（机械工程专业论文）基于plc的汽车座椅条码识别校验系统研究.pdf

河北工业大学硕士学位论文 i 基于基于 plcplc 的汽车座椅条码识别校验系统研究的汽车座椅条码识别校验系统研究 摘摘 要要 汽车作为现代社会的交通工具，其安全性对乘用者是至关重要的。而对乘用者来说， 安全性主要由前气囊和座椅气囊来保证。我们开发的基于条码技术的车间监控管理系统是 一个自动识别技术在工业领域的应用实例，其目的是为了保障工厂装配流水线的高效生 产。本文意在设计一套基于plc的汽车座椅条码识别校验系统。主要工作内容如下： 座椅条码采集：本课题所生成的条码包括两部分组成，这两部分标签包括座椅的看板 和气囊条码数据。在这个过程中我们将读取器读取到的数据，通过可编程控制器的串行口 通信块传输到可编程控制器系统。在采集过程中，必须严格遵循采集的顺序，如果出现漏 采或者采集顺序颠倒的情况，系统就会提出报警。 座椅条码生成：通过扫描枪把各部分数据扫描输入到可编程控制器内部应用39码进行 编码处理，在可编程控制器中，形成一组代表座椅各部分结构的表皮条码。 座椅条码校核：通过上述过程生成的条码与座椅是一一对应的。在座椅生产完成后， 通过扫描生成条码，然后将扫描到的数据和生产过程中存储的数据进行比较，通过比较的 结果，来判断出所生产的座椅是否合格，气囊是否安装正确。 上位机数据处理：在对上位机和下位机建立设备连接的同时，设计完成了基于工控组 态软件mcgs的上位机实时监控程序。实现了监控工程状态显示、数据表格显示、报警显 示和报表生成等功能。通过监控座椅条码数据的显示和打印极大地方便了人工数据处理。 本文设计的座椅条码识别校验检测系统，通过在现场的生产测试，其测试数据准确， 运行稳定可靠，自动化成度高，符合用户的使用要求。 关键词关键词：plc, 汽车座椅，条码，识别，组态软件，校验 基于 plc 的汽车座椅条码识别校验系统研究 ii study on the car barcode identification and check system based on plc abstract automobile is one of the most important vehicle in morden society, and its safety is essential for the customer, which is usually guaranteed through the front airbag and the seat airbag. this design, the production line monitoring system based on the barcode technology, is an application of automatic identification technology in industry, which aim is to improve the productivity and quality of the assembly line of automobile. this paper provides the detailed information of this design, the system of the automobile seat barcode creation and verification, and its main content includes: the collection of the seat barcode raw data： the seat barcode in this project includes the data from two parts: the data related to the seat board and the air bag. in the working process, the data is collected by the reader and transferred to plc through serial port. the data collection must be in the right order, otherwise the system will make alarm, no matter missing data or disordering data. the creation of seat barcode: firstly, the data of every part of the seat will be inputted to the plc through scanner. in the plc, the data of two parts will be encod on the processing application of 39 yards systematically. finally, the plc will creat a barcode to express the parts of