（机械电子工程专业论文）棉花智能条形码在线生成器及其信息管理系统的研究与开发.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 由于市场竞争越来越激烈，为了更好的对产品信息进行有效的跟踪，管理和 改进，各行各业都引入了各种先进的物流管理技术，因此对信息化手段提出了更 高的要求。在这种背景下，作为物流技术主要手段的条形码技术应运而生。物流 条形码技术以及条码扫描识别技术的发展，为现代物流管理提供了数字信息化管 理平台。 论文在深入研究物流技术的基础上，仔细调研、分析国内外棉花加工业的检 验及流通管理等的发展现状，针对棉花加工业对现代物流技术的迫切需求，研究开 发了针对棉花加工相关产业的棉花智能条形码在线生成器及其质量信息管理系统。 论文研究开发包括：、独立研制了棉花智能条形码在线生成器，实现了实时采集 棉花加工过程中的检验数据信息，自动存入i c 卡并即时生成具有个性化的一维条形 码或二维条形码标签；同时以t c 卡为纽带，实现异地数据的传输，查询和产品交易。 二、在管理级车间，课题针对性的设计开发了棉花质量信息管理系统，它从籽棉的 收购到棉包出库实现了无纸化自动化办公，大大提高了管理的科学性和生产效率。 论文详细介绍了根据用户需求研究开发的棉花智能条形码在线生成器及其质 量信息管理系统，重点描述了棉花智能条形码在线生成器的软硬件设计的具体实现 过程及其创新点。最后分析了系统在实际运行中出现的问题及调试方法，给出了完 整的解决方案并通过实际应用检验。本论文提出的棉花智能条形码在线生成器及其 质量信息管理系统解祆方案，具有技术先进、稳定可靠，成本经济等优点，必将在 棉花加工业及相关产业得到广泛的应用。 关键词：物流；数据采集：条形码；i c 卡：嵌入式系统 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t a st h em a r k e tc o m p e t i t i o nb e c o m e sm o r ea n dm o r ef i e m e t h ea d v a n c e dl o g i s t i c s t e c h n o l o g yh a sb e e ni n t r o d u c e di na l lk i n d so fa r e a s f r o mt h eb e g i n n i n go f t h ep r o d u c t s i nt h ep r o d u c t i o nl i n et ot h ec u s t o m e r ，t h ep r o d u c t si n f o r m a t i o nn e e d st ob ec l o s e l y t a i l e da f t e ra n df e e d b a c k ，s oc u s t o m e r sr e q u i r e da m o u n tc a nb ek n o w nq u i c k l ya n dt h e i r q u a l i t yc a nb ec o n t i n u a l l yi m p r o v e d w h a ta u o ft h e s er e q u i r em o r ea d v a n c e d i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ya n dm e a s u r e s u n d e rt h eb a c k g r o u n d ，a st h em o s ti m p o r t a n t m e a s u r eo fl o g i s t i c st e c h n o l o g y ，t h eb a r c o d et e c h n o l o g yw a sc r e a t e d t h eb a r e o d e w h i c hc o m b i n ew i t ht h ec o m p u t e r ，e l e c t r o n i c s ，c r y p t o l o g ya n ds oo n jb yt h ew a yo f s p r a yp a i n t ，b a r c o d ep a i n ta n dt h en e t w o r ks c a ni d e n t i f i e r ，t h em o d e ml o g i s t i c s i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n tp a n e li sc o m i n gt r u e t h i sp a p e r ，b a s e do nt h ed e e p l ys t u d yo nt h e1 0 9 i s t i e st e c h n o l o g y ， a n a l y z i n gt h e a c t u a l i t yo ft h ed o m e s t