodiode hänge. Als Auswahl habe ich einen integrierenden Verstärker
oder eine Strom-Spannungswandler.

Vielen Dank für die Hilfe.

Guenter
 
Guenter Dannoritzer wrote:
Wenn der Barcode z.B. auf einem hellen Papier ist und die Oberfläche mit
einer bestimmten Wellenlänge bestrahlt wird, gibt es da eine
Faustformel, wieviel Energie von der Oberfläche reflektiert wird?
Click to expand...
Das dürfte sehr stark von der Wellenlänge abhängen -- im Röntgenbereich
zum Beispiel so ziemlich gar nichts, ebenso im RF-Bereich...

Im Bereich des sichtbaren Lichts dürfte der größte Teil reflektiert
werden (ich würde mal > 75% vermuten, der Rest geht durch, kaum
Absorption), allerdings diffus gestreut. Ich vermute, wenn Du
Gleichverteilung auf die Halbkugel über der Papieroberfläche annimmst,
machst Du keinen großen Fehler.

Gruß,
Michael
 
Guenter Dannoritzer wrote:
Wenn der Barcode z.B. auf einem hellen Papier ist und die Oberfläche mit
einer bestimmten Wellenlänge bestrahlt wird, gibt es da eine
Faustformel, wieviel Energie von der Oberfläche reflektiert wird? Die
Frage ist einfach, wenn ich die Oberfläche mit einer bestimmten Energie
bestrahle, wieviel kommt dann an meiner Photodiode an?
Click to expand...
Weisses Papier strahlt sehr gut zurück. Man wird wohl auf einen
Punkt fokussieren, den dürfte man dann als punktförmigen
Lambertschen (cos_alpha) Strahler ansehen können. Der Glanzwinkel
ist ja eh zu vermeiden, da hätte man dann zuwenig Kontrast.
Was ankommt, ist somit im Wesentlichen bestimmt durch den
Raumwinkel der Lichterfassung, also Linsenfläche durch
Abstand im Quadrat, entsprechend drapiert mit Pi und ähnlichen
Hilfsfaktoren ;-). Bei sehr flachen Winkeln wird es dann
wg. cos ungünstig.
Ich hatte im Web mal ein ausführlich erklärendes Paper gefunden,
da ging es allerdings um die möglichst gleichförmige Beleuchtung
einer Fläche. Da waren diese cos Faktoren gut beschrieben.
Hab aber gerade den Link verlegt. Da ich gerade mit Brückenbau
beschäftigt bin, frühestens Montag ;-).

--
mfg Rolf Bombach
 
Guenter Dannoritzer wrote:

Wenn der Barcode z.B. auf einem hellen Papier ist und die Oberfläche mit
einer bestimmten Wellenlänge bestrahlt wird, gibt es da eine
Faustformel, wieviel Energie von der Oberfläche reflektiert wird? Die
Frage ist einfach, wenn ich die Oberfläche mit einer bestimmten Energie
bestrahle, wieviel kommt dann an meiner Photodiode an?
Click to expand...
Wenn du einen Code erfassen willst, muss er gelesen werden können. Dazu ist
ein Mindestkontrast erforderlich. Kontrast = DIN 66236 Druckkontrastzahl.

(Reflektion Hintergrund - Reflexion Strich) / Reflexion Hintergrund = PCS

PCS sollte immer > 70 % sein. Die Reflektionsfähigkeit der Farbe solltest du
dem Datenblatt entnehmen. Die Reflexionsangabe für den Hintergrund
entnimmst du den DIN-Werten.

Entscheidend ist auch das Licht: handelt es sich um einwelliges Licht, dann
kann es sein, dass es verschluckt wird, fatalerweise vom Vorder- und
Hintergrund. Diese Situation sollte vermieden werden. Das kann bei IR-Licht
vorkommen. Bei UV kann der Fall eintreten, dass die Farbe durchlässig ist,
dann wird überall reflektiert. Besser ist es, mit Licht zu arbeiten, dass
ein Spektrum enthält, ideralerweise echtes Weisslicht, von spektral
sauberen Lampen erzeugt. Keine LED-Beleuchtung verwenden!!

Ich versuche abzuschätzen, was für einen Verstärker ich an die
Photodiode hänge. Als Auswahl habe ich einen integrierenden Verstärker
oder eine Strom-Spannungswandler.
Click to expand...
Beachte, dass Fotodioden u.U. sehr langsam werden. Ein Fototransistor ist
meiner Ansicht sehr viiel besse rgeeignet.