seat. the verification of seat barcode: the barcode created in the process and the seat is one-to-one correspondence. scanning the barcode after production and comparing the data from the scan and the data from the production line, the qualication of the seat and air bag can be verified. the processingof dates in pc: connnecting pc and plc, the program also has a realtime monitoring software based on mcgs. it can monitor the engineering status, data sheet, alarm, and reports etc. this helps to data analysis and process by the operator. this design, the system for seat barcode creation and verification, has been run on the production line. the data collected is accurate, and the system was ran stable and automatically, satisfying the customer. keywords: programmable logic controller，car seats, barcode, identification, configuration software，verification 原创性声明原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所 取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体 已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文 所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本 学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 关于学位论文版权使用授权的说明关于学位论文版权使用授权的说明 本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用 影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内 容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学 校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。 （保密的学位论文在解密后适用本授权说明） 学位论文作者签名： 日期： 导师签名： 日期： 河北工业大学硕士学位论文 1 第一章第一章 绪论绪论 1 1- -1 1 引言引言 在过去的三十年中，条码的质量检验技术有了比较大的发展。最初并没有专门的条码检测设备，条 码质量的评定是通过采用通用设备来完成的。 我们知道， 条码是由深色条和浅色空组合起来的图形符号， 条码的质量参数可以分为两类，一类是条码的尺寸参数，另一类则为条码符号的反射率参数。这两种参 数在条码技术规范中都作了详细的规定， 对条码符号的这两种参数采用通用的反射率测量仪器及测长显 微镜进行测量，这可以说是条码检测技术发展的第一个阶段。最初，这种检测方法中所有的测量都是非 自动化的，由于条码的条空太多，测量和根据条空判定被测条码条空编码是否正确非常麻烦，另外，人 为因素也严重影响了测量的精度和准确性。从 70 年代中期以后，条码符号质量的评价都是用条码检测 的专用仪器即条码检测仪来进行测试， 这就是人们通常所说的传统检测方法。 条码检测仪的出现使得条 码检测的效率大大提高，符号经过条码检测仪扫描后，马上就可以得到检验结果，性能全面的检测仪还 能打印出列有详细质量参数值的质量检测结果， 这就使得印刷企业能够根据检验结果调整印刷设备， 充 分发挥印刷设备的潜能，从而提高条码符号的印制质量1。 1 1- -2 2 条码条码检测检测技术技术概述概述 条码检测技术是迄今为止最经济实用的一种自动识别技术。条码技术是实现 pos 系统、edi、电子 商务、供应链管理的技术基础，是物流管理现代化的重要技术手段。条码技术包括条码的编码技术、条 码标识符号的设计、 快速识别技术和计算机管理技术， 它是实现计算机管理和电子数据交换不可少的前 端采集技术。