Министерство образования и науки Росийской Федерации

Федеральное агенство по образованию

Пермский государственный технический университет

Кафедра КТЭИ

Методические указания

к выполнению лабораторной работы по дисциплине

«Автоматизация исследований и технологий в электроизоляционной, кабельной и конденсаторной технике»

Лабораторная работа №2

ИЗУЧЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ШТРИХОВОГО КОДИРОВАНИЯ

Пермь 2010

1. Цель работы

Формирование базового представления, первичных знаний и навыков студентов в области применения штрихового кодирования.

2. Оборудование

Персональный компьютер; сканер штрих кода; принтер; линейка; штангенциркуль.

3. Теоретические сведения

Штрих код – это набор геометрических символов, расположенных по определенному стандарту. Как правило, представляет собой вертикальные прямоугольники различной ширины. Набор таких прямоугольников представляет данные в машинном коде.

Сегодня существует более 50 систем штрихового кодирования. Активно применяются четыре из них: UPC; код 39 (Code 39) высокой, средней и низкой плотности; код «2 из 5» (Interleaved 2-of-5); Codabar. Однако в международной практике наибольшее распространение получили коды EAN, которые в зависимости от применения делятся на три группы – международные, национальные и локальные.

Международные коды применяют как внутри страны, так и за ее пределами. При этом коды, нанесенные на упаковку товара одной страной, понятны и могут быть расшифрованы и в другой стране. Национальные коды допускается использовать только в пределах одной страны, например, для развесного товара, хотя при необходимости они могут быть прочитаны и в другой стране. Локальные коды преследуют вполне определенные цели, их использует торговое предприятие только в системе управления данного предприятия. Использование международных кодов сокращает время обработки грузопотоков за счет машинной обработки информации, считанной с использованием ручных или стационарных устройств.

П

Рис. 1.1 Линейный штрих код

Рис. 1.2 Двумерные штрих коды

о способу кодирования информации различаютлинейные(одномерные) (рисунок 1.1) идвумерные(рисунок 1.2) символики (кодировки) штрих кодов.

Линейными (одномерными) в отличие от двумерных называются штрих коды, читаемые в одном направлении (по горизонтали). Наиболее распространены: EAN, UPC, Code 39, Code 128, Codabar, Interleaved 2 of 5. Линейные символики позволяют кодировать небольшой объем информации (до 20...30 символов – обычно цифр) с помощью несложных штрих кодов, читаемых недорогими сканерами. Двумерные штрих коды – символики, разработанные для кодирования большого объема информации (до нескольких страниц текста). Такой код считывается с помощью специального сканера и позволяет быстро и безошибочно вводить большой объем информации, а его расшифровка проводится в двух измерениях – по горизонтали и по вертикали.

Таблица 1.1

Примеры линейных штрих кодов

Внешний вид штрих кода	Название
	Codebar
	Code 39
	Code 128
	EAN - 13

В одномерном штриховом коде каждая цифра кодируется определенным числом штрихов и пробелов, которые имеют соответствующую ширину и расположение в отведенном для них месте, которое называется цифровым знаком и является основной единицей информации штрихового кода. Все цифровые знаки, как правило, имеют одинаковую ширину и состоят из модулей – самых узких элементов кода. Ширина штрихов и пробелов всегда кратна модулю, что видно из рисунка 1.3.

Для того чтобы было удобно записывать штриховой код каждой цифры, применяют двоичную систему записи, хорошо знакомую программистам, которая очень удачно сочетается со штриховым изображением. Для этого штрихи обозначают цифрой 1, а пробелы – 0. К примеру, штриховой код цифры 5 в системе EAN записывается в двоичной системе так: 0110001.

К

Рис 1.3 Кодирование информации

одирование информации (преобразование из цифробуквенного представления в штриховой код) выполняется по правилам, определяемым спецификацией символики штрихового кода. Процессы кодирования выполняются по достаточно сложным алгоритмам, и для формирования кода применяются следующие средства: специальное программное обеспечение (программное обеспечение выполняет кодирование информации пользователя с выдачей готового рисунка штрихового кода для последующего изготовления этикеток со штрих кодом), встроенное программное обеспечение специализированного принтера для печати штрих кодов (информация в явном виде посылается в принтер, который имеет встроенные функции преобразования в штрих код и соответственно печати).