i ca n do v e r s e e sc o r o np r o c e s s i n gi n d u s t r ya n dt h ec i r c u l a t i o n m a n a g e m e n t ，d e v e l o p e dc o r o nb a r c o d ep r i n t i n gr e a lt i m ec o n t r o l l e ra n di t sq u a i l t y i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m t h es t u d yc o n t e n t sm a i n l yi n c l u d et h ei n d e p e n d e n t l y d e s i g nt h ea u t o m a t i cd a t ac o l l e c t i n ga n db a r c o d ep t i n t i n gs y s t e mw h i c hc a nc o l l e c td a t a i nr e a lt i m e ，s t o r ei ti ni n t e g r a t e dc i r c u i tc a r da n da u t o m a t i c a l l yp r i n to n ed i m e n s i o no r t w od i m e n s i o nb a r c o d e w i t ht h ec a r d ，t h ec o t r o np r o c e s s i n gd a t ac a nb er e m o t e l y t r a n s f e 玎e d ，q u e r i e da n dp r o d u c t sd e a l i n g t ot h em a n a g e m e n tw o r k s h o p ，w ed e s i g n e d t h ec o r o nq u a l i t yi n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m ，w i t hw h i c h ，a l m o s ta l lo f t h ew o r k t h ec o n o np r o d u c tf r o mp u r c h a s et os a l ec a nb ea u t o m a t i c a l l yd o n e a tt h es a m et i m e 。t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h es o f t w a r ea n dh a r d w a r eo f t h es y s t e mi n d e m i l a tl a s t ，w ea n a l y z et h ea p p e a r i n gp r o b l e m sw h i l ed e b u g g i n ga n dp r e s e n ta i 】v h o l es o l v i n gs c h e m e ，w h i c hh a sp r o v e dt ob ev a l i di np r a c t i c e t h ep r o j e c th a sm a n y a d v a n t a g e ss u c ha su pt od a t et e c h n o l o g y ，s t a b i l i z a t i o n ，l i t t l ec o s ta n ds oo n i tm u s tb e e x t e n d e da n dw i d e l ya p p l i e di nt h ec o t t o np r o c e s s i n gi n d u s t r i e s k e yw o r d s ：l o g i s t i c s ；b a r c o d e ；i n t e g r a t e dc i r c u i tc a r d ；e m b e d d e ds y s t e m 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：旌逊日期：虚盘鲤i 丝堡 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅：本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：羟堕导师签名撷期：塑鸟 山东大学硕士学位论文 1 1 课题研究背景及意义 1 1 1 课题的背景 第一章绪论 高科技的飞速发展，国际经济迅速向一体化迈进，促进了信息开发和信息服 务产业的诞生和发展。计算机在性能上日臻完善，超大规模集成电路和超高速计 算机技术的突飞猛进，如何改变手工数据输入，使输入质量和速度与其相匹配， 条码自动识别技术就是在这样的环境下应运而生的以计算机、光电技术和通信技 术的发展为基础的一项综合性科学技术，是信息数据自动识别、输入的重要方法 和手段。 