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一维条码技术

 AIDC技术中最古老最成熟的技术就是条码技术,它也是AIDC技术中应用最广泛和最成功的技术。我们从超级市场上买回来的果品、蜂蜜等,果品箱、蜂蜜罐上肯定会有编码,不管是超级市场自己编的条码,还是商品制造者商标上的条码。实际上,条码的种类是很多的,已知的条码种类现在就有250种之多。条码技术的主要优点如下:
        1)简单。条码符号制作容易,扫描操作简单易行;
        2)信息采集速度快。普通计算机的键盘录入速度是每分钟200字符,而利用条码扫描录入信息的速度是键盘录入的20倍;
        3)采集信息量大。利用条码扫描,一次可以采集十几位字符的信息,而且可以通过选择不同码制的条码增加字符密度,使录入的信息量成倍地增加;
        4)设备结构简单,成本低。

        在实际应用中,条码一般可以分成一维条码、二维条码两种。下面对一维条码简单介绍:

        一维条码(线形条码)

        这种条码是由一个接一个的“条”和“空”排列组成的,条码信息靠条和空的不同宽度和位置来传递,信息量的大小是由条码的宽度和印刷的精度来决定的,条码越宽,包容的条和空越多,信息量越大;条码印刷的精度越高,单位长度内可以容纳的条和空越多,传递的信息量也就越大。这种条码技术只能在一个方向上通过 “条”与“空”的排列组合来存储信息,所以叫它“一维条码”。

        1、一维条码技术的基础术语

        1)条(BAR):条码中反射率较低的部分,一般印刷的颜色较深。
        2)空(SPACE):条码中反射率较高的部分,一般印刷的颜色较浅。
        3)空白区(CLEAR AREA):条码左右两端外侧与空的反射率相同的限定区域。
        4)起始符(START CHARACTER):位于条码起始位置的若干条与空。
        5)终止符(STOP CHARACTER):位于条码终止位置的若干条与空。
        6)中间分隔符(CENTRAL SEPERATING CHARACTER):位于条码中间位置的若干条与空。 
        7)条码数据符(BAR CODE DATD CHARACTER):表示特定信息的条码符号。
        8)校验符(CHECK CHARACTER):表示校验码的条码若干条与空。
        9)供人识别字符(HUMAN READABLE CHARACTER):位于条码符的下方,与相应的条码相对应的、用于供人识别的字符。

        2、一维条码的结构

        任何一个完整的一维条码通常都是由两侧的空白区、起始符、数据字符、校验符(可选)、终止符和供人识别字符组成的。

        一维条码符号中的数据字符和校验符是代表编码信息的字符,扫描识读后需要传输处理,左右两侧的空白区、起始符、终止符等都是不代表编码信息的辅助符号,仅供条码扫描识读时使用,不需要参与信息代码传输。

        3、一维条码的编码方法

        条码的编码方法是指条码中条空的编码规则以及二进制的逻辑表示的设置。众所周知,计算机设备只能识读二进制数据(数据只有“0”和“1”两种逻辑表示),条码符号作为一种为计算机信息处理而提供的光电扫描信息图形符号,也应满足计算机二进制的要求。条码的编码方法就是要通过设计条码中条与空的排列组合来表示不同的二进制数据。一般来说,条码的编码方法有两种:模块组合法和宽度调节法。

        模块组合法是指条码符号中,条与空是由标准宽度的模块组合而成。一个标准宽度的条表示二进制的“1”,而一个标准宽度的空模块表示二进制的“0”。商品条码模块的标准宽度是0.33mm,它的一个字符由两个条和两个空构成,每一个条或空由1-4个标准宽度模块组成。

        宽度调节法是指条码中,条与空的宽窄设置不同,用宽单元表示二进制的“1”,而用窄单元表示二进制的“0”,宽窄单元之比一般控制在2-3。

        4、条码的种类

        条码按照不同的分类方法,不同的编码规则可以分成许多种,现在已知的世界上正在使用的条码就有250 种之多。下面简要介绍世界上使用比较广泛的几种条码。

        1)EAN条码
EAN码是国际物品编码协会(INTERNATIONAL ARTICLE NUMBERING ASSOCIATION)在全球推广应用的商品条码,是定长的纯数字型条码,它表示的字符集为数字0~9。在实际应用中,EAN码有两种版本,标准版和缩短版。标准版是由13位数字组成,称为EAN-13码或长码;缩短版EAN码是由8位数字组成,称为EAN-8码或者短码。

* EAN-13码
EAN-13码是按照“模块组合法”进行编码的。它的符号结构由八部分组成。
符号结构
左侧空白区
起始符
左侧数据符
中间分隔符
右侧数据符
校验符
终止符 
右侧空白区
模块数
EAN-13码由13位数字组成。根据EAN 规范,这13位数字分别赋予了不同的含义。