Двумерные штрих коды

Постановка задачи по увеличению количества информации в коде при одновременном сокращении занимаемой им площади привела специалистов в области маркировки к созданию двумерных (2D) штрих кодов.

Идея разработок базировалась на том факте, что линейный код избыточен по высоте: в вертикальной плоскости все его линии несут абсолютно одинаковую информацию по всей высоте. Безусловно, это свойство линейных кодировок повышает «живучесть» кода: при повреждении, например, нижней половины штрих кода верхняя половина все равно полностью сохранит всю записанную в нем информацию. Однако драгоценное пространство, которое потенциально можно было бы использовать для увеличения количества закодированных данных, при этом теряется. Крайне нерационально было бы не исправить это упущение. В отличие от линейной символики двухмерный код содержит информацию, записанную как по горизонтали, так и по вертикали, сводя на нет вертикальную «избыточность». А для сохранения информации от повреждений используют избыточное кодирование и различные методы коррекции ошибок.

Название «2D» используется для описания любой символики, данные которой закодированы не только в виде вертикальных черно-белых штрихов. 2D-штрих коды представляют собой по существу портативные информационные файлы большой плотности и емкости и обеспечивают хранение и доступ к большим объемам информации, которая содержится непосредственно в коде, без необходимости запроса внешней базы данных.

Существует два вида 2D-кодов: «stacked liner» и «matrix» (т. е. «стековые» и «матричные»). «Stacked liners» представляют собой, по сути, множество одномерных (линейных) штрих кодов небольшой высоты, расположенных один над другим.

Н

Рис. 1.4 Вид штрих кода PDF417

аиболее известные представители «stacked liner» семейства штрих кодов — PDF417, разработанный компанией Symbol в 1991 г. и позволяющий хранить до 2000 символов. PDF417 может содержать до 90 строк.

Матричные 2D-коды основаны на расположении черных элементов внутри матрицы. Каждый черный элемент имеет определенный размер, и его позиция кодирует данные. Наибольшее распространение получили матричные символикиDatamatrix,Aztec,QRCode,MaxiCodeиAztexMesa.

Символика Datamatrix, разработанная компаниейCiMatrix, может кодировать как цифровую, так и буквенную информацию. Код обладает большими возможностями масштабирования, что теоретически может обеспечить плотность до 500 млн. символов на один дюйм! Использовать такие возможности очень заманчиво, но, к сожалению, пока не существует устройств, способных распечатать и считать код такой плотности. Код не очень чувствителен к дефектам печати, так как данные кодируются абсолютной позицией элемента в коде, т. е. его расположением относительно границ кода. Считывающее устройство получает информацию об ориентации кода и его плотности по специальным измерительным линейкам и специально распределенным по краям кода точкам. Наибольшее распространение данный код получил в маркировке электронных изделий (процессоры, платы и т. п.), так как он позволяет сохранить до 50 символов на 3 мм²поверхности.

Рис. 1.5 Пример кода DataMatrix

П

Рис. 1.6 Пример маркировки DataMatrix на твердых поверхностях

реимущества «Data Matrix»: возможность нанесения перманентной гравировки (лазером, механическим способом и т. п.) на металлические поверхности позволяет маркировать кодом изделия и устройства, подвергающиеся воздействиям критических температур, давлений или химических веществ, например, лопатки турбин. Возможность считывания метки даже при частичном её повреждении (до 30 процентов площади).

Создание штрих кодов

Для создания изображения штрихового кода необходимо специальное программное обеспечение, которое поставляется вместе с принтерами штрих кода. Также существуют on-line генераторы штрих кодов и другое программное обеспечение в свободном пользовании.

При установке на ПК вместе с программным обеспечением устанавливаются специальные шрифты, которые вы можете использовать для создания штрих кода в любых приложениях.