条码技术广泛应用于商业、邮政、图书管理、仓储、工业生产过程控制、交通等领域，它 是在计算机应用中产生并发展起来的，具有输入快、准确度高、成本低、可靠性强等优点。 1-2-1 条码检测技术特点条码检测技术特点 1.输入速度快:与键盘输入相比， 用条码扫描读入电脑的输入速度大约是键盘输入速度的 100 倍， 并 且能实现“即时数据输入” 。条码的阅读速度很快，将资料取得之后，立即以条形码的产生规则返回， 并计算其包含的意义。 2.可靠性高:键盘输入数据出错率为三百分之一， 利用光学字符识别技术出错率为万分之一， 而采用 条码技术误码率低于百万分之一。 3.采集信息量大:利用传统的一维条码一次可采集几十位字符的信息， 二维条码更可以携带数千个字 符的信息，并有一定的自动纠错能力。 4.灵活实用:条码标识既可以作为一种识别手段单独使用， 也可以和有关识别设备组成一个系统实现 自动化识别，还可以和其他控制设备连接起来实现自动化管理。另外，条码标签易于制作，对设备和材 料没有特殊要求，识别设备操作容易，不需要特殊培训，且设备也相对便宜。 5.可携带性与可复印性:条码作为一种平面的黑白相间的微小标签形式， 具有携带方便与容易复印的 特性，是所有可流通识读手段中最好的方法。 6.寿命长:条形码比起磁卡， 具有容易保存的作用， 许多证件上的条码， 只要用保护膜方式加以保护， 便可长期保存，不会变形，不会因为时间而损失信息。 7.不可更改性:有些自动识读方式，如各种卡类产品，容易被更改，而条形码却不能被随意更改，这 基于 plc 的汽车座椅条码识别校验系统研究 2 也成为其独到的一种防止滥用的方式2。 1-2-2 条码条码检测检测技术的发展前景技术的发展前景 近年来，条形码检测技术的发展主要表现为四方面的趋势。(l)复杂化、多样化。随着自动识别技术 的普及与发展， 商场规模越来越大， 自动识别系统亦趋于复杂化、 复合化。 而且用户要求亦更加复杂化、 多样化。如可进行各种物品的多方面复杂连接、交换的条形码系统，还可对其它各种商品同时使用或交 换使用的条形码系统等。(2)各个独立系统复合为一个复杂系统。今后，复合化的系统发展方向是:第一， 画像处理系统；第二，声音识别系统；第三，条形码的编码技术等。(3)重叠条形码。重叠条形码是条 形码的一种新技术，是在一个条形码上重叠另一个条形码。它比单一的条形码含有更大的信息量。(4) 支付方式的复杂化。支付方式亦不仅仅是现钞或商品券、还有各种信用卡、预付卡、通用联券等多种形 式。这使得 pos 系统规模越来越大，并且趋于复杂化发展。条形码己经成为一种计算机时代的世界文 化。在国外，特别是先进的国家得到了非常广泛的应用和发展，大大促进和提高了市场的运作。我国条 形码目前处于起步阶段，其前景和市场亦是非常广阔的3。 1 1- -3 3 条形码的分类条形码的分类 upc:( universal product code 统一产品代码） ，upc 码是美国统一代码委员会制定的一种商品用条 码，主要用于美国和加拿大地区，我们在美国进口的商品上可以看到。upc 码(universal product code) 是最早大规模应用的条码，其特性是一种长度固定、连续性的条码，目前主要在美国和加拿大使用，由 于其应用范围广泛，故又被称万用条码。 upc 码仅可用来表示数字，故其字码集为数字 09。upc 码 共有 a、b、c、d、e 等五种版本。从 upc 以后，为满足不同的应用需求，陆陆续续发展出各种不同 的条码标准和规格， 时至今日， 条码已成为商业自动化不可缺少的基本条件。 条码可分为一维条码 (one dimensional barcode，1d) 和二维码(two dimensional code，2d)两大类，目前在商品上的应用仍以一 维条码为主， 故一维条码又被称为商品条码， 二维码则是另一种渐受重视的条码， 其功能比一维码要强， 应用范围更加广泛4-8。 1-3-1 一维条码一维条码 1.码制 条码码制是指对条码符号的类型，不同类型的条码符号，条、空图案对数据的编码方法各有不同。 每种码制都有固定的编码容量和规定的字符集。 2.条码编码 条码编码是指按一定的规则，用条、空图案对一数字或一字符进行表示。条码编码方法分为两种： 宽度调节法和模块组配法。 宽度调节是指条码的条（空）宽的宽窄设置不同，用宽单元表示二进制“ 1 ”，用窄单元表示“ 0 ”， 宽窄单元比一般控制在 2.00-3.00 毫米。39 条码、库德巴条码、交插 25 条码均属按宽度调节法编码 的条码符号。 模块组配法是由条码符号中每个条码字符的条与空分别由若干个模块组配而成的， 一个模块宽的条 表示二进制“ 1 ”，一个模块宽的空表示二进制“ 0 ”。通用商品条码（ean 码、upc 码） 、ucc/ean-128 码等均属按模块组配法进行编码的条码符号。 3.条码纠错 一维条码采用校验码来保证识读的正确， 有些条码标准中含有校验码的计算方法， 有些条码在一个 条码字符内部就含有校验的机制。 河北工业大学硕士学位论文 3 4.