Robert
 
Hallo!


R.Freitag wrote:
Beachte, dass Fotodioden u.U. sehr langsam werden. Ein Fototransistor ist
meiner Ansicht sehr viiel besse rgeeignet.
Click to expand...
Ist es nicht so, dass Fotodioden i.d.R. schneller sind als
Fototransistoren?

- Wegen der Miller-Kapazität zwischen Kollektor und (ggf. nicht
herausgeführter) Basis

- Weil die Speicherladung aus der Basiszone (es sind ja 100%
Minoritätsträger bei Photoleitung) nur langsam abfließen kann, speziell
bei Sättigung


Fotowiderstände sind im Vergleich extrem träge.
Aber, sind Fotodioden normalerweise wirklich langsamer?

Gruß,
Ulrich Lukas
 
Ulrich Lukas wrote:

Hallo!


R.Freitag wrote:
Beachte, dass Fotodioden u.U. sehr langsam werden. Ein Fototransistor ist
meiner Ansicht sehr viiel besse rgeeignet.

Ist es nicht so, dass Fotodioden i.d.R. schneller sind als
Fototransistoren?

- Wegen der Miller-Kapazität zwischen Kollektor und (ggf. nicht
herausgeführter) Basis

- Weil die Speicherladung aus der Basiszone (es sind ja 100%
Minoritätsträger bei Photoleitung) nur langsam abfließen kann, speziell
bei Sättigung


Fotowiderstände sind im Vergleich extrem träge.
Aber, sind Fotodioden normalerweise wirklich langsamer?

Gruß,
Ulrich Lukas
Jetzt wo du es schreibst, kommen mir Zweifel. Aber irgendetwas war da
Click to expand...
gtottenschlecht langsam... CdS oder so??

Grüsse

Robert
 
In article <caaq44$2ge$1@newsreader2.netcologne.de>,
"R.Freitag" <rfr-mailbox@gmx.de> writes:
Ulrich Lukas wrote:

Hallo!


R.Freitag wrote:
Beachte, dass Fotodioden u.U. sehr langsam werden. Ein Fototransistor ist
meiner Ansicht sehr viiel besse rgeeignet.

Ist es nicht so, dass Fotodioden i.d.R. schneller sind als
Fototransistoren?

- Wegen der Miller-Kapazität zwischen Kollektor und (ggf. nicht
herausgeführter) Basis

- Weil die Speicherladung aus der Basiszone (es sind ja 100%
Minoritätsträger bei Photoleitung) nur langsam abfließen kann, speziell
bei Sättigung


Fotowiderstände sind im Vergleich extrem träge.
Aber, sind Fotodioden normalerweise wirklich langsamer?

Gruß,
Ulrich Lukas
Jetzt wo du es schreibst, kommen mir Zweifel. Aber irgendetwas war da
gtottenschlecht langsam... CdS oder so??
Click to expand...
Die Photodiode als Photoelement ist sehr langsam.
Im Sperrichtungsbetrieb ist sie erheblich schneller als ein Fototransistor.


Grüsse

Robert
Click to expand...
--
MFG Gernot
 
Soweit der Barcode nicht Streifen >>1mm hat ist Eigenbau
des optischen Teils eher chancenlos.
Lesestifte enthalten typisch spezielle Reflexlichtschranken
a la Hewlett Packard HEDS1000 und deren Nachfolger samt einem
Saphir als lightpipe im Lesestift. Ehedem gabs auch
ApplicationNote AN1008 "Optical Sensing for the HEDS-1000"
die allerdings wohl nichtmehr im www vefügbar ist. Mit 18
Seiten etwas mühsam zu scannen. Behandelt auch die Physik
ausführlich.
Simpelste reale Lösung: bei ebay ausgemusterten Lesestift
kaufen. Typen ohne Controller haben typisch 3 Pins: 5V, GND,
open-collector out wo das Signal schon als Logikpegel kommt.
Wenn man den Logikpegel nicht will muß man den Lesestift
öffnen: aus der HEDS1000 kommt analoges Signal.

schon mal jemanden mit ähnlichen Schaltungen beschäftigt.
In der AN1008 ist eine typische analoge Schaltung beschrieben:
Click to expand...
das Signal schwankt mit Amplitude und Geschwindigkeit.
Man braucht deshalb einen Spitzenwertdetektor für positive
und negative Maximalwerte damit man guten Schaltpunkt für
Komparator bekommt.
Heutzutage kann man auch Controller mit schnellem
A/D-Wandler nehmen und das verstärkte analoge Signal
in Software verwursteln.