厂商识别代码由7-9位数字组成,用于对厂商的唯一标识。厂商代码是各国的EAN编码组织在EAN分配的成员前缀码(X13,X12,X11)的基础上分配给厂商的代码。前缀码是标识EAN所属成员的代码,由EAN统一管理和分配,以确保前缀码在国际范围内的唯一性。商品项目代码由5~3位数字组成,用以标识商品的代码。商品项目代码由厂商自行编码。在编制商品项目代码时,厂商必须遵守商品编码的基本原则:对同一商品项目的商品必须编制相同的商品项目代码;对不同的商品项目必须编制不同的商品项目代码;保证商品项目与其标识代码一一对应,即一个商品项目只有一个代码,一个代码只标识一个商品项目。校验码用以校验代码的正误,是由一位数字组成。校验码是根据条码字符的数值按一定的数学算法计算得出的,计算的步骤如下:

(1)从序号2开始,将所有偶数位的数字代码求和,得出S1;
(2)S1*3=S2;
(3)从序号3开始,将所有奇数位的数字求和,得出S3;
(4)S3+S2=S4;
(5)C=10-S4,得到校验码C的值。并且当S4的个位数为0时,C=0。

X13X12X11 X10X9X8X7 X6X5X4X3X2 X1


        以690,691为前缀码的EAN-13码只能分别对10000个制造厂商进行编码(因为制造厂商代码只有4位,制造厂商代码只能从0000-9999这一万组数字中进行分配)。每一个制造厂商可以对自己生产的10万种商品进行编码(因为产品代码为5位,可以从00000-99999这10万组数字中进行分配。

        在这种结构的代码中,厂商识别代码由7位调整为8位,相应地制造厂商识别代码的容量就由1万家扩大到10万家;商品项目的识别代码由5位调整为4位,每个厂商就只能对自己生产的1万种商品进行编码。

        * EAN-8码
        EAN-8码是EAN-13码的压缩版,由8位数字组成,用于包装面积较小的商品上。与EAN-13码相比,EAN-8码没有制造厂商代码,仅有前缀码、商品项目代码和校验码。

        在中国,凡需使用EAN-8码的商品生产厂家,需将本企业欲使用EAN-8码的商品目录极其外包装(或设计稿)报至中国物品编码中心或其分之机构,由中国物品编码中心统一赋码。

        2)UPC条码

        UPC码是美国统一代码委员会UCC制定的商品条码,它是世界上最早出现并投入应用的商品条码,在北美地区得以广泛应用。UPC码在技术上与EAN码完全一致,它的编码方法也是模块组合法,也是定长、纯数字型条码。UPC码有5种版本,常用的商品条码版本为UPC-A码和UPC-E码。UPC-A码是标准的UPC通用商品条码版本,UPC-E码为UPC-A的压缩版。

        * UPC-A码
        UPC-A码供人识读的数字代码只有12位,它的代码结构由厂商识别代码(6位)(包括系统字符1位)、商品项目代码(5位)、和校验码(1位)共三部分组成。

        UPC-A码的代码结构中没有前缀码,它的系统字符为一位数字,用以标识商品类别。带有规则包装的商品,其系统字符一般为“0,6或7”。

        * UPC-E码
        UPC-E码是UPC-A码的缩短版,是UPC-A码系统字符为0时,通过一定规则销0压缩而得到的。

        3)二五条码
二五条码是根据宽度调节法进行编码,并且只有条表示信息的非连续型条码。每一个条码字符由规则的5个条组成,其中有两个宽单元,三个是窄单元,故称为“二五条码”。它的字符集为数字字符0-9。

        4)交叉二五条码

        二五条码是最简单的条码,但二五条码不能有效的利用空间,人们在二五条码的启迪下,将条表示信息,扩展到用空也表示信息,就产生了交叉二五条码.


        4、条形码扫描阅读原理

        条形码的阅读与识别涉及光学、电子学、数据处理等多学科技术,就阅读条码信息而言,一般都要经过以下几个环节。首先,要求建立一个光学系统,该光学系统能够产生一个光点,该光点能够在自动或手工控制下在条形码信息上沿某一轨迹作直线运动,同时,要求该光点直径与待扫描条码中最窄条符的宽度基本相同。第二点,要求一个接收系统能够采集到光点运动时打在条码条符上反射回来的反射光,光点打在着色条符上的反射光弱,而光点打在白色条符及左右空白区的反射光强,通过对接收到反射光的强弱及延续时间的测定,就可以分辨出扫描到的是着色条符还是白色条符以及条符的宽窄。第三点,要求一个电子电路将接收到的光信号不失真地转换成电脉冲。最后,要求建立某种算法,并利用这一算法对已经获取的电脉冲信号进行译解,从而得到所需信息。

        5、常用条形码扫描器工作方式及性能分析

        1)光笔条形码扫描器

        光笔条码扫描器是一种轻便的条形码读入装置。在光笔内部有扫描光束发生器及反射光接收器。目前,市场上出售的这类扫描器有很多种,它们主要在发光的波长、光学系统结构、电子电路结构、分辨率、操作方式等方面存在不同。光笔类条形码扫描器不论采用何种工作方式,从使用上都存在一个共同点,即阅读条形码信息时,要求扫描器与待识读的条码接触或离开一个极短的距离(一般仅0.2-1mm左右)。

