基于CIS的全识别光电传感器的制作方法

本实用新型涉及一种用于考试阅卷的光标阅读机的信息采集、处理电路，属于光机电应用领域。

背景技术：

光标阅读机是计算机的一种外围输入设备，将信息卡上的omr涂点通过光电转化的方式采集到计算机，进而处理、识别，属于考试、选举、统计等领域的专用设备。光电头是光标阅读机的核心光电感应部件，市场上现有光电头是由光敏三极管、发光二极管组成的光电传感器阵列，且均为两发一收结构。

光电头的结构及组成，决定了市场上的光标阅读机的类型基本分为英制、公制、全识别、铅笔识别等类型。光电头中光电传感器每路的间距为5.08mm时，设备即为英制光标阅读机，只能读取相应英制omr信息卡；光电头中光电传感器每路的间距为5mm时，设备即为公制光标阅读机，只能读取相应公制omr信息卡；光电头中发光二极管为红外光时，设备即为铅笔光标阅读机，只能读取2b铅笔填写的omr信息卡；光电头中发光二极管为红光时，设备即为全识别光标阅读机，可读取黑色填涂的信息卡，但信息卡的底色只能为红色。同时这几类光标阅读机对信息卡的印刷质量具有很高的要求，大大限制了光标阅读机设备的广泛使用。

技术实现要素：

本实用新型针对光标阅读机对信息卡使用的限制，提供了一种可兼容英制、公制、全识别、铅笔识别的基于cis(接触式图像传感器)的全识别光电传感器，并且对信息卡的印刷要求也大大降低，甚至普通打印也可使用。

本实用新型的基于cis的全识别光电传感器，通过如下技术措施实现：

该传感器，包括cis(接触式图像传感器)、cis驱动控制电路、ad模数转换电路、fpga数据处理电路和数据传输电路，cis与cis驱动控制电路连接，驱动控制电路、ad模数转换电路和fpga数据处理电路依次连接，fpga数据处理电路与cis驱动控制电路连接，数据传输电路与fpga数据处理电路连接；

还包括与fpga数据处理电路连接的sdram数据存储电路。

所述cis采用分辨率200dpi的cis，相邻感光单元间隔0.127mm(a4幅面就有1728个感光单元)，且同时具有红、绿、蓝、红外四种光源。

所述fpga数据处理电路，包括fpga(现场可编程门阵列)u6、配置芯片u15和晶振x1，晶振x1连接fpgau6，配置芯片u15连接fpgau6，fpgau6与数据传输电路中的接口芯片u4连接，fpgau6与模数转换电路中的ad转换芯片u1连接，fpgau6与cis驱动控制电路中的驱动器u11连接，fpgau6与j14连接，fpgau6与数据存储电路中的sdram芯片u12连接。

所述数据传输电路，包括接口芯片(usb2.0)u4，接口芯片u4连接usb接口，接口芯片u4连接fpga数据处理电路中的fpgau6，接口芯片u4连接晶振y2的两端，接口芯片u4连接带电可擦可编程只读存储器u5。

所述模数转换电路，包括ad转换芯片u1，ad转换芯片u1与cis驱动控制电路中的j14连接，ad转换芯片u1与连接fpga数据处理电路中的fpgau6连接。

所述cis驱动控制电路，包括n沟道mos管u7、u8、u9、u10以及驱动器u11，n沟道mos管u7、u8、u9和u10均与驱动器u11连接，并与分别通过限流电阻与插接头j14连接,驱动器u11与fpga数据处理电路中的fpgau6连接，j14与fpga数据处理电路中的fpgau6连接。

所述数据存储电路，包括sdram芯片u12，u12连接fpga数据处理电路中的fpgau6。

信号经ad模数转换电路转换后通过fpga数据处理电路处理，重新排列整理，而后将数据通过数据传输电路实时传入计算机进行识别和应用，实现了英制、公制、钢笔涂写、铅笔涂写、红色底色、非红色底色等各种omr信息卡上信息的读取。

当识别英制omr信息卡时，cis采集到的信息卡上的所有感光单元通过ad转换器进行ad转换，然后传输给fpga，将数据处理成每间隔5.08mm的光电感应数据，传入计算机识别和处理；