包装条码自动识别技术“1 是一种快速、适时、准确收集、储存、处理信息的高 新技术，是实现国民经济现代化，建设大市场、搞活大流通、发展大贸易，建立 信息网络，实行电子数据交换，发展国内外贸易，参与国际经济技术大循环，增 强竞争能力不可缺少的技术工具和手段。 条码自7 0 年代问世以来，发展十分迅猛，在短短的2 0 年内，广泛地应用在 工商业、交通运输、邮政、金融、医疗卫生、仓储业及办公自动化等领域。条码 技术的应用改变了传统的工作方式，加快了信息的处理过程，大大提高了工作效 率，推动了整个社会经济的发展。 但是，据调查和统计有超过9 0 的中小制造企业，它们在零部件在线生产和 加工中基本上都没有利用条码技术。在物流服务行业，条码使用情况很不理想， 据易观咨询公司2 0 0 1 年对4 8 家第三方物流公司的调查，只有5 的公司采用了货物 条码跟踪技术。这些公司一般还都是业界比较知名的公司，因此实际的第三方物 流公司0 1 采用货物条码跟踪技术的比例更低，近两年虽然条码技术受到了第三方物 流公司的普遍关注，但估计号称能提供第三方物流服务的公司中，条码技术使用 率不会超过3 。在一些只提供货运服务的运输公司、提供普通的仓储服务的企业， 条码的使用情况更差，可以认为基本上还没有使用这一技术。 但随着一些企业现代物流中心的建设，在这些近几年新建的制造业现代物流 中心或自动化立体仓库、商业企业物流配送中心。1 ，条码技术的使用情况较为普遍。 如果没有条码技术的支撑，这些现代物流技术设施的运作效率就难以发挥。 目前在我国推广应用条形码技术己具有一定的物质基础，条形码技术的应用 对开发我国物品标识系统，使其规范化、标准化，并实现与国际标准兼容“1 ，以推 山东大学硕士学位论文 进我国的计算机应用和现代化管理，促进国内商品经济的繁荣，增强中国产品在 国际市场上的竞争力，对推进行生产自动化管理现代化具有深远的意义。 1 1 2 课题的提出及研究意义 我国的棉花加工业，虽然国家非常重视，但由于各方面因素使得棉花质量检 验技术和发达国家相比仍相当落后。我国现行的棉花管理体制建立于二十世纪九 十年代。建立之初，对促进棉花生产经营企业提高棉花质量，打击掺杂使假，保 障购销双方的利益，发挥了重要作用。但随着我国加入w t o ，棉花加工与流通体制 改革进一步深化，现行棉花体制已不能适应建立棉花市场、发展市场交易的需要。 一是棉花质量标识缺乏公信度和权威性。现行的棉花质量等级是由棉花加工 企业自行标注的，在供不应求时，虚标等级、名实不符的情况时有发生；供大于 求时，买方又极力压低棉花等级，买卖双方缺乏互信。企业购买棉花后，往往要 重新开包确认等级，造成重复检验，引发争议，增加交易成本，降低流通效率。 二是感官检验缺乏科学性且容易产生纠纷。我国现行的棉花质量检验，均以 感官检验为主，目测手扯，主要依赖检验人员的经验，购销双方难以对检验结果 达成一致。 三是现行公证检验模式存在局限性。依据现行的棉花国家标准，公证检验尚 不能做到包包普遍检验，而且只对进入纺织厂后的棉花进行售后公证检验，不能 适应棉花市场交易的需要。随着棉花市场化流通体制改革步伐的加快，迫切要求 改革现行棉花质量检验体制，改善棉花检验手段，建立科学性、普遍性、权威性 的公证检验体制，保证棉花质量，促进棉花进入市场交易。 虽然我国非常重视和提高企业的物流技术及信息化建设，但由于存在各种因素 影响使得条形码技术在棉花加工行业中的应用进展缓慢，由此使得信息化建设远远 滞后于其它行业。尤其是棉花流通体制改革以来，棉花加工企业数量激增，新增加 的加工企业大多规模小、投入低，很难谈得上信息化建设”1 。具体表现为以下几点： 1 棉包数据采集及棉包码单报表管理 在轧花厂与棉麻公司的棉包管理上，尤其是码单处理方面，国内直采用手 工填写、人工传送处理的方法，般是轧花厂设专人读出电子秤重量，手工填写 多联报表，人工核对，然后由专人传递上报到棉麻公司。棉麻公司在收到码单后， 再次进行核对和汇总。这种原始的处理方式存在如下缺点： ( 1 ) 多人操作，多次核对，重复劳动和无效劳动多； ( 2 ) 操作人员工作量大，单调重复，容易出错； ( 3 ) 手工复写一次只能3 份，采用专用票据纸可以到5 份，一般码单至少需 要6 至7 联，手工仍然需要复写2 次： 山东大学硕士学位论文 ( 4 ) 专人传递报表，处理时间长，既不利销售业务又提高了成本； ( 5 ) 码单字体不整齐、干净，影响公司形象。 因此，棉麻公司和轧花厂都迫切需要改进现在的处理方式，希望采用更有效、 更迅速、更准确，代价更小的方式来完成上述工作。采用计算机系统从电子秤直 接输入重量数据，一次完成打印码单和汇总功能，并且利用调制解调器或互联网 完成从轧花厂到公司的数据传递，可以解决上述问题。 2 籽棉收购管理 目前，大多数棉花企业在籽棉收购中采用手工处理。棉农先对各自的籽棉取 样试轧，评定质量品级，然后再过磅称重、上垛入库，到最后结算，需要依次填 写五联收购单据。这种处理方式的主要缺点是： ( 1 ) 读数、抄写、复写、计算过程复杂，容易因为操作人员的疏忽而出现差 错： ( 2 ) 票据整理、查找困难，对近万户交棉户的管理困难； ( 3 ) 统计计算量大，时间长，重复劳动多，不易分类统计。 ( 4 ) 结算困难，劳动量大。 3 棉花质量信息管理 当前大多数棉厂都是采用人工铁板刷唛头的方式来标识棉包质量信息，交易 时需要逐包查验、人工登记，刷涂的内容也仅包含质量标识、生产厂家、生产日 期等有限的内容，这种方式存在以下不足： 1 ) 人工刷唛头，需事先制作模板，费时费力，且不易修改： 2 ) 交易时需人工查验、登记，时间长时涂刷的字迹不易辨认，容易出错； 3 ) 包含的信息有限，不利于全面掌握棉包的质量信息。 以上这些原因，迫切要求改变棉包标识方法和棉花加工信息管理的模式。而 电子、计算机技术发展和条码技术的成熟正是解决此问题的钥匙。 随着我国加入w t o ，棉花市场逐步国际化，为了和国际接轨，我国现行棉花质 量管理体制急需改革。国务院批准的棉花质量体制改革方案将棉花检验由过 去的逐批抽样检验，改为逐包取样、包包检验，并且包装需要采用国际2 2 7 k g 重 的标准包型。 为了配合国家棉花质量体制改革方案的实旌，包包检验，需要采用先进的技 术方法，实现原始信息的自动记录，保证原始信息记录的准确性、一致性。同时， 降低工人劳动强度，提高效率，实现棉花质量管理的科学化、规范化和计算机自 动化。运用现代化的科技手段，开发新型“棉花智能条形码在线生成器及其信息 管理系统”及其相应的配套硬件设备已势在必行。本课题正是基于此目的而提出， 并与山东天鹅棉机械股份有限公司共同研究开发。本系统主要是面向棉花加工企 山东大学硕士学位论文 业，用于轧花厂打包机的配套，实现棉花条形码在线生成及棉包棉花质量信息的 自动化管理。总之，本论文的研究意义是多方面的： 1 智能数据采集及条码生成系统的研制成功与应用，大大降低当前以p c 机 为平台的条形码生成系统的成本，必将促进条形码技术在中小企业中的普及应用 和企业现代化管理水平、生产效益的提高。 2 本系统的应用为我国的棉花行业自动化整体水平的提高奠定了基础。 自动化识别技术在棉花行业中的应用，为我国棉花质量管理领域、棉花物流 领域、棉纺加工领域提供了巨大的方便。减少了人力、物力的浪费，提高了效率， 防止了人为失误造成的损失，降低了生产成本，自动识别技术在棉花信息化管理系 统中的应用，将会对我国棉花行业产生深远的影响。 3 提高了我国棉花企业的国际竞争力。 我国加入w to 以来，棉花企业面临着走出国门，迎接国际市场考验的挑战。 智能数据采集条码生成器及其质量信息管理系统的研制成功与应用，必将提升我 国棉花产品的技术含量，提高了我国棉花企业的国际竞争力。 1 2 课题研究的内容 本论文以棉花的加工过程和流通过程为研究对象，依据2 0 0 3 年国家发展改革 委、国家质检总局、财政部、全国供销合作总社、中国农业发展银行五部门发布 了棉花质量检验体制改革方案的主要精神，旨在提高棉花加工业加工过程的 自动化技术、管理水平和增强我国棉花业在国际市场的竞争力为目的，课题开发 完成的“棉花智能条形码在线生成器及其信息管理系统”主要功能包括： ( t ) 棉花加工多通道实时数据采集。智能条码设备能够实时准确的采集加工 过程中的称重仪，水分仪，回潮率和纤维检测仪等的检验数据信息。 ( 2 ) 系统能在实时采集检验数据信息的基础上生成标准、有效、且具有3 2 位编码的各种类型的一维条形码或二维条形码个性化标签。 ( 3 ) 具有i c 卡存储和读写功能，实现数据远程传输，便于随身携带和完成 产品交易。 ( 4 ) 完成智能条码机的软硬件设计。系统以低功耗，性价比高的8 位单片机 为主控制器，辅以相应的电路设计完成了数据的实时采集以及具有个性化条码 标签的自动生成。 ( 5 ) 完成条形码质量信息管理系统的研究与开发。信息管理系统的使用使棉 花加工业从籽棉的收购到棉包的流通真正实现了无纸化办公，极大的提高工作 效率和管理的科学化水平。 第二章系统整体方案设计 2 1 系统功能需求及实现框图 棉花智能数据采集条码生成器及其质量信息管理系统是一个综合性的系统工 程，涉及到加工厂籽棉收购、籽棉仓储、皮棉加工、棉花检验，数据采集，棉包仓 储、棉包销售等一系列环节。因此，了解棉花加工厂的生产流程是设计开发棉花智 能数据采集条码生成器及其质量信息管理系统的前提和基础。 2 1 1 棉花加工厂生产流程 我国的棉花加工厂的加工生产从籽棉收购开始，经历籽棉仓储、皮棉加工、棉 包仓储一直到棉包销售结束。下面将整个生产流程分为籽棉收购、皮棉加工( 轧花) 和棉花质量公检三个部分加以介绍。 1 籽棉收购流程 ( i ) 棉检：客户将需交售的籽棉送棉检室试轧，测定水分率、回潮率、马克隆 值等质量指标，棉检室根据送检籽棉的质量等级，依据同一垛位存储同一质量等级 籽棉的原则确定收购籽棉的仓储垛位，并依据市场行情确定收购价格。 ( 2 ) 过磅：客户首先称量交售籽棉的毛重( 籽棉和运输籽棉车辆的重量) ， 籽棉入库后再称量籽棉的皮重( 运输车辆的重量) ，毛重减去皮重后计算得出收购 籽棉的净重。 ( 3 ) 归垛：加工厂仓库员工将收购籽棉按质量等级用自动堆垛机运送到规定 的垛位上。 ( 4 ) 结算：客户根据自己交售籽棉的净重以及相应等级籽棉的定价到财务室 结算。 