Wellenlänge
Ursprüngliche Lesestifte ( End-70er ) hatten IR-LEDs.
Click to expand...
Da aber übliches Papier & Tinte auf Kontrast in sichtbarem
Bereich ausgelegt sind findet man heute fast nur noch rote
LEDs.

MfG JRD
 
Hallo Rafael,

Rafael Deliano wrote:

Soweit der Barcode nicht Streifen >>1mm hat ist Eigenbau
des optischen Teils eher chancenlos.
Click to expand...
Den optischen Teil bekomme ich vorgegeben, so hoffe ich das er
funktioniert. Ich muss dann den Verstärker und die nötige Adaption an
den ADC durchführen. Aus Eigeninteresse würden mich trotzdem mal
mögliche Probleme interessieren.

Der Barcode ist auf einer Art Ticket aufgedruckt, das aus einem
Automaten kommt. Das heißt der Barcode ist in seiner Position fest und
die Bewegungsrichtung ist bekannt. Der Sensor ist entsprechend in dem
Automaten befestigt.

Das Problem das ich sehe ist, wenn das Ticket in seiner Höhe sich
verändert, die Fokussierung der Optik nicht mehr stimmt.

Siehst du denn ein Problem in der reflektierten Lichtmenge, die bei
kleineren Barcode Streifen entsteht?

Lesestifte enthalten typisch spezielle Reflexlichtschranken
a la Hewlett Packard HEDS1000 und deren Nachfolger samt einem
Saphir als lightpipe im Lesestift. Ehedem gabs auch
ApplicationNote AN1008 "Optical Sensing for the HEDS-1000"
die allerdings wohl nichtmehr im www vefügbar ist. Mit 18
Seiten etwas mühsam zu scannen. Behandelt auch die Physik
ausführlich.
Click to expand...
Auf der Agilent Seite habe ich eine Application Note AN1013 "Elements of
a Bar Code System" gefunden. Ist das so ähnlich was du beschreibst?

http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5953-9387.pdf


Simpelste reale Lösung: bei ebay ausgemusterten Lesestift
kaufen. Typen ohne Controller haben typisch 3 Pins: 5V, GND,
open-collector out wo das Signal schon als Logikpegel kommt.
Wenn man den Logikpegel nicht will muß man den Lesestift
öffnen: aus der HEDS1000 kommt analoges Signal.


schon mal jemanden mit ähnlichen Schaltungen beschäftigt.

In der AN1008 ist eine typische analoge Schaltung beschrieben:
das Signal schwankt mit Amplitude und Geschwindigkeit.
Man braucht deshalb einen Spitzenwertdetektor für positive
und negative Maximalwerte damit man guten Schaltpunkt für
Komparator bekommt.
Heutzutage kann man auch Controller mit schnellem
A/D-Wandler nehmen und das verstärkte analoge Signal
in Software verwursteln.


Wellenlänge

Ursprüngliche Lesestifte ( End-70er ) hatten IR-LEDs.
Da aber übliches Papier & Tinte auf Kontrast in sichtbarem
Bereich ausgelegt sind findet man heute fast nur noch rote
LEDs.

MfG JRD
Click to expand...
 
Hallo Michael,

Michael J. Schülke wrote:

Guenter Dannoritzer wrote:

Wenn der Barcode z.B. auf einem hellen Papier ist und die Oberfläche mit
einer bestimmten Wellenlänge bestrahlt wird, gibt es da eine
Faustformel, wieviel Energie von der Oberfläche reflektiert wird?


Das dürfte sehr stark von der Wellenlänge abhängen -- im Röntgenbereich
zum Beispiel so ziemlich gar nichts, ebenso im RF-Bereich...

Im Bereich des sichtbaren Lichts dürfte der größte Teil reflektiert
werden (ich würde mal > 75% vermuten, der Rest geht durch, kaum
Absorption), allerdings diffus gestreut. Ich vermute, wenn Du
Gleichverteilung auf die Halbkugel über der Papieroberfläche annimmst,
machst Du keinen großen Fehler.