当识别公制omr信息卡时，cis采集到的所有感光单元通过ad转换后，fpga将数据处理成每间隔5mm的光电感应数据，传入计算机识别和处理；

当识别红色底色omr信息卡时，光源红光有效时全识别黑色涂点，光源红外光有效时识别2b铅笔涂点；

当识别非红色底色omr信息卡时，光源红外光有效识别2b铅笔涂点；同时由于cis微小密集(每0.127mm就有一个感光单元)的感光特性，使omr信息卡的印刷要求也大大降低。

本实用新型采用cis作为光电感应部件，而非市场上常用的光电头，信号经ad转换后通过fpga处理，重新排列整理，而后将数据通过接口实时传入计算机进行识别和应用，实现了英制、公制、钢笔涂写、铅笔涂写、红色底色、非红色底色等各种omr信息卡上信息的读取。

附图说明

图1是本实用新型基于cis的光电传感器的结构原理示意图。

图2是本实用新型中fpga数据处理电路的原理图。

图3是本实用新型中数据传输电路的原理图。

图4是本实用新型中ad模数转换电路的原理图。

图5是本实用新型中cis驱动控制电路的原理图。

图6是本实用新型中sdram数据存储电路的原理图。

图中：1.cis驱动控制电路，2.ad模数转换电路，3.fpga数据处理电路，4.数据传输电路，5.sdram数据存储电路，6.cis(接触式图像传感器)。

具体实施方式

本实用新型的基于cis的全识别光电传感器，采用cis(接触式图像传感器)6作为光电感应部件，而非市场上常用的光电头。如图1所示，包括cis6、cis驱动控制电路1、ad模数转换电路2、fpga数据处理电路3、数据传输电路4和sdram数据存储电路5。cis与cis驱动控制电路1连接。cis驱动控制电路1、ad模数转换电路2和fpga数据处理电路3依次连接，fpga数据处理电路3与cis驱动控制电路1连接，数据传输电路4和sdram数据存储电路5均与fpga数据处理电路3连接。信号经ad模数转换电路2转换后通过fpga(现场可编程门阵列)数据处理电路3处理，重新排列整理，而后将数据通过数据传输电路(usb2.0接口电路)4实时传入计算机进行识别和应用，实现了英制、公制、钢笔涂写、铅笔涂写、红色底色、非红色底色等各种omr信息卡上信息的读取。所有数据由sdram数据存储电路5存储。

cis(接触式图像传感器)的工作原理是利用以矩阵式排列的内置发光二极管为微小光源经被扫描信息卡反射光线后，由感光单元捕获转化为电信号。本实用新型中采用分辨率200dpi的cis，a4幅面就有1728个感光单元，每个间隔仅为0.127mm，且同时具有红、绿、蓝、红外四种光源。

图2给出了fpga数据处理电路3，由fpga现场可编程门阵列u6、配置芯片u15、晶振x1及其外围器件组成。u6采用ep1c12q240。u6的1脚接10k上拉电阻r2，u6的9、22、51、189、209、231、130、157、172、90、92、112脚接3.3v电源，同时通过旁路0.1uf陶瓷贴片电容c15、c16、c17、c20、c22、c24、c25、c29、c35、c40、c41、c76、c104进行电源滤波。fpgau6的10、40、52、69、71、80、89、91、96、102、109、111、129、142、171、190、192、199、205、210、212、221、230、232、30、151、31、150接电源地。fpgau6的72、81、90、97、103、110、191、198、204、211、220、229脚接1.5v电源，同时通过旁路0.1uf陶瓷贴片电容c44、c45、c52、c53、c54、c55、c56、c57、c58、c59、c60进行电源滤波。晶振x1的4脚通过串联的磁珠l7连接+3.3v电源，晶振x1的3脚通过串联的22欧姆电阻r21连接u6的28脚。配置芯片u15的1、2、5、6脚分别连接fpgau6的24、25、37、36脚。fpgau6的fd0-fd15与u4的同名管脚相连，fpgau6的fx_flagd、fx_pktend、fx_ffadr1、fx_ffadr0、fx_sloe、fx_slrd、fx_slwr与u4的同名管脚相连。fpgau6的vd0-vd7、foeb、fvsmp、fmclk、fsen、fsdi1、fsck与u1的同名管脚相连。fpgau6的r_ctrl、g_ctrl、b_ctrl、ir_ctrl与u11的同名管脚相连。fpgau6的cis_clk、cis_si、cis_cnt与j14的同名管脚相连。fpgau6的dq0-dq15、a0-a11、dqm、sdram_we、sdram_cs、sdram_clk、sdram_cke、ba0、ba1、/cas、/ras与u12的同名管脚相连。