Изображение, созданное при помощи программного обеспечения, можно распечатать типографским способом на специализированном принтере этикеток или на обычном офисном принтере. Рассмотрим каждый из этих способов и рекомендации по их использованию.

На предприятиях, занимающихся производством товаров большими тиражами, выгоднее печатать штрих код и осуществлять штрих кодирование типографским способом вместе с ярлыком или упаковкой товара. При больших объемах это не отражается на стоимости упаковки.

Для печати этикеток в количестве от десяти до десяти тысяч (для единичного и серийного производства) оправдано использование специализированных принтеров этикеток. Также эти принтеры рекомендуется применять, если штрих код должен быть уникальным или приходится часто менять информацию на этикетке.

Если штрих код планируется печатать нечасто, скажем до десяти этикеток в день, то такое количество этикеток можно напечатать на обычном лазерном принтере.

Принтеры этикеток принято классифицировать по способу печати на принтеры с прямой термопечатью и принтеры с термотрансферной печатью.

При прямой термопечати печатающая головка разогревается и воздействует на определенные участки термобумаги, образуя изображение. Материал, из которого изготавливаются этикетки, чувствителен к теплу, свету и механическим воздействиям. Поэтому срок службы таких этикеток обычно не превышает полугода, затем качество изображения ухудшается, возникают трудности при считывании штрих кода. Обычно этикетки из термобумаги используют для товаров с небольшим сроком реализации.

При термотрансферной печати краситель со специальной ленты в принтере под воздействием тепла переносится на этикетки. Этикетка может иметь в качестве основы обычную бумагу, картон или синтетический материал. Этикетки, напечатанные на термотрансферном принтере более долговечны и устойчивы к внешним воздействиям, их можно использовать для маркировки товаров с длительным сроком реализации (до двух лет).

Устройства для чтения штрих кода

Следующий этап, после печати штрихового кода – это получение данных или чтение штрих кода. Существует несколько классов устройств, предназначенных для чтения штрихового кода, это:

• сканеры штрих кода;

• терминалы сбора данных;

• щелевые считыватели штрих кода;

• сканеры световое перо.

Сканеры штрих кода

Сканеры штрих кодов — это электронные устройства, предназначенные для считывания информации со штрих кодовой маркировки, декодирования и передачи её в систему (компьютер, кассовый аппарат, POS-терминал).

Принцип работы сканеров штрих кода

Сканер штрих кода представляет собой устройство, главная функция которого – чтение изображения штрих кода, представленного в виде совокупности белых и черных полос (линейный штрих код) или композиции тёмных и светлых пятен (двумерный штрих код) и преобразование его в цифровой сигнал. Функцию преобразования выполняет специальный декодер, как правило, встроенный в сканер или выполненный в виде отдельного устройства, которое подключается между сканером и компьютером.

Классификации сканеров штрих кода:

• по типу подсветки штрихового кода — светодиодные, лазерные и не требующие подсветки;

• по типу светоприемника — на ПЗС-матрице (CCD сканеры) или на фотодиоде;

• по типу исполнения — стационарные, ручные, комбинированные (стационарные/ручные);

• по защищенности - офисные и промышленные;

• по способу соединения с компьютером - проводные и беспроводные;

• по дальности считывания (лазерные) - с головками long (дальность до 10 м.) и standard (до 60 см.) range;

• по непрерывности действия - с триггером (кнопкой) и без триггера;

• по типам считываемых штрих кодов - одномерные (1D), двумерные (2D)

По типу подсветки сканеры подразделяются на:

Светодиодные сканеры.

Это наиболее простые и недорогие устройства, использующие в качестве источника излучения светодиоды. Функционально этот тип сканеров обладает небольшим расстоянием считывания штрих кода - этикетка со штрих кодом должна быть идеально ровной и четкой. При считывании этикетки с неровной поверхности, например, с бутылки, прочитать штрих код будет затруднительно. Из-за скачков напряжения или смещения светодиодов при ударах сканер легко может выйти из строя. Как правило, такой вид сканеров приобретают клиенты с ограниченными финансовыми возможностями, а также те, для кого скорость и качество сканирования не первостепенны.

