PDF417二維條碼在嵌入式設備中的應用

2020-12-27 電子產品世界

摘要：介紹PDF417二維條碼的編碼、解碼及糾錯的原理，並分析其在嵌入式設備上的軟硬體實現。其中解碼部分是使用Symbol公司生產的SE923HS型號的掃描頭，編碼部分是用軟體來實現的。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/150818.htm

關鍵詞：PDF417 二維條碼編碼解碼 嵌入式設備

引 言

??二維條碼是不依賴計算機網絡和資料庫存儲、轉移信息的一種方法，是信息的另一種表示形式，是信息攜帶、信息自動傳遞、信息防偽的理想手段。四一七條碼是應用最為成功的一種二維條碼，它的出現是條碼技術的一次革新。它以其高密度、高信息容量、糾錯能力強、成本低等特點，廣泛應用於國際貿易、物流、工業、商業等領域，已經取得了巨大的社會效益和經濟效益。由於二維條碼的編碼和譯碼算法相對比較複雜，大部分應用是用臺式機列印出條碼，再通過掃描槍進行解碼，通過RS232串口輸出數據；而在嵌入式設備上，對數據進行二維條碼數據加密並不多見。本文提出一種在嵌入式設備上利用Symbol公司生產的SE923HS型號的掃描頭解碼數據，解碼後的數據和其它數據混合重新編碼的解決方案，可以適用於郵政、物流等行業。

1 二維條碼

1.1 二維條碼的特性

　　PDF417二維條碼具有信息容量大、信息密度高、修正錯誤能力強、解碼可靠性高、保密性強和容易印製等特點。

　　四一七條碼的基本特性如圖1所示。一個PDF417條碼符號，可以將最多1848個字母字符或2729個數字字符或字母、數字混編字符進行編碼。按照ISO標準的證卡格式，當PDF417條碼的窄條(模)寬為0.17mm 時，使用PDF417條碼錶卡片上所含的信息，條碼符號(包括周圍的白區)所佔面積僅為76mm×25mm。PDF417採用了目前世界上最先進的錯誤修正技術。這種隱含子符號內的錯誤修正技術，不僅可以有效地防止解碼錯誤，提高解碼的速度及可靠性，而且可以將由於條碼符號破損、沾汙等丟失的信息破譯出來。錯誤修正可分為八個等級，錯誤修正為最高時，可以將符號受損面積達50%的條碼符號所含信息復現出來；PDF417可以把編碼信息按密碼格式進行編碼，以防止偽造條碼符號或非法使用有關編碼的信息。因此，可以將數據量不大但非常重要的信息按照某種二維條碼的格式進行編碼。

本文是將二維條碼用在物品投遞過程中，即把物品的信息（如寄信人地址、姓名、身份證號，收信人地址、姓名、身份證號以及郵資等信息）製成二維條碼，列印出來貼在物品上，以便傳遞信息。通過掌上嵌入式的條碼識讀設備，對條碼進行解碼。在掌上嵌入式設備工作過程中，解碼的信息可以和其它輸入的信息重新編碼，完成對數據再加密的過程。

1.2 PDF417條碼的結構

　　四一七條碼符號是一個多行結構。符號的頂部和底部為空白區。上下空白區之間為多行結構。每行數據符號字符數相同，行與行左右對齊直接銜接。其最小行數為3，最大行數為90，見圖1。每行構成如下：

　　a) 左空白區；b)起始符；c) 左行指示符號字符；d) 1～30個數據符號字符；e)右行指示符號字符；f) 終止符；g)右空白區。

1.3 PDF417條碼的模式結構

　　四一七條碼在編碼時，首先對未編碼數據進行壓縮。四一七條碼有三種數據壓縮模式：文本壓縮模式(TC)、字節壓縮模式(BC)、數字壓縮模式(NC)。每種模式結構對應不同的算法，通過應用模式鎖定/轉移(latch/shift)碼字，可在一個四一七條碼符號中應用一種或者多種模式表示數據。圖2為四一七條碼的模式切換圖，其中900、901/924、902分別對應TC、BC和NC的壓縮模式，913為Latch/shift碼字。

1.4 PDF417條碼的錯誤糾正等級

　　四一七條碼的錯誤糾正等級可由用戶選擇。每種錯誤糾正等級所對應的錯誤糾正碼字數目為2的糾正等級次方。對於開放式系統，不同數量的編碼數據所對應的錯誤糾正等級推薦值見表1。

表1 四一七條碼的推薦錯誤糾正等級

數據碼字數錯誤糾正等級
1～402
40～1603
161～3204
321～8635

　　在四一七條碼符號容易損壞的場所，建議選用較高的錯誤糾正等級；在封閉系統中，可選用低於推薦錯誤糾正等級的錯誤糾正等級。

2 硬體設計

2.1 硬體總體結構[1]

　　物流信息採集終端設計方案的結構框圖如圖3所示。設計方案的主要組成部分包括微處理器、掃描頭接口模塊（SE923HS）、液晶顯示及觸摸模塊以及外部的32KB RAM，還有電源模塊和微處理器監控模塊等其它模塊。

2.2 SE923HS掃描頭及其接口設計[2]

　　掃描頭的主要功能是讀出二維條碼上的信息；在讀出信息的同時，完成一定的解碼和糾錯功能。本課題採用SE923HS型號的掃描頭。它是Symbol公司生產的微型條碼讀入設備，可以對UPC/EAN、CODE128、CODE39和PDF417等條碼進行解碼。它能嵌入到用戶的設備中，完成數據採集的功能。SE923HS大小約為3cm3，通過12根引線和外界相連。表2給出了SE923HS的引腳說明。

　　根據表2給出的接口說明，設計了SE923HS與微控制器的硬體接口，如圖4所示。

表2 SE923H的引腳說明

引 腳引腳號類 型

功 能 解 釋

FLASH_DWN1I寫SE923HS的Flash-ROM
VBATT2IPower Supply:為SE923HS提供工作電壓
GND3IGround:地線
RXD4IReceived Data:串行輸入口
CTS6IClear to Send：串口握手線
AIM/WKUP11IWake Up:用持續1μs的低電平喚醒低電模式的SE923HS
TRIG12ITrigger：硬體觸發線，使SE923HS進入掃描和解碼
TXD5OTransmitted Data:串口輸出口
RTS7ORequest to Send:串口輸出口
PWRDWN8OPower Down Ready:高電平，表示Decoder處於掉電模式
BPR9OBeeper:低電流Beeper輸出
DLED10ODecode LED:電流LED輸出

3 解碼和編碼的實現

3.1 軟體總體流程

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