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1、第10章 条形码及标签识别,10.1 概述 10.2 一维条形码 10.3 二维条形码 10.4 标签的射频识别技术 10.5 条码及标签识别在物流中应用实例,101 概述 1011概述 条形码技术最早产生在20世纪的20年代，诞生于Westinghouse的实验室里。一位名叫John Kermode性格古怪的发明家“异想天开”地想对邮政单据实现自动分检，那时侯对电子技术应用方面的每一个设想都使人感到非常新奇。他的想法是在信封上做条形码标记，条形码中的信息是收信人的地址，就象今天的邮政编码。为此Kermode发明了最早的条形码标识。,条形码是由一组按一定编码规则排列的条、空符号，用以表示一定的
2、字符、数字及符号组成的信息（如图10-1所示）。条形码系统是由条形码符号设计、制作及扫描阅读组成的自动识别系统。,图10-1 条码示意图,1条形码的优越性 （1）可靠准确。有资料可查键盘输入平均每300个字符一个错误，而条形码输入平均每15000个字符一个错误。如果加上校验位，出错率是千万分之一。 （2）数据输入速度快。键盘输入，一个每分钟打90个字的打字员1.6秒可输入12个字符或字符串，而使用条形码，做同样的工作只需0.3秒，速度提高了5倍。 （3）经济便宜。与其它自动化识别技术相比较，推广应用条形码技术，所需费用较低。 （4）灵活、实用。条形码符号可以单独使用，也可以和有关设备组成系统实
3、现自动化识别。同时，在没有自动识别设备时，也可实现手工键盘输入。 （5）自由度大。识别装置与条形码标签相对位置的自由度要比OCR大得多。条形码通常只在一维方向上表达信息，而同一条形码上所表示的信息完全相同并且连续，这样即使是标签有部分缺欠，仍可以从正常部分输入正确的信息。 （6）设备简单。条形码符号识别设备的结构简单，操作容易，无需专门训练。 （7）易于制作。可印刷，称作为“可印刷的计算机语言”。,2常用的条形码分类 一维条形码（Linear bar code; One-dimentional bar code）：只在一维方向上表示信息的条形码符号。 二维条形码（Two-dimentional
4、 bar code ）：在二维方向上表示信息的条形码符号。 特种条形码 （Special bar code） 特殊材料制成的条形码。 3条形码的重要参数 （1）密度（Density）：条形码的密度指单位长度的条形码所表示的字符个数。对于一种码制而言，密度主要由模块的尺寸决定，模块尺寸越小，密度越大，所以密度值通常以模块尺寸的值来表示（如5mil）。通常7.5mil以下的条形码称为高密度条形码，15mil以上的条形码称为低密度条形码，条形码密度越高，要求条形码识读设备的性能（如分辨率）也越高。高密度的条形码通常用于标识小的物体，如精密电子元件，低密度条形码一般应用于远距离阅读的场合，如仓库管理。
5、,（2）宽窄比：对于只有两种宽度单元的码制，宽单元与窄单元的比值称为宽窄比，一般为2-3左右（常用的有2：1，3：1）。宽窄比较大时，阅读设备更容易分辨宽单元和窄单元，因此比较容易阅读。 （3）对比度（PCS）：条形码符号的光学指标，PSC值越大则条形码的光学特性越好。 PCS=（RL-RD）/RL100%（RL：条的反射率 RD：空的反射率）。,1012条形码阅读器 1条形码阅读器基本原理 条形码阅读器是用于读取条形码所包含的信息的设备，条形码阅读器的结构通常为以下几部分：光源、接收装置、光电转换部件、译码电路、计算机接口。它们的基本工作原理为：由光源发出的光线经过光学系统照射到条形码符号上
6、面，被反射回来的光经过光学系统成像在光电转换器上，使之产生电信号，信号经过电路放大后产生一模拟电压，它与照射到条形码符号上被反射回来的光成正比，再经过滤波、整形，形成与模拟信号对应的方波信号，经译码器解释为计算机可以直接接受的数字信号。 条形码阅读器通常有以下三种：光笔、CCD、激光阅读器，它们都有各自的优缺点。,2条形码阅读设备主要技术参数 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
7、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。扫描宽度（Scan Width）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。扫描速度（Scan
8、 Speed）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。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
9、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。,3常用条形码扫描器工作方式及性能分析 常用的各式条形码扫描器如图10-2所示。,图 10-2 台式,（1）光笔条形码扫描器(如图10-3所示)。光笔条形码扫描器是一种常用的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形码接触或离开一个极短的距离（一般仅0.21mm左右）。,图10-