2 轧花工艺流程 货场籽棉籽棉重杂物清理机籽棉卸料器籽棉自动控制喂料器一 一籽棉烘干机籽棉清理机籽棉配棉装置轧花机( 气流式皮棉清理 机) ( 皮棉清理机) 集棉机( 加湿) 打包机取棉样棉包 计量智能条形码系统打印条形码棉包自动输送系统。 在生成棉包条形码之前，系统需要在打包环节采集棉花的回潮率信息，在棉包 计量环节采集棉包皮重信息，当需要生成包含辅助信息的二维条形码时还要直接检 测货场籽棉的质量信息。 3 质量检验信息获取流程 山东大学硕士学位论文 ( 1 ) 棉包取样：由取样员使用自动取样装置，在每包皮棉中抽取重量为1 2 5 克，长为2 6 0 毫米，宽1 2 4 毫米的样品。 ( 2 ) 条形码打印：打印含有生产日期、批号、包号、垛号、毛重、回潮率等 信息的3 2 位条形码标签。 ( 3 ) 棉样送检：每份样品夹入打印好的条形码标签后装入棉样包装袋，送纤 检机构检验。 ( 4 ) 检验数据反馈：利用调制解调器等访问纤检机构服务器下载检验数据， 或通过磁盘等介质从纤检局复制检验数据。 以上三个流程基本上包含了从籽棉入厂到皮棉出售的全部过程，本论文针对棉 花加工厂生产实际，将整个系统按功能分为三大部分：籽棉收购管理子系统，智能 数据采集条码生成子系统和棉花质量信息管理子系统，这三部分在功能上相互独 立，但相辅相成组成一个完善的信息化管理平台。由于时问限制，本人主要开发后 两者，也就是智能数据采集条码生成器及其质量信息管理系统，籽棉收购子系统由 课题组其它成员开发，因此本文中主要是对智能数据采集条码生成系统和棉花质量 信息管理系统描述，对籽棉收购子系统只是给出功能需求和简单实现框图，不作深 入论述。 2 1 2 系统功能需求 根据棉花加工厂的生产流程，系统的质量信息管理系统部分要实现以下的功 能。 1 籽棉收购子系统： ( 1 ) 称重数据自动输入 籽棉毛重、净重的称重数据自动从电子衡器传输到计算机中，避免人工抄录 错误或人为弄虚作假。 ( 2 ) 信息网络传输 检验信息、称重信息、垛位信息、客户信息等能通过局域网在各部门之间传输， 实现各部门之间无纸化办公。 ( 3 ) 自动快速结算 可依据客户的等级、重量信息和事先约定的规则计算出应付货款。 ( 4 ) 统计功能 可提供收购进度日报、日报等传统的固定格式报表，也可供按等级、长度、 单位、姓名、日期段等一种或多种组合条件的统计报表。 2 加工信息处理系统 ( 1 ) i c 卡数据录入 山东大学硕士学位论文 通过i c 卡读卡器自动把车间加工的信息录入系统的数据库，供以后使用。 ( 2 ) 扫码调拨 棉包出入库时扫描条形码标签，读出条形码信息后将棉包质量信息数据和出 入库时间、数量等信息存入棉包仓储信息数据库。 ( 3 ) 码单生成 可根据用户需求生成生产加工码单、仓储汇总码单、交易调拨码单等不同类 型的码单报表。 ( 4 ) 查询统计功能 支持查询功能，可进行单一或复合条件查询，提供各种查询条件下的加工、 仓储、销售的统计数据。 ( 5 ) 检验数据下载 可从纤维检验机构下载送检棉样的质量信息，接收到棉包公检信息后，能够 将公检数据合并入棉花加工厂棉花质量信息数据库。 3 智能数据采集条码生成器系统 ( 1 ) 棉包重量、回潮率自动采集 用电子衡器采集棉包重量，回潮率检测仪采集棉花回潮率信息，并通过串口 自动传输到智能数据采集器存储，避免人工抄录出错。 ( 2 ) 集棉包重量，回潮率检测仪采集棉花回潮率信息，除了并通过串口自动 暂时存储到智能数据采集器的f a l s h 外，同时也存储到i c 卡里。 ( 3 ) 条形码标签打印 根据用户的需求，可以选择打印一维条形码标签或二维条形码标签。 ( 4 ) i c 卡信息查询功能 在智能条码器系统里，可以通过浏览i c 卡里的内容实现加工信息的查询，并 可提供修正功能。 2 1 3 系统实现框图及功能分析 系统由智能条码生成器和棉花质量信息管理系统两个部分组成，前者运行在棉 花加工现场进行数据采集及个性化条形码标签生成，后者在棉花管理车间以i c 卡 为纽带或局域网实现棉花出入库，报表等功能的实现。系统实现如图2 - 1 所示。 数据维护模块完成s q ls e r v e r2 0 0 0 数据库的数据与还原等任务，检验数据 下载模块完成从纤检所下载公检信息和将公检信息合并入数据库的任务，并完成 通信端口设置、标签信息设置、以及用户增加与删除等任务，扫码调拨模块完成 棉包出入库时的记录任务，数据查询模块完成加工数据查询、仓储数据查询及生 成码单报表的任务。智能数据采集及条码生成器系统完成棉花加工各种数据信息 山东大学硕士学位论文 的采集和一维或二维条形码打印，同时完成i c 卡存储及读写功能。 棉 花 智 一 回潮率检测仪 【c 能 * 条 薛 码 称皿仪 锗在 墨线 _ 生一 棉花纤维检验仪 成 器 u |4 m m 目1 n 2 2 系统开发环境 2 2 1 软件开发环境 图2 一l 棉花质量信息管理系统结构图 基于微软视窗操作系统的在世界上的垄断性和支持此平台的开发软件众多， 本系统选择了w i n d o w s2 0 0 0 作为开发平台。采用w i n d o w s2 0 0 0 集成环境下的各 种软件工具作为本信息管理系统的开发平台，不仅可以增强系统的实用性和扩展 性，使人机界面更加友好、生动，降低系统开发成本，还便于在系统各子模块间 的动态交换数据。 