2)手持式枪型条形码扫描器

手持式枪型条形码扫描器内一般都装有控制扫描光束的自动扫描装置。阅读条形码时不需与条码符号接触,因此,对条形码标签没有损伤。扫描头与条形码标签的距离短的在0-20MM范围内,而长的可达到500 MM左右。

枪型条形码扫描器具有扫描光点匀速扫描的优点,因此,阅读效果比关笔扫描器要好。扫描速度快,每秒可对同一标签的内容扫描几十次至上百次。

3)台式条形码自动扫描器

台式条形码自动扫描器适合于不便使用手持式扫描方式阅读条形码信息的场合。如果工作环境不允许操作者一只手处理标附有条形码信息的物体,而另一只手操纵手持条形码扫描器进行操作,就可以选用台式条形码扫描器自动扫描。这种扫描器也可以安装在生产流水线传送带旁的某一固定位置,等待标附有条形码标签的待测物体以平稳、缓慢的速度进入扫描范围,对自动化生产流水线进行控制。

4)激光自动扫描器

激光自动扫描器的最大优点是扫描光照强,可以远距离扫描且扫描景深长。而且激光扫描器的扫描速度高,有的产品扫描速度可以达到1200次/秒,这种扫描器可以在百分之一秒时间内对某一条形码标签扫描阅读多次,而且可以作到每一次扫描不重复上依次扫描的轨迹。扫描器内部光学系统可以单束光转变成十字光或米字光,从而保证被测条形码从各个不同角度进入扫描范围时都可以被识读。

5)卡式条形码阅读器

卡式条形码阅读器可以用于医院病案管理、身份验证、考勤和生产管理等领域。这种阅读器内部的机械结构能保证标有条形代码的卡式证件或文件在插入滑槽后自动沿轨道做直线运动,在卡片前进过程中,扫描光点将条形码信息读入。卡式条形码阅读器一般都具有与计算机传送数据的能力,同时具有声光提示以证明识别正确与否。

6)便携式条形码阅读器

便携式条形码阅读器一般配接光笔式或轻便的枪型条形码扫描器,有的也配接激光扫描器。便携式条形码阅读器本身就是一台专用计算机,有的甚至就是一台通用微型计算机。这种阅读器本身具有对条形码信号的译解能力。条形码译解后,可直接存入机器内存或机内磁带存储器的磁带中。阅读器具有与计算机主机通信的能力。通常,它本身带有显示屏、键盘、条形码识别结果声响指示及用户编程功能。使用时,这种阅读器可以与计算机主机分别安装在两个地点,通过线路连成网络,也可以脱机使用,利用电池供电。这种设备特别适用于流动性数据采集环境。收集到的数据可以定时送到主机内存储。有些场合,标有条形码信息或代号的载体体积大,比较笨重,不适合搬运到同一数据采集中心处理,这种情况下,使用便携式条码阅读处理器十分方便。


6、条形码阅读设备选择

选择条形码阅读设备前,要了解扫描设备的几个主要技术参数,然后根据应用的要求,对照这些参数选取适用的设备。

1)分辨率

对于条形吗扫描系统而言,分辨率为正确检测读入的最窄条符的宽度,英文是MINIMAL BAR WIDTH(缩写为MBW)。选择设备时,并不是设备的分辫率越高越好,而是应根据具体应用中使用的条形码密度来选取具有相应分辨率的阅读设备。使用中,如果所选设备的分辨率过高,则条符上的污点、脱墨等对系统的影响将更为严重。

2)扫描景深

扫描景深指的是在确保可靠阅读的前提下,扫描头允许离开条形码表面的最远距离与扫描器可以接近条形码表面的最近点距离之差,也就是条形码扫描器的有效工作范围。有的条形码扫描设备在技术指标中未给出扫描景深指标,而是给出扫描距离,即扫描头允许离开条形码表面的最短距离。

3)扫描宽度(SCAN WIDTH)

扫描宽度指标指的是在给定扫描距离上扫描光束可以阅读的条形码信息物理长度值。

4)扫描速度(SCAN SPEED)

扫描速度是指单位时间内扫描光束在扫描轨迹上的扫描频率。

5)一次识别率

一次识别率表示的是首次扫描读入的标签数与扫描标签总数的比值。举例来说,如果每读入一只条形码标签的信息需要扫描两次,则一次识别率为50%。从实际应用角度考虑,当然希望每次扫描都能通过,但遗憾的是,由于受多种因素的影响,要求一次识别率达到100%是不可能的。

应该说明的是:一次识别率这一测试指标只适用于手持式光笔扫描识别方式。如果采用激光扫描方式,光束对条形码标签的扫描频率高达每秒钟数百次,通过扫描获取的信号是重复的。

6)误码率
误码率是反映一个机器可识别标签系统错误识别情况的极其重要的测试指标。误码率等于错误识别次数与识别总次数的比值。对于一个条形码系统来说,误码率是比一次识别率低更为严重的问题。


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