Gruß,
Michael
Click to expand...
Wenn du von der Halbkugel sprichst, meinst du dann eine Halbkugel um den
Punkt auf dem Papier von wo der Strahl reflektiert wird oder eine
Halbkugel vom Strahler aus gesehen?

D.h. wenn ich eine LED mit vorgeschalteter Linse nehme, strahlt die
ziemlich gerichtet auf das Papier. Dann erhalte ich eine diffuse
Streuung von dem Punkt auf dem Papier und z.B, 70% der Energie der LED
wird gleichverteilt auf eine Halbkugel über den Reflektionspunkt verteilt.

Wenn ich jetzt meine Photodiode irgendwo in diese Halbkugel anordne,
dann könnte ich basierend auf aktive Fläche der Photodiode, Abstand
LED-Papier, Photodiode-Papier und Reflektionsgrad (z.B. 70%) berechnen,
wieviel Energie die Photodiode bekommt?

Guenter
 
Guenter Dannoritzer wrote:

D.h. wenn ich eine LED mit vorgeschalteter Linse nehme, strahlt die
ziemlich gerichtet auf das Papier. Dann erhalte ich eine diffuse
Streuung von dem Punkt auf dem Papier und z.B, 70% der Energie der LED
wird gleichverteilt auf eine Halbkugel über den Reflektionspunkt verteilt.
Click to expand...
Genau. Das ist natürlich alles nur genähert, aber für eine Abschätzung
der Größenordnung (und mehr brauchst Du eh nicht: unterschiedliche
Papiere, vor dunklem oder hellem Hintergrund, unterschiedliche Abstände
Scanner-Papier, etc., bringen genug Variabilität) sollte das reichen.

Wenn ich jetzt meine Photodiode irgendwo in diese Halbkugel anordne,
dann könnte ich basierend auf aktive Fläche der Photodiode, Abstand
LED-Papier, Photodiode-Papier und Reflektionsgrad (z.B. 70%) berechnen,
wieviel Energie die Photodiode bekommt?
Click to expand...
Exakt.

Gruß,
Michael
 
AN1013 "Elements of a Bar Code System"
Die betrifft eher Programmierung.
Click to expand...
Muß die AN1008 wohl doch scannen, wird etwas voluminöse email.

Das Problem das ich sehe ist, wenn das Ticket in seiner Höhe sich
verändert, die Fokussierung der Optik nicht mehr stimmt.
Die Lesestifte hatten deshalb den Saphir als Spitze: bei direktem
Click to expand...
Kontakt gibts das Problem weniger. Und damit die Spitze sich nicht
verändert wird eben entsprechend hartes Material.
Typische Apertur bei Lesestiften ist 0,15 / 0,18 / 0,4. Manchmal
auch "high resolution" 0,07. Der HEDS1000 ohne Saphir hatte
nominell 0,19mm ( optimal abgeeglichen ).
Variante mit direktem Kontakt ist aber für Ticket nicht gangbar.
Redundantes System mit 2-3 Reflexsensoren mit verschiedenen
Brennweiten schon eher.
Ein anderes Problem ist, daß wenn das Ticket genau an dem Punkt
Aussetzer im Barcode hat wo der Sensor hinsieht das Ticket
nicht lesbar ist. Wenn man mehrerer Sensoren auf verschiedener
Höhe anordnet erschlägt man den Fall auch.
Ansonsten gabs ehedem von TI CCDs mit geringer Auflösung wie TC102
mit 128x1 Pixel. Aber wohl für die Anwendung bereits overkill,
hat auch andere Probleme mit Optik.

Siehst du denn ein Problem in der reflektierten Lichtmenge, die bei
kleineren Barcode Streifen entsteht?
Wenn man sehr schnelle Bewegung hat kommt man natürlich an die
Click to expand...
Grenzfrequenz der Fotodiode. Bei schwachem Signal kommt dann halt
nichtsmehr. Dagegen kann man das LED stärker aufdrehen.
Vorteil hier gegen Lesestift aber, daß man im Dunkeln arbeitet
und damit kein Störsignal aus Umgebungslicht kommt.
Lesestifte geben max als 1000mm/sec an manche auch 3500.

MfG JRD
 
You must log in or register to reply here.

Welcome to EDABoard.com

Sponsor

Back
Top