编码容量 每个码制都有一定的编码容量， 这是由其编码方法决定的， 编码容量限制了条码字符集中所含字符 的数目，对于用宽度调节法编码，仅有两种宽度单元的条码符号，编码容量为 c（n,k） ，这里， (n,k)=n(n-1)（ n-k+1 ）/k! 。其中 n 是每一条码字符中所包含的单元总数，k 是宽单元或窄单元的 数量。 5.条码字符集 条码字符集是指某种条码所含全部条码字符的集合。 条码字符集中字符总数不能大于该种码制的编 码容量。有些码制仅能表示 10 个数字字符：0-9，如 ean/upc 码，交插 25 条码；有些条码除了能 表示 10 个数字字符外， 还可以表示几个特殊字符， 如库德巴条码。 39 条码可表示数字字符： 0-9 ， 26 个英文字母（ a-z ）以及一些特殊符号。 6 .连续性与非连续性 条码符号的连续性是指每个条码字符之间不存在间隔； 相反， 非连续性是指每个条码字符之间存在 间隔。从某种意义上讲，由于连续性条码不存在条码字符间隔，所以密度相对较高；而非连续性条码的 密度相对较低，但非连续性条码字符间隔会引起较大误差，一般规范不给出具体指标限制。另外，对连 续性条码除了控制条空的尺寸误差外， 还需控制相邻条与条、 空与空的相同边缘间的尺寸误差及每一条 码字符的尺寸误差。 7.定长条码与非定长条码 定长条码指仅能表示固定字符个数的条码；非定长条码是指能表示可变字符格式的条码，例如， ean 、 upc 码是定长条码（其中 ean13 仅能表示 13 个字符） ，39 码为非定长条码。定长条码由 于限制了表示字符的个数，所以译码的误识率相对较低，非定长条码具有灵活、方便等优点，但受扫描 器及印刷面积的限制， 它不能表示任意多个字符， 并且在扫描识读过程中会因信息丢失而导致译码错误。 8.双向可读性 条码符号的双向可读性， 是指从条码的左右两侧开始扫描都可被识读的特性， 它也是条码符号和扫 描设备的综合特性。 对于双向可读的条码， 识读过程中译码器需要判断扫描方向。 有些类型的条码符号， 其扫描方向的判定是通过起始符与终止符来完成的，例如，39 条码、交插 25 条码、库德巴条码。有 些类型的条码， 由于从两个方向扫描的起始符和终止符所产生的数字脉冲信号完全相同， 所以无法用它 来判断扫描方向，例如， ean 和 upc 码，在这种情况下，扫描方向的判定则是通过条码数据符的特 定组合来完成的。 9.自校验特性 条码符号的自校验特性是指条码字符本身具有校验特性。例如 39 条码，库德巴条码，交插 25 码 都具有自校验功能。ean 和 upc 条码、93 条码、矩阵 25 条码都没有自校验功能。自校验功能也能 校验出一些印刷缺陷。对于某种码制，是否具有自校验功能是由其编码结构决定的。码制设计者在设计 条码符号时，就已经确定了该条码是否具有此功能。 10.条码符号的密度 条码符号的密度是指单元长度上所含有的条码字符的个数。 对于任何一种码制来说， 各单元的宽度 越小，条码符号的密度就越高，越节省印刷面积。但由于印刷条件及扫描条件的限制，很难把条码符号 的密度做得太高。39 条码的最高密度为 9.4 个/25.4mm (9.4 个/in) ；库德巴的最高为 10 个 /25.4 mm (10 个/in) ；交插 25 条码的最高密度为 17.1/25.4 mm (17 个/in) 。对于一种条码符号，密度越高，所 需扫描设备的分辨率也就越高，而随着扫描设备分辨率的增加，设备对印刷缺陷的敏感程度也就越高。 11.一维条码符号的结构组成： （1）左侧空白区 基于 plc 的汽车座椅条码识别校验系统研究 4 位于条码左侧无任何符号的白色区域，主要用于提示扫描器准备开始扫描。 （2）起始符 条码字符的第一位字符， 用于标识一个条码符号的开始， 扫描器确认此字符存在后开始处理扫描脉 冲。 （3）数据符 位于起始符后的字符，用来标识一个条码符号的具体数值，允许双向扫描。 （4）检验符 用来判定此次扫描是否有效的字符，通常是一种算法运算的结果。扫描器读入条码进行解码时，先 对读入各字符进行运算，如运算结果与检验码相同，则判定此次识读有效。 （5）终止符 位于条码符号右侧，表示信息结束的特殊符号。 （6）右侧空白区 在终止符之外的无印刷符号且条与空颜色相同的区域9-11。 1-3-2 二维条码二维条码 二维条码是在一维条码基础上发展起来， 而又不同于一维条码的袖珍数据文件式条码。 根据二维条 码结构组成， 可分为堆积式二维条码和矩阵式二维条码两大类型。 堆积式二维条码的编码原理是建立在 一维条码基础上， 按需要堆积成二行或多行的码制。 它通过层排高度截短后的一维条码来实现信息的表 示，它在编码设计、校验原理、识读设备与一维条码兼容。由于行数的增加，行的鉴别、译码算法等与 一维条码不完全相同。矩阵式二维条码是以矩阵的形式组成。在矩阵相应元素位置上，用点(方点、圆 点或其它形状的点)的出现表示二进制“l” ，用点的不出现表示二进制的“0” ，点的排列组合确定了矩 阵码所代表的意义。 矩阵式二维条码是建立在计算机图像处理技术、 组合编码原理等基础之上的一种新 型图形符号自动识读处理码制。矩阵代码标签可以做得很小，甚至可以做成硅晶片的标签，所以适用于 小物件12,13。 