Лазерные сканеры.

Это сканеры, имеющие в качестве источника излучения маломощные лазеры. По размеру они могут быть как маленькие (не больше карандаша), так и стационарные многоплоскостные сканеры, расстояние считывания которых достигает нескольких десятков сантиметров при любом наклоне этикетки. Лазерные сканеры считывают штрих коды с более далекого расстояния и не так требовательны к качеству этикетки. Существуют также радиосканеры с возможностью работы на удалении от базового блока на несколько десятков метров.

По технологическому исполнению корпуса бывают:

Ручные сканеры штрих кода. Они являются идеальным решением для розничной и офисной автоматизации, они удобны в небольших магазинах, мини-маркетах, магазинах одежды и обуви, в сфере услуг.

Стационарные сканеры. Они обычно монтируются на столе кассира, вертикально сбоку от транспортера или кассы. Обеспечивают высокую пропускную способность кассы.

Встраиваемые сканеры монтируются в стол кассира, благодаря чему освобождается место на кассовом столе. При таком горизонтальном расположении для считывания штрих кода достаточно провести упаковкой по столу.

Сканеры также подразделяются по технологии считывания:

Одноплоскостные сканеры.

Расположение этикетки штрих кода на товаре и плоскость сканирования должны совпадать (угол расхождения 0%-15%).

Многоплоскостные сканеры.

Отличительной чертой этого типа сканера является система вращающихся зеркал, которая создает многоплоскостное поле, состоящее из нескольких разноориентированных лазерных линий. Поэтому при сканировании ориентация штрихового кода в пространстве не так важна, что значительно повышает скорость работы оператора.

Интерфейс подключения сканеров

В России наибольшее распространение получили сканеры, поддерживающие последовательный интерфейс RS-232C (сканер подключается в последовательный порт), интерфейс эмуляции клавиатуры (сканер подключается в клавиатурный порт) и интерфейс USB (сканер подключается в порт USB).

Подключение сканера в последовательный порт (RS-сканеры)

Если сканер подключается в последовательный порт, то данные передаются от сканера в последовательный порт в виде последовательности ASCII символов.

Особенности RS-сканеров:

• Требуется внешний источник питания (можно переделать кабель передачи данных, для того чтобы ручной сканер получал питание от кассового аппарата, ПК или POS-системы).

• Можно подключить к кассовому аппарату, ПК или POS-системе.

• Нужно специальное ПО (драйвер сканера штрих кода) при подключении сканера к ПК или POS-системе.

• С точки зрения написания программного обеспечения для Windows использование сканера совместно с драйвером более предпочтительно, т.к. в этом случае данные, получаемые от сканера, не будут "смешаны" с данными от другого устройства.

Подключение сканера в клавиатурный порт (KB-сканеры)

Если сканер подключается в клавиатурный порт, то после считывания штрих кода данные передаются, эмулируя нажатие клавиш на клавиатуре.

Особенности KB-сканеров:

• Для ручных сканеров не требуется внешний источник питания.

• Можно подключить только к ПК или POS-системе.

• Не нужно специальное ПО для подключения сканера к ПК или POS-системе.

• Сканер сложнее использовать с точки зрения написания программ, т.к. необходимо различать получение данных от клавиатуры и от сканера.

Подключение сканера в порт USB (USB-сканеры)

Если сканер подключается в порт USB, то данные от сканера передаются в порт USB в виде последовательности ASCII символов.

Особенности USB-сканера:

• Для ручных сканеров не требуется внешний источник питания.

• Можно подключать только к ПК или POS-системе.

• Не нужно специальное ПО для подключения сканера к ПК или POS-системе, т.к. поддержка USB присутствует во многих современных операционных системах семейства Windows (Microsoft Windows 95/98/Me/ 2000/XP).

• Сканер сложнее использовать с точки зрения написания программ, т.к. данные передаются также как данные от клавиатурного сканера, т.е. необходимо различать получение данных от клавиатуры и от сканера.

• К порту USB можно подключить до 127 устройств.

• Допустимо подключение сканера к ПК в процессе работы.