10、3 光笔条形码扫描器,（2）手持式枪型条形码扫描器(如图10-4所示)。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形码符号接触，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020mm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，阅读效果比光笔扫描器要好。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。,图10-4 手持式条码扫描器,（3）台式条形码自动扫描器(如图10-5所示)。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
11、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。,10-5 台式条形码自动扫描器。,（4）激光扫描器(如图10-6所示)。激光扫描条形码识读器由于其独有的大景深区域、高扫描速度、宽扫描范围等突出优点得到了广泛的使用。另外，激光全角度扫描识读器由于能够高速扫描识读任意方向通过的条形码符号，被大量使用在各种自动化程度高、物流量大的领域。 激光扫描条形码识读器由激光源、光学扫描、光学接收、光电转换、信号放大、整形、量
12、化和译码等部分组成。 在选择激光扫描仪时，最重要的是要注意分辨率、扫描模式和扫描速度。其中分辨率与景深密切相关。当景深加大时，分辨率就会大大降低。,图10-6 激光扫描器,使用时应注意使条码的宽度与扫描器的扫描频率和输送机的工作速度匹配，符合下式的要求。 L=10v/a 式中 L条码宽度； v输送机工作速度，m/s； a扫描器的扫描频率，1/S。图10-7 全角度激光扫描 一般的激光扫描仪工作时，要求操作人员对准条码，沿条码的长度方向进行扫描。但在物流过程中，条码的粘贴方向不能严格控制。因此，为减轻操作人员录入条码数据时对准条码的劳动，选择时应着重注意扫描仪扫描线花斑的分布：在一个方向上有多条
13、平行线；在某一点上有多条扫描线通过；使得在一定的空间范围内各点的解读概率趋于一致，这就是全角度激光扫描，如图10-7所示。,二维条码的识读设备有线性CCD，二维CCD和带光栅的激光阅读器。线性CCD可识读一维条码和线性堆迭式二维码(如PDF417)；带光栅的激光阅读器可阅读一维条码和线性堆迭式二维码；二维CCD采用摄像方式将条码图像摄取后进行分析和解码，可阅读一维条码和所有类型的二维条码。,图10-7 全角度激光扫描,（5）卡式条形码阅读器(如图10-8所示)。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
14、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。,图10-8 卡式条形码阅读器,（6）便携式条形码阅读器(如图10-9所示)。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，
15、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，使用便携式条形码阅读处理器十分方便。,图10-9 便携式条形码阅读器,（7）无线射频识别器(如图10-10所示)。无线射频识别器是利用无线电波对记录媒体进行读写。射频识别的距离可达几十厘米至几米，且根据读写的方式，可以输入数千字节的信息，同时，还具有极高的保密性。射频识别技术适用的领域：物料跟踪、运载工具和货架识别等要求非接触数据
16、采集和交换的场合，要求频繁改变数据内容的场合尤为适用。如香港的车辆自动识别系统驾易通，采用的主要技术就是射频技术。目前香港已经有约8万辆汽车装上了电子标签，装有电子标签的车辆通过装有射频扫描器的专用隧道、停车场或高速公路路口时，无需停车缴费，大大提高了行车速度，提高了效率。射频技术在其它物品的识别及自动化管理方面也得到了较广泛的应用。,图10-10 无线射频识别器,现在，RFID是AIDC领域最热门的技术，尽管这种技术已经存在发展了许多年了，但它只有在从本领域众多的发明技术中总结规划出一个技术标准以后才能得到快速的切实的应用，ISO和AIM（AUTO-ID MANUFACTURES）正在进行这方面的工作，相信不久的将来，RFID会得到很快的发展。 RFID系统根据不同的应用目的和应用环境，组成会有所不同，但从RFID系统的工作原理来看，系统一般都由信号发射机、信号接收机、发射接收天线几部分组成。 根据RFID系统完成的功能不同，可以粗略地把RFID系统分成四种类型：EAS系统、便携式数据采集系统、网络系统、定位系统。,10