二维条码具有保密性高、追踪性高、抗损性强、备援性大、成本便宜、储存量大等特性，这些特性 特别适用于表单、安全保密、追踪、证照、存货盘点、资料备援等方面。 1 1- -4 4 课题研究的背景意义和目的课题研究的背景意义和目的 随着工业迅速发展人们对实时监控的自动化要求日益增高，可编程逻辑控制器（plc）在检测系统 的应用，可有效提高系统的可靠性和控制精度、增强操作系统的抗干扰能力，整个检测系统在加入嵌入 式一体化工控机（带触摸屏）使用后为整个系统的操作提供了良好的人机操作界面和强大的监控功能， 因此二者的联合检测系统将越来越广泛地应用于工业生产的各个领域。 1-4-1 课题课题的研究的研究背景意义背景意义 编码和条码检测技术的快速发展推动了一个崭新产业的诞生， 即国际上的自动识别技术装备产业的 形成。20 世纪 80 年代中期在各个经济发达国家的推动下成立了国际自动识别制造协会，建立一个由制 造和供应商参加的共同团体，从而形成尽可能广阔的有效市场包括自动识别设备生产、供应、系统建设 及有关服务。任务是编纂与发行有关的信息文件，传递自动识别技术发展和市场信息，支持推动和促进 自动识别技术装备产业的发展，促进各个组织之间的合作与交流，在非盈利基础上，专注于合法的专业 活动， 很多经济发达国家相继成立了自动识别制造商协会和本国物品编码协会， 从而有力地促进了条码 河北工业大学硕士学位论文 5 自动识别技术的迅速发展。 目前世界各国特别是经济发达国家在条码技术的发展方向正向着生产自动化、 医疗卫生高效化、 票 证金卡普及化、交通运输现代化、金融贸易国际化、 、安全防盗防伪保密化等领域推进，在大力推行 13 位商品标识码外还重点推广应用 ean 位置码、条码应用标识、贸易单位 128 码、二维条码等；除纸码 外，在其他方面如研究开发金属条码、纤维织物条码、隐形条码、以增加信息量，扩大应用领域并保证 条码标识在各工作环境、各领域的应用。 国际物品编码协会和许多经济发达国家在发展趋势上已由单纯的推广物品条码标识转向生产流通 领域的电子数据交换(edi)的开发和推广应用。一些经济发达国家和地区投入了大量资金建立地区或行 业、国内或国际连通的电子数据交换系统，以提高现代化管理水平和在国际贸易中的竞争能力。国际上 一些走在前面的国家或地区已经在商业批发零售和分配、工业制造、媒介出版和信息服务、建筑和房地 产、卫生保健、教育和培训、交通运输、金融服务、政府行政管理、旅游和娱乐服务等推广应用，取得 了十分明显的成果。 由于条码技术向着深度和广度发展， 推动了条码自动识别技术装备， 正向着远距离、 小型化、多功能、软件硬件并举，识别准确、信息传递快速，安全可靠、经济适应等方向发展，因此出 现了许多新型技术装备。 按照国际自动识别制造商协会的统计， 全球条码自动识别技术装备年销售额高 达 200 多亿美元，直接推动着国际条码自动识别技术的迅速发展。 汽车作为现代社会的交通工具，其安全性对乘用者是至关重要的。而对乘用者来说，安全性主要由 前气囊和座椅气囊来保证。国产汽车一部分具有前气囊，但大部分无座椅气囊，故对乘用者存在安全隐 患，所以我国从 2008 年开始强制对中档以上汽车增加座椅气囊。本文意在设计一套基于 plc 的汽车座 椅条码（含气囊、表皮信息）识别校验系统14,15。 1-4-2 本课题本课题研究研究内容内容 图 1.1 汽车座椅流程简图 fig.1.1 the flow chart of the car seat 1.座椅条码采集 本课题所生成的条码包括两部分组成， 这两部分标签包括座椅的看板和气囊条码数据。 在这个过程 中我们将读取器读取到的数据，通过 rs-232 串行口通信传输到可编程控制器系统。在采集过程中，必 须严格遵循采集的顺序，如果出现漏采或者采集顺序颠倒的情况，系统就会提出报警。 2.座椅条码生成 通过扫描枪把各部分数据扫描输入到可编程控制器内部进行组合处理， 在可编程控制器中， 我们把 扫描的两项数据进行组合处理， 最终形成一组代表座椅各部分结构的条码， 并将数据传送给条码打印机 生成数据条码。 3.座椅条码校核 基于 plc 的汽车座椅条码识别校验系统研究 6 通过上述过程生成的条码与座椅是一一对应的。在座椅生产完成后，通过扫描生成条码，然后将扫 描到的数据和生产过程中存储的数据进行比较，通过比较的结果，来判断出所生产的座椅是否合格，气 囊是否安装正确。 4.上位机显示打印 在对上位机和下位机建立设备连接的同时，设计完成了基于工控组态软件 mcgs 的上位机实时监 控程序。实现了监控工程状态显示、数据表格显示、报警显示和报表生成等功能。通过监控座椅条码数 据的显示和打印极大地方便了人工数据处理。 1 1- -5 5 本章小结本章小结 本章首先概述了条码检测技术的优点：条码功能强大，输入方式具有速度快、准确率高、可靠性强 等特点对条码在工业生产中的应用进行了总结概括同时对其发展趋势， 为满足不同的应用需求， 陆陆续续发展出各种不同的条码标准和规格， 本章针对条码作为商业自动 化不可缺少的基本条件，将其分为一维条码和二维码两大类同时还对一维条码码制、条码编码、条码纠 错 、编码容量等分别进行了说明，随后对二维条码的结构特征、特点和应用范围进行了较详细介绍。 