基于QR二维码打码机的验证系统的设计与实现

摘要

打码机是一种专用于商标、文件、产品包装、证件等领域的标识系统，打印信息包括数字、一维码、二维码等标识。目前打码机所打印的各种条码标识应用于生活中的各个领域，其中QR码是近些年国内发展最快、应用最广的条码。随着打印和识别技术的不断发展，QR码已不仅应用于消费者的查询参考，越来越多的应用于厂商、政府部门的内部管理。印有QR码信息的产品、证件、文件就像拥有自己的身份证，记录着从生产到流通各个阶段的信息，通过对QR码的分析即可获得产品的所有内部信息和公开信息、加密文件、证件防伪等信息。一旦这些关键信息印刷错误又没有及时察觉，可能会对相关部门的管理及信誉造成很大损失。实时验证打码机所打印的QR码将有效的降低条码错误率，提高信息的安全可靠性。目前打码机打印QR码的速度可以达到5码/秒以上，大多数识别系统都不能匹配打码机的工作效率。由于QR码专用高速验证设备的短缺导致了大多数厂家可以高速打印QR码却不能实时检测验证，只能依靠人工检测，无法保证真正的流水线加工，一定程度上影响了工业作业。因此研究一套工作于流水线的QR二维码打码机验证系统对于提高信息安全及可靠性有非常重要的意义。 目前国内的QR码识别器或验证系统都是基于串行处理器的软件QR码算法，识别速度不能达到流水线的工作要求，很难匹配打码机的工作效率。本文的主要目的是设计一套高速QR码验证系统，对高速打码机所打印QR码进行实时验证，同时为打码机设计专用接口，保证打码及验证的协调工作。本文根据系统需求及QR码特征提出了FPGA+ARM的硬件架构，同时针对FPGA的并行结构确定了图像处理算法及验证系统方案设计。ARM处理器不仅参与了部分QR码译码工作，而且主导了系统硬件外设的协调工作，提高了系统的整体效率，同时为打码机提供了丰富的交互接口，实现了打码验证系统与打码机的协调工作。

目录

声明

摘要

1．1研究背景与意义

1．2国内外研究现状

1．3研究意义

1．4本章小结

第2章QR码介绍及识别技术

2．1 QR码的特征

2．2 QR码各模块介绍

2．3基于QR码的图像预处理研究

2．3．1 QR码的滤波处理

2．3．2二值化处理

2．3．3边缘处理

2．3．4霍夫变换

2．4 QR码解码

2．4．1 QR码定位

2．4．2 QR码的版本信息

2．4．3 QR码码元信息获取

2．4．4掩膜图形

2．4．5 QR码纠错

2．5本章小结

第3章QR码打码机验证系统方案设计

3．1 QR码打码机验证系统的需求分析

3．2 QR码打码机验证系统的硬件选型

3．2．1图像处理硬件选型

3．2．2主处理器选型

3．2．3图像传感器选型

3．3 QR码打码机验证系统的总体设计

3．4本章小结

第4章系统硬件模块设计

4．1 QR码打码机验证系统的硬件电路设计

4．1．1电源管理模块

4．1．2 FPGA核心系统电路

4．1．3 ARM核心系统

4．1．4 QR二维码打码机验证系统印制电路板

4．2基于FPGA的硬件模块设计

4．2．1图像采集控制器设计

4．2．2 SDRAM控制器设计

4．2．3直方图统计模块设计

4．2．4方形窗生成模块设计

4．2．5中值滤波器模块设计

4．2．6基于Otsu的二值化模块设计

4．2．7霍夫变换算法模块设计

4．2．8 QR码定位模块设计

4．2．9码元提取模块设计

4．2．10 FPGA与ARM传输设计

4．3本章小结

第5章系统软件设计

5．1下位机软件设计

5．1．1嵌入式Linux操作系统的组成及移植

5．1．2下位机软件构成

5．1．3 Linux与FPGA接口驱动程序

5．1．4 Linux输入子系统驱动

5．1．5 Linux实现TCP传输

5．1．6 Linux实现图像JPEG压缩

5．1．7 QR码解码

5．1．8触发及验证模式的实现

5．2上位机软件设计

5．3本章小结

第6章测试与性能分析

6．1 QP二维码打码机验证系统的测试与分析

6．2本章小结

7．1总结

7．2存在问题及展望

参考文献

致谢