1 选择d e l p h i7 作为开发语言 d e l p h i 是美国b o r l a n d 公司( i n p r i s e 公司的前身) 推出的一种可视化的、 方便快捷的w i n d o w s 应用程序开发工具，目前它已成为与m i c r o s o f t 公司的v i s u a l b a s i c ( v b ) 、v i s u a lc + + ( v c ) 等齐名的开发工具”1 。由于d e l p h i 既具有v c 的强 山东大学硕士学位论文 大功能和高效性，同时又具备v b 编程的方便性，因此使用d e l p h i 作为程序开发 语言可以迅速达到开发目标，起到事半功倍的效果。d e l p h i 的主要特点有”： ( 1 ) 具有良好的面向对象程序设计能力 ( 2 ) 具有良好的数据处理能力 ( 3 ) 具有良好的i n t e r n e t i n t r a n e t 开发支持 ( 4 ) 具有良好的对第三方构件产品和工具的支持 2 以s q ls e r v e r2 0 0 0 作为信息管理系统的后台数据库管理系统 当前流行的数据库管理系统主要有：a c c e s s ，o r a c l e ，s q ls e r v e r ，f o x p r o 等。作者在本系统中选用了s q ls e r v e r2 0 0 0 作为后台数据库管理系统，主要是 它具有以下几个优点“”1 ： ( 1 ) 系统稳定性高，属于关系式数据库。储存大量数据时非常稳定，且任何 数据出现异常时，可以通过事务日志来恢复。 ( 2 ) 节省成本，s q ls e r v e r2 0 0 0 的运算能力较强，使用储存过程和触发器 技术来处理大量的运算，只将结果数据传输给客户端，可以减轻网络传输量与客 户端负担。 ( 3 ) 对于数据库系统来说，数据的异常丢失是一件非常可怕的事情。而s q l s e r v e r2 0 0 0 提供了自动备份和恢复功能，可以很好地解决这一问题。 ( 4 ) s q ls e r v e r2 0 0 0 具有很强的安全控制功能。对于数据库系统来说，安 全性是至关重要的。这里，安全是指保护数据库中的数据不被破坏、窃取和非法 使用。 ( 5 ) 本系统选用w i n d o w s2 0 0 0 作为操作系统，因此同为微软系列的s q l s e r v e r2 0 0 0 自然成为了数据库管理系统的首选。它们都是微软系列的产品，搭配 在一起相得益彰，紧密集成。 垒2 2 硬件开发环境与要求 1 选择德国k e i l 公司的k e i lc 5 1 为单片机驱动程序开发平台 k e i lc 5 1 是德国单片机公司k e i i 推出的一套单片机开发软件，它集单片机的 源程序编译、调试与仿真于一身。而且界面友好，功能强大，支持c 5 1 高级语言； 准确模拟程序的运行：它采用纯软件的方法来仿真所有的单片机硬件资源，如中 断、定时器、串口、输人输出接口等，而且还提供第三方软件接口，方便使用者 增加各种功能。通过k e i lc 5 1 环境调试成功的软件可准确无误地在实际的应用系 统中使用，而避免了以往开发过程中经过仿真系统检验的程序不能正确应用于实 际系统的问题；缩短了单片机开发的周期，降低了单片机开发过程中的开发成本， 是单片机开发的理想工具软件。 山东大学硕士学位论文 k e i lc 5 l 具有w i n d o w s 应用软件的特点和优点，与基于d o s 的仿真器环境相 比，更符台用户的习惯。它能够在多个窗口中同时显示源文件、目标文件、软硬 件资源的状态，使用户可以很方便地在各个窗口之间切换和观察结果，同时支持 c 5 1 高级开发语言，可以对c 5 1 语言源程序编译调试。并且它的编程环境与其它高 级语言类似，可以单步、断点、全速运行等多种调试方式，可以通过调试窗口来 观察变量，在线更改变量，查看特殊功能寄存器的变化；另外，它还提供丁太量 的调试函数供用户调试时调用，可以让用户自行设置调试函数，在调试过程中调 用。它的操作过程与其它高级语言十分相似、只要使用过高级语言编译环境的用 户都可以在最短的时间内掌握该软件的使用。 2 系统组成原理 系统网络由管理车间部分和加工车间部分组成。加工车间里使用r s 4 8 5 和2 3 2 接口通过双绞电缆线实现电子称，水份仪等数据信息采集及传送各项指令并完成 个性化条形码标签的生成和打印；管理车间的电脑通过局域网互联，加工数据通 过以i c 卡作为介质，通过管理车间的读卡器存入服务器从而实现数据共享。最后 通过i n t e r n e t 从检验机构的远程通信实现检验数据下载，通过质量信息管理系统 实现加工数据的查询，报表打印等功能。如图2 - 2 所示。 图2 - 2 系统组成原理图 整个棉花加工厂通过局域网实现信息共享，棉花加工过程中先将棉花加工信 息数据存到i c 卡里，然后再通过信息管理系统读取i c 卡中数据，数据保存到i c 卡的同时驱动条码打印机自动生成包含有关数据信息的、具有个性化的条码标签。 