根据条码检测校验在汽车座椅生产线中的实际应用及结合可编程逻辑控制器（plc）在检测系统的 应用可有效提高系统的可靠性和控制精度、 增强操作系统的抗干扰能力， 从而整个检测系统在加入嵌入 式一体化工控机（带触摸屏）使用后为整个系统的操作提供了良好的人机操作界面和强大的监控功能， 因此本章针对 plc 和工控机二者的联合检测系统在工业生产领域的应用背景及目的进行了详细阐述。 最后，根据用户需求提出了本课题的研究意义及目的。针对课题的研究背景和研究难点，对本论文 所要掌握的相关技术做出了说明并对本文需要完成的研究内容包括座椅条码的读取、座椅条码的生成、 座椅条码的校核及运用工控机实施条码的显示、打印等功能进行了简单论述。 河北工业大学硕士学位论文 7 第二章第二章 基于基于 3939 码码的的座椅座椅条码条码检测系统检测系统编码设计编码设计 2 2- -1 1 引言引言 一个完整的条码的组成次序依次为：静区、起始符、数据符、终止符、静区。 静区，指条码左右两端外侧与空的反射率相同的限定区域，它能使阅读器进入准备阅读的状态，当 两个条码相距距离较近时，静区则有助于对它们加以区分，静区的宽度通常应不小于 6mm（或 10 倍模 块宽度） 。 起始/终止符，指位于条码开始和结束的若干条与空，标志条码的开始和结束，同时提供了码制识 别信息和阅读方向的信息。 数据符，位于条码中间的条、空结构，它包含条码所表达的特定信息。 构成条码的基本单位是模 块，模块是指条码中最窄的条或空，模块的宽度通常以 mm 或 mil（千分之一英寸）为单位。构成条码 的一个条或空称为一个单元，一个单元包含的模块数是由编码方式决定的，有些码制中，如 ean 码， 所有单元由一个或多个模块组成；而另一些码制，如 39 码中，所有单元只有两种宽度，即宽单元和窄 单元，其中的窄单元即为一个模块16。 2 2- -2 2 3939 码码概述概述 1973 年美国统一编码协会（简称 ucc）建立了 upc条形码系统，实现了该码制标准化。同年，食 品杂货业把upc 码作为该行业的通用标准码制，为条形码技术在商业流通销售领域里的广泛应用，起 到了积极的推动作用。1974 年 inte rmec 公司的戴维 阿利尔（davide allair)博士研制出 39 码，很快被 美国国防部所采纳，作为军用条码码制。 39 码是第一个字母、数字式相结合的条形码，后来广泛应用 于工业领域。39 码是一种可表示数字、字母等信息的条码，主要用于工业、图书及票证的自动化管理， 目前使用极为广泛17。 2-2-1 39 码的特点码的特点 39 码是西元 1974 年发展出来的条码系统，是一种可供使用者双向扫瞄的分散式条码，也就是说相 临两资料码之间，必须包含一个不具任何意义的空白(或细白，其逻辑值为 0)，且其具有支援文数字的 能力，故应用较一般一维条码广泛，其主要特点如下： ( 1) 能表示数字 ( 0 9) 、字母 ( a z)和其他一些特殊符号 ( - , ., !, /,+, %, 空格) 共 43 个字 符。 ( 2) 条码的长度可变, 对数据的字节数并没有限制。 ( 3) 通常用以“*”号作为起始符和终止符。 ( 4) 不用校验码。 ( 5) 代码密度为 25.4 mm3 9.4 个字符。 ( 6) 空白区是窄条的 1 10 倍, 宽条是窄条的 2 3 倍。 ( 7) 广泛用于票证、图书等自动化管理。 根据 39 码有编码规则简单、误码率低、所能表示字符个数多等特点同时可以完全满足此次试验条 码扫描信息量范围要求，所以采用其作为我们的扫描测试条码18-20。 基于 plc 的汽车座椅条码识别校验系统研究 8 2-2-2 39 码码编码规则编码规则 39 码可表示的字符多达 43 个, 每一字符使用 9 个元素, 其中 3 个宽元素、 6 个窄元素, 故名 39 码, 这 3 个宽元素中必须有 2 个是条 ( 有 4 个特殊用途的字符除外) 。如果用 0 表示窄元素, 1 表示宽元素, 奇数位为条元素, 偶数位为空元素, 字符 “1” 的编码规则为:“100100001”,字符 “a” 的编码规则为: “10001001”, 字符“*”的编码规则为:“010010100” , 43 个字符的编码规则见表 2.1。 一串字符的条码就是由对应的字符的条码排列而成, 中间用空白隔开,通常用 “*” 作起、 终止符, 以 便于条码识别仪识别。 