图3给出了数据传输电路4，由usb2.0接口芯片u4及其外围器件组成，u4用cy7c68013a。u4的6、18、24、34、39、50脚连接+3.3v电源，u4的10、14脚通过串联的fb8磁珠连接+3.3v电源，同时通过旁路0.1uf陶瓷贴片电容c51、c93进行电源滤波。u4的4、7、13、17、19、33、35、48脚接电源地。u4的15脚接usb接口的d+，16脚接usb接口的d-。u4的36、37、38脚通过22欧串联电阻r31、r27、r28分别和u6的fx_flaga、fx_flagb、fx_flagc连接。u4的20脚通过22欧串联电阻r30和u6的fx_ifclk连接。u4的49脚接由d9、r20、c48组成的复位电路。u4的11、12脚分别接晶振y2的两端，并分别通过c46、c47的12pf陶瓷贴片电容接地。u4的22脚连接u5(带电可擦可编程只读存储器，u5用24c01)的6脚，并通过r16上拉，u4的23脚接u5的5脚，并通过r17上拉。u5的8脚接+3.3v电源，u5的1-4、7脚接电源地。u4的fd0-fd15与u6的同名管脚相连，u4的fx_flagd、fx_pktend、fx_ffadr1、fx_ffadr0、fx_sloe、fx_slrd、fx_slwr与u6的同名管脚相连。

图4给出了模数转换电路2，由图像专用ad转换芯片u1及其外围器件组成。u1用wm8214。u1的3、10、21脚分别通过串联磁珠l1、l2接+3.3v电源，同时通过旁路10uf钽电容c1、c3、c2和0.1uf陶瓷贴片电容c8、c14、c10进行电源滤波。u1的25、26脚分别接电容c11、c9的一端，c11、c9的另一端接地。u1的23、24脚同时连接c64、c66两端，且同时分别同c12、c13一端连接，c12、c13另一端接地。u1的2、6、8、22接电源地。u1的rin、gin、bin与j14的同名管脚相连。u1的vd0-vd7、foeb、fvsmp、fmclk、fsen、fsdi1、fsck与u6的同名管脚相连。

图5给出了cis驱动控制电路1，包括n沟道mos管u7、u8、u9、u10、驱动器u11及插接头j14，u7-u10用si9804，u11用74lv244。u7、u8、u9、u10的5-8脚同时分别通过限流电阻r8、r9、r14、r15与j14的19、20、21、22脚相连，同时j14的14、19脚相连，15、20脚相连，16、21脚相连，17、22脚相连。u11的12脚同u10的4脚相连，u11的14脚同u7的4脚相连，u11的16脚同u8的4脚相连，u11的18脚同u9的4脚相连。u11的r_ctrl、g_ctrl、b_ctrl、ir_ctrl与u6的同名管脚相连。插接头j14的rin、gin、bin与u1的同名管脚相连。插接头j14的cis_clk、cis_si、cis_cnt与u6的同名管脚相连。u11的20脚接+5v电源；插接头j14j14的13、18脚通过串联的磁珠l10、l12接+5v电源。j14的6、9脚接+3.3v电源，并通过旁路0.1uf陶瓷贴片电容c62进行电源滤波。

图6给出了数据存储电路5，由sdram芯片u12及外围器件组成。u12用mc48lc8m16a2。u12的1、3、9、14、27、49、43接+3.3v电源，u12的6、12、28、41、46、52、54接电源地。u12的15脚接4.7k欧姆下拉电阻r17。u12的dq0-dq15、a0-a11、dqm、sdram_we、sdram_cs、sdram_clk、sdram_cke、ba0、ba1、/cas、/ras接u6的同名管脚。