山东大学硕士学位论文 另外，系统通过电话线从棉检局的检验中心下载检验数据到系统服务器的数据库 里。这样，管理人员就可随时得知车间内的加工情况；销售部门也可得知仓库内 还有多少棉包，这些棉包的质量状况如何；财务室也可实时得知棉检部门对籽棉 的定价和地磅房称量的籽棉净重信息，从而和客户结算了。 3 系统要求 棉花加工车间内大功率电机多，设备启动停止时电压浪涌冲击大，车间内粉 尘多，振动大，环境恶劣，在这种环境下，对单片机及其工作电路的抗干扰提出 了很强的要求。因此在硬件系统及其程序设计时采用了相应的抗干扰措施。 为了适应车间的多尘、电压剧烈波动的恶劣环境，系统硬件设计时将智能数 据采集及条码生成器、打印机、电子秤等集成在一起的全封闭式带有屏蔽静电的 机柜，机柜内安装稳压电源，可以有效地避免粉尘和电压波动对设备的危害。在 生产实践中证明这种配置工作稳定，性能可靠。 本系统中应用到的接口设备较多，主要有电子秤、水分检测仪、条码扫描仪、 h v i 大容量检测仪等。各接口设备都遵守r s 一2 3 2 通信协议，提供一个标准9 针接 头与智能数据采集与条码生成器相应串口连接。 一般单片机只有一个r s 2 3 2 接口。为了解决这一问题，本系统中选用g m 8 1 2 x 芯片通过串口扩展技术实现了数据的实时采集及联网功能。 2 3 本章小结 本章描述了系统设计的整体方案。首先介绍了棉花加工厂的加工流程和籽棉 收购流程，得出了系统实现的总体框图及其功能分析，然后介绍了系统的软硬件 件开发环境和开发工具，最后简单的描述了系统的硬件拓扑结构和工作流程。 山东大学硕士学位论文 第三章系统关键技术 3 1 自动识别及条形码技术 自动识别技术是信息数据自动识读、自动输入计算机的重要方法和手段，它是 以计算机技术和通信技术的发展为基础的综合性科学技术“。自动识别技术主要包 括条形码技术、磁条( 卡) 技术、光学字符识别、系统集成化、射频技术、声音识别 及视觉识别技术等。相比而言，条形码技术具有高速、准确、成本低、灵活、可扩 展等特点“”，因此，采用条形码技术成为棉花质量检验体制改革的必然之选。 条形码由一组规则排列的条和空、相应的数字组成，这种用条、空组成的数 据编码可以供机器识读，而且很容易译成二进制数和十进制数“。这些条和空可 以有各种不同的组合方法，构成不同的图形符号，即各种符号体系，也称码制， 适用于不同的应用场合“。 一维条码诞生于7 0 年代，现已广泛地应用在工商业、交通运输、邮政、金融、 医疗卫生、仓储业及办公自动化等领域。一维条形码的出现，改变了传统的工作 方式，加快了信息的处理过程，大大提高了工作效率，推动了整个社会经济的发 展。常用码制有：u p c 码、e a n 码、c o d e1 2 8 码、c o d e3 9 码等。然而，一维条形 码只是在一个方向上( 一般是水平方向) 表达信息，而在垂直方向上则不表达任 何信息，容量非常有限，一般仅能容纳2 0 多个字节，当条形码太多时，由于条宽 受限，扫描器将不能识别“7 ”3 。而且一维条形码只能用来表述一些数字或字母，无 法对物品进行描述。这就使一维条形码的推广应用受到很大的限制。 为了满足更高的信息处理要求，8 0 年代末诞生了二维条形码技术“”。在水平 和垂直方向的二维空间存储信息的条形码，称为二维条码( 2 - d i m e n s i o n a l b a r c o d e ) ，简称二维码。，如图3 1 所示。二维条形码的出现，有效地解决了一 | | | 蠹2 蒸耋- 几个字节猛增到近千个字节，在相同的几 何面积内，二维条形码能表示的信息是一维 条形码的几十倍甚至上百倍，它的出现是条 形码技术的一次革命“2 “。常用码制有： 越的性能，使用最为广泛。 图3 1 二维条形码p d f 4 1 7 示例 二维条形码是一种高密度、高信息含量的数据文件，是实现证件、卡片及表 单等大容量、高可靠性信息自动存储、携带并可用机器自动识读的理想手段。与 一维条形码相比较，二维条形码具有如下特点： ( 1 ) 一个p d f 4 1 7 条形码符号，可以将1 8 4 8 个字母字符或2 7 2 9 个数字字符 或字母、数字混编字符进行编码。而一个一维条形码最多只能表示2 0 多个数字或 特殊字符。在同等面积下，二维条形码比一维条形码信息含量高几十倍。 ( 2 ) 编码范围广 二维条形码可将照片、指纹、掌纹、签字、声音、文字( 当然包括汉字) 等 可数字化的信息进行编码。这对于一维条形码是根本不可能的。 ( 3 ) 保密、防伪性能好 二维条形码具有多重防伪特性。它可以采用密码防伪、软件加密及利用所包 含的信息如指纹、照片等进行防伪。p d f 4 1 7 可以把编码信息按密码格式进行编码， 以防止依靠条形码或非法使用有关编码的信息。这对于一维条形码也是根本不可 能的。 ( 4 ) 译码可靠性高 一维条形码的译码错误率为百万分之二，p d f 4 1 7 二维条形码则不超过千万分 之一。在管理数据库测试中，阅读2 0 0 0 万个条形码符号，没有出现一例译码错误， 这说明p d f 4 1 7 具有极高的可靠性。 ( 5 ) 纠错能力强 p d f 4 1 7 采用了目前世界上最先进的错误修正技术，这种隐含于符号内的错误 修正技术，可以有效地防止译码错误，提高译码的速度及可靠性，还可以将由于 条形码符号破损、玷污等丢失的信息破译出来。