表 2.1 编码对应表 table 2.1 the corresponding table to 39 yards 字符 规则 字符 规则 字符 规则 0 000110100 f 001011000 u 110000001 1 100100001 g 000001101 v 011000001 2 001100001 h 100001100 w 111000000 3 101100000 i 001001100 x 010010001 4 000110001 j 000011100 y 110010000 5 100110000 k 100000011 z 011010000 6 001110000 l 001000011 $ 010101000 7 000100101 m 101000010 % 000101010 8 100100100 n 000010011 - 010000101 9 001100100 o 100010010 + 010001010 a 100001001 p 001010010 / 010100010 b 001001001 q 100000110 。 110000100 c 101001000 r 000000111 * 010010100 d 000011001 s 001000110 空格 011000100 e 100011000 t 000010110 2 2- -3 3 汽车汽车座椅编码座椅编码实现实现 代码的编制在企业资源在计划实施及应用过程中， 是一项最基础也是最重要的工作之一。 对信息统 一编码进行分类，在一定意义上可以最大限度地消除因为信息命名、描述、分类和编码的不一致而造成 混乱、误解等现象，使事物的名称和代码的含义统一化，从而减少操作如信息的重复采集、加工、存储 等，并确立代码和信息之间的一一对应关系，做到一物一码，足以实现信息的高可靠性，为实现信息集 成与资源共享打造良好的基础，而且为建立公共数据库创造非常有利条件21-22。 2-3-1 条码条码位数位数定义的设计定义的设计 在座椅识别系统中，为使得所形成的条码能够将较详细信息如生产线、生产日期等信息进行显示， 同时据上述 39 码的特点、编码规则及现场测试的实际需要，条码定义的设计如下图所示: 表 2.2 条码位定义 table 2.2 the definition of barcode bit （11） （12） 其中： 代表生产线号码 4 位，代表连续序列号：00009999 2 位，代表年度例如：07,08,09 河北工业大学硕士学位论文 9 代表月份，如表 2.3 所示 代表日期，如表 2.4 所示 为国家代码统一为 4 代表中国 （11） （12）为 5r/5l. 表 2.3 条码月份定义 table 2.3 the representance of month in barcodes 月份 1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月 代码 a b c d e f g h i j k l 表 2.4 条码日期定义 table 2.4 the date definations in barcodes 日 代码 日 代码 日 代码 1 日 1 11 日 b 21 日 l 2 日 2 12 日 c 22 日 m 3 日 3 13 日 d 23 日 n 4 日 4 14 日 e 24 日 o 5 日 5 15 日 f 25 日 p 6 日 6 16 日 g 26 日 q 7 日 7 17 日 h 27 日 r 8 日 8 18 日 i 28 日 s 9 日 9 19 日 j 29 日 t 10 日 a 20 日 k 30 日 u 31 日 v pc 每接收到一组数据后，根据年、月、日按照上述规则生成代码，其中的连续号范围： 00009999每日第一组序号取 0000，以后每一组顺序加 1，根据现有产量，不可能在当日出现从 9999 归零的问题由于序号范围远大于日产量，当由于断电而出现重复码时，或发生打印缺陷等问题时， 可以跳过问题码而不必担心出现归零问题。 2-3-2 条形码设定式样图条形码设定式样图 1.根据上述条码数位的定义可得到车型 615 左侧座椅的条形码式样图如下： 图 2.1 615l 座椅新条形码式样 fig.2.1 the new pattern of barcode on 615l seat 2.根据上述条码数位的定义可得到 615l rr 座椅新条形码式样图如下： 基于 plc 的汽车座椅条码识别校验系统研究 10 图 2.2 615l rr 座椅新条形码式样 fig.2.2 the new pattern of barcode on 615l rr seat 3.根据上述条码数位的定义可得到 965n fr 条形码式样图如下： 图 2.3 965n fr 座椅新条形码式样 fig.2.3 the new pattern of bar code on 965n fr seat 4.根据现场实际需求以下图示为条码扫描器依次扫描看板条码、气囊条码及所形成座椅表皮条码： 图 2.4 座椅看板条码 fig.2.4 the looking board barcode of seat 其中： 1代表前右 fr(1代表前左，3代表后，f-代表前，r-代表右，l-代表左); 965，727，615（代表车型） ； 1 制品别区分（品种类别 19，az） ； 图 2.5 座椅气囊条码 fig.2.5 the airbag barcode of seat 河北工业大学硕士学位论文 11 图 2.6 上位机形成打印条码 fig.2.6 the formation of the host computer to print barcodes 根据之前条码数值的设定方案可知所生成条码所包含的具体信息， 图 2.6 所生成的座椅表皮条码符 合 615l fr 座椅设定方案，连番号为 18 号，生产日期为 09 年 19 日，为 615 车型的右后座。 2 2- -4 4 本章小结本章小结 本章第一部分首先对 39 码进行了非常详细的说明。在 upc条形码系统建立后不久便实现了该码制 标准化。同年，食品杂货业把upc 码作 为该行业的通用标准码制，使得条形码技术在商业得到了广泛 应用。除条码技术由来部分外，本章还对条码检测技术的应用领域做了概括，随后针对 39 码的自身特 点，决定选择 39 码作为座椅系统设计研究的条码类型。 第二部分，首先对 39 码的编码规则以文字表达的形式进行了说明，随后对 43 个字符编制了 39 码 编码对应表，由于对信息实现统一编码进行分类，在一定意义上可以最大限度地消除因为信息命名、描 述、分类和编码的不一致而造成混乱、误解等现象，所以对条码的位数、日期、月份等共包括十二位信 息分别进行了详细的设定。 第三部分，在对变码设计的意义进行综述后，在条码设计技术思想的基础上针对根据测试环境、用 户的实际要求及对 39 码充分认识及对条码的具体数位包括 12 位分别进行了定义的基础上， 使得各个条 码包含所需要的特定信息，从而根据输入的条码信息辨别是否为正确的座椅，最后，根据定义设定了具 体式样图从而实现座椅合理编码。 基于 plc 的汽车座椅条码识别校验系统研究 12 第三章第三章 座椅条码检测座椅条码检测 plcplc 系统搭建系统搭建 3 3- -1 1 引言引言 座椅条码检测系统的设计需要较高的检测精度和运算速度， 在满足检测系统机械部分总体设计的要 求和现场环境使用要求的前提下，本检测系统的核心硬件平台采用“嵌入式一体化工控机+plc”的结 构方式构建，上位工控机与 plc 之间采用串口通讯（也可以采用 usb 通讯、isa 总线通讯及以太网通 讯方式） ，从而构成了主从分布方式的结构体系。采用这种体系结构，可以充分利用工控机的系统软件 和 plc 数据处理能力及实时控制功能，plc 本身具有强大的计算功能，可以对变量、常量进行算术运 算，对数据进行逻辑和高速处理等相应的控制操作，进而避免了 plc 进行这些操作时造成的计算机延 迟和通信延迟。由于 plc 各个部件均采用模块化设计，系统的功能和规模可根据用户的实际需求自行 组合，使得系统的性能价格更趋于合理，同时 plc 编程语言简单、易学，方便掌握，所以可以大大缩 短了整个检测系统设计的周期23。 由于工业级的现场标准要求程序的编制应根据硬件设备的具体结构而定， 因此， 选型是检测系统硬 件平台建立的首要任务。下面介绍检测系统各部分硬件的最优选择。 3 3- -2 2 可编程控制器概述可编程控制器概述 1.可编程控制器定义 plc 即可编程控制器（programmable logic controller，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装 置。在 1987 年国际电工委员会（international electrical committee）颁布的 plc 标准草案中对 plc 做 了如下定义： “plc 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。 它采用可以编 制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令， 并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 可编程逻辑控制器，是随着技术的进步与现代社会生产方式的转变，为适应多品种、小批量生产的 需要，而生产、发展起来的一种新型的工业自动化控制装置。plc 从 1969 年问世以来，由于其具有通 用灵活的控制性能、可以适应各种工业环境的可靠性、简单方便的使用性能，在工业自动化各领域取得 了广泛的应用。有人将它于数控技术、cad/cam 技术、工业机器人技术并称为现代工业自动化技术的 四大支柱。plc 及其有关的外围设备都应该按易于与工业检测系统形成一个整体，易于扩展其功能的 原则而设计。 三菱电机(mitsubishi)是日本一家引领全球市场的机电产品综合供应商，其相关的产品远销世界 各地，尤其在可编程序控制器产品。三菱公司的生产的 plc(programmable logical controller)在质量上 拥有良好的声誉，服务和维护体系比较健全，因此，现场测试的中央检测系统选择三菱的产品，将为设 备的稳定工作打下良好的基础。 q 系列 plc 在 plc 家族中规格、功能、性能等都比较强大，可以适用于大多数单机控制或是简单 网络控制。由于 q 系列具备如下特点：最大范围的包容了标准特点、适合世界各国不同的电源、程式 执行更快、 全面补充了通信功能以及满足单个需要的大量特殊功能模块， 它可以为工厂自动化应用提供 最大的灵活性和控制能力24