错误修正甚至可以将符号受损面 积达5 0 的条形码符号所含信息复现出来。一维条形码根本无此能力，甚至为了解 决误读和拒读问题，通常要将其所表示的信息一同印刷出来。 ( 6 ) 容易制作且成本低廉 利用现有的点阵、激光、喷墨、热敏热转印( 制) 卡机等打印技术，即可在 纸张、卡片、p v c 、甚至金属表面上印出二维条形码。使用二维条形码所增加的费 用除识读设备外几乎不增加任何成本，因此，人们又称之为“零成本”技术。 ( 7 ) p d f 4 1 7 二维条形码的符号的形状可变 同样的信息量，二维条形码的形状可以根据载体面积及美工设计等自我调整。 山东大学硕士学位论文 3 2 智能条码生成器软硬件设计 数据采集条码生成器为整个喷印系统的控制核心。系统在硬件上要求其能够 满足工业场合的应用，具备良好的电磁兼容性，处理器的速度足够快，以满足2 0 包小时的生产速度。并且可和条形码打印机，水分检测仪等通信接口兼容，实时 采集检验数据信息或喷印完成具有个性化的条形码标签，较好的实现掉电存储系 统信息恢复等。 在软件上必须具备良好的实时性和稳定性。与硬件配合迅速可靠的生成有效 的一维条形码或二维条形码。用软件模拟实现i2 c ，通过硬件实现多个串口的扩展， 以完成多路检验数据信息的采集。具备良好的可扩展性，以满足不同用户的需求 和升级的需要。必须保证程序的安全性，不被别人窃取或仿制。 3 31 0 卡技术原理及其应用 i c 卡技术【2 3 】作为“金卡工程”中的一个重要组成部分，目前在我国还刚刚起 步，与发达因家相比，有很大的差距，但发展势头很猛，且对i c 卡技术的需求也 日益高涨，而我国目前所使用的i c 卡及其相关应用设备和系统大多是从国外进口 的。这不仅花费了国家的大量外汇支出，同时使用成本也十分昂贵，严重影响了 “金卡工程”的顺利进行和广泛的推广应用。因此开发生产我国自主产权的i c 卡 及其相关设备和应用系统。“，具有十分重要的现实意义。 i c 卡( i n t e g r a t e dc i r c u i tc a r d ，集成电路卡) 是继磁卡之后出现的又一种新 型信息工具。i c 卡也称为智能卡( s m a r tc a r d ) 、智慧卡( i n t e l l i g e n tc a r d ) 、微 电路卡或微芯片卡等。它是将一个微电子芯片嵌入符合i s o7 8 1 6 标准的卡基中， 做成卡片形式；已经十分广泛地应用于包括金融、交通、社保等很多领域“1 。 i c 卡具有防磁、防静电、抗破坏性和耐用性强、防伪性好、存储数据安全性 高( 可密) 、数据存储容大、应用设备及系统网络环境成本低、品种型号齐全、技 术规范成熟等特点。其极高的安全性现己受到人们的晋遍重视和越来越广泛的应 用。 ( 1 ) 抗破坏性和耐用性 i c 卡是用硅片来存储信息的，先进的硅片工艺完全可以保证卡的抗磁、抗静 电及各种射线的能力。而且由于硅片体积很小，里面有环氧树脂的保护、外面有 p c b 板和基片的保护，因此，抗机械、化学能力很强。这些在i s 0 7 8 1 6 一l 标准中都 有详细规定。现在1 c 卡己做得十分精致、耐用，信息保存时问都在l o 年甚至1 0 0 年 以上，且读写次数可达一万次甚至十万次以上。即使受到各种因素影响，一张i c 卡的使用寿命也可达到1 0 年以上。 山东大学硕士学位论文 ( 2 ) 存储容量和灵活性 磁卡最多只能存几百个字符或数字，而且磁条只能作为一种被动的存储中介。 i c 卡存储卡可分为1 1 种不同区域、具有不同的访问级别，为信息处理和使用提供 了方便。在实际应用中，因为磁卡存储量小，因此只能存储条代码之类的信息， 其它数据只能存在电脑之中，使用中必须频频访问电脑，在网络环境下，会造成 网络繁忙，通讯费用增加。而i c 卡存储容量大，所以可将更多资料存于卡中，且 卡中资料可随时读出，对电脑网络的实时性要求很低，可节省很多的网络费用和 通讯费用。 ( 3 ) 安全性和加密性 i c 卡采用数字电路存储数据，容量大，读写区域可任意选择，因此灵活性很 大，即使是一股的存储卡，采用特定的技术，也可具备很高的保密性3 ，对于加 密卡，存储区的访问受逻辑电路的控制，只有密码核对正确才能进行读写操作， 而且密码核对次数有限，超过规定的次数，卡中的资料将被销毁并不可恢复。 ( 4 ) 相关设备的成本 磁条读写设备含有精密的机械及信号转换装置地铁卡，因此成本高且可靠性 低，维护量大，且只能用特制磁卡和相应的特制读写设备来解决，这样会导致更 高的设备投资，且维护会更复杂；而i c 卡本身就是一种数字电路，只需一个供插 卡用的读写卡器。“，投资成本极低。 ( 5 ) 系统网络环境 在实际系统应用中，由于磁卡本身几乎无保密性可言，因此保密工作便由电 脑系统来承担。在应用系统中，对电脑网络的实时性、安全性、可靠性要求较高： 而i c 卡本身可以承担大部分的保密功能，且能确保数据的安全性，因此可脱机单 独使用，对电脑网络系统的实时性要求较低，可大大地减少用户对网络的投资。 、 ( 6 ) 应用领域 正是由于i c 卡具备诸多无可比拟的优点，因此在金融、税务、公安、