基于Linux的无线物联QR二维码物品清点器研制

李玉 杨永刚

摘   要：为解决传统的条码识别器便携性差，且不支持QR二维码识别等问题，文章设计了基于Linux的无线物联QR二维码物品清点器。基于Linux内核制作嵌入式操作系统，移植开源的ZBar二维码识别库作为清点器下的二维码识别库，并采用SSH安全传输协议，以实现清点器与服务器之间数据能够安全、稳定地同步传输。结果表明，清点器可以实时、高效地识别二维码，识别结果可以清楚地展示在软件界面上。该清点器扫码效果好，实用性强，可广泛应用于物资清点等诸多物联网场合。

关键词：二维码;Linux内核;嵌入式;安全传输

市面上常见的条形码分为UPC条形码（一维条形码）和QR码（二维条形码），一维条形码可嵌入的信息量较少，与之相比，二维码在横向与纵向两维度上均可嵌入信息[1]，使信息容量大幅提升。此外，二维码的编码范围更宽广、信息传输的可靠性更高、信息保密性较好[2]，而普通的条形码不具备这些特性。

市面上常见的条形码识别器对二维码的识别还存在诸多问题，比如不兼容二维码的识别程序，使得其不支持二维码识别;需要借助主机端才可以完成扫码识别及结果显示等功能，其本身只是一个具有扫描功能的终端;识别系统整体较为庞大，便携性及移动性较差等。二维码技术发展所带来的多样化需求亟需新的清点器设备来满足。

1    总体设计

1.1  总体论述

本文针对目前使用广泛且性能稳定的QR二维码，提出基于Linux的无线物联QR二维码物品清点器，并开发了一套支持QR二维码数据识别，数据同步及数据显示的嵌入式二维码扫描系统。本文重点研究了该无线物联QR二维码物品清点器的设计及实现。

1.2  系统整体架构

该系统以Cubieboard2作为硬件开发平台，并在其基础上扩展了500万像素高清摄像头模块来保证扫描二维码时的精确定位與准确识别。同时，扩展3.5寸电容屏来显示扫描结果，在Cubieboard硬件平台上增加了无线WiFi模块以实现数据的稳定、便利传输，进而使本文所设计的嵌入式二维码识别器成为便携式的手持设备。系统整体架构如图1所示。

2    关键技术

2.1  嵌入式Linux系统制作

本文中嵌入式Linux系统的制作是在gcc编译环境下，采用GNU编译器套件，编译过程中采用依赖于Makefile的make命令来编译多个源文件，从而简化编译过程。

2.2  QR二维码编解码

二维码的编码指的是将原始数据通过一定的技术处理，转换为QR二维码[3]的过程。经过数据分析、数据编码、纠错编码、布置模块等一系列流程处理，才能最终编码成功。

二维码的识别方式有多种，本文采用的是图像式识别，它将图像识别技术与二维码技术相结合，通用性较好，图像式二维码解码[4]经过信息译码、掩模消除、纠错及数据码字译码等流程后，可得到译码结果。

2.3  数据传输

本文在清点器设计过程中采用了安全外壳（Secure Shell，SSH）协议传输数据，SSH协议可以对传输过程中的数据进行加密处理，提升了数据传输过程中的安全性。在本设计中SSH将为清点器的解析数据提供安全且保密的传输通道，保证数据安全传输。清点器与PC端服务器之间采用多对一的网络传输模型，使数据的通信更加便利，方便清点器与服务器端数据库的管理。SSH传输线路如图2所示。

3    QR二维码物品清点器的设计实现

3.1  QR二维码识别实现

QR二维码识别主要分为图像采集和QR识别译码两部分，在该清点器中二维码的识别采用开源ZBar二维码识别库，可以较完整地支持Linux，同时，可实现对条码实时扫描，识别速度较快。本文中为保证开源ZBar二维码识别库的稳定使用，需要对ZBar库下载并移植到嵌入式设备下，配置好软连接，便可稳定使用。

3.2  数据同步及安全传输的实现

为了提高数据传输的便利性及执行效率，本文中对SSH传输方式进行了传输过程的优化处理。利用SSH公钥[5]的生成与配对机制，将PC端服务器与清点器扫描设备下的SSH公钥进行配对，建立永久的传输链接，配置过程为在服务器下生成SSH公钥与密钥对，并将该公钥添加到嵌入式系统的文件中。此时，在嵌入式设备中，使用SSH与scp命令时，再无需主机管理密码，可直接远程控制或传输。

4    应用效果

为测试二维码物品清点器的识别效果，本文在测试中共用了36张QR二维码图像，并将这些二维码图像按包含汉字、英文及数字3种二维码信息分组，每组12张二维码测试数据。针对测试环境的光线与二维码显示载体两种变量分别对这3组二维码图形进行测试，测试结果显示，该清点器在不同光线下识别精度差别较小，且在纸质载体与电子显示屏两种二维码载体下物品清点器的识别性能表现无较大差异。

5    结语

基于Linux的无线物联QR二维码物品清点器具有以下优点。

（1）采用QT开发人性化界面，扩展性与稳定性好，操作简单，用户可以方便使用，体验较好。

（2）实现了QR二维码的机器快速识别代替纯人工识别，使物品清点的准确率及效率得到提升，符合物联网下对二维码识别高效性、准确性的需求。

（3）实现扫描数据向数据库管理系统的同步上传，进而实现对物品的追溯及智能管理。

[参考文献]

[1]雷方杰.基于android嵌入式平台的QR码识别系统的设计与实现[D].广州：广东工业大学，2012.

[2]RUSS A.Two dimensional bar codes[J].Adams Cemmunieafion，2002（4）：15-18.

[3]黃鑫.基于QR二维码的医学装备信息化管理[J].中国医疗设备，2019（1）：98-100，105.

[4]侯亚楠.彩色QR码编码解码算法的研究与实现[D].西安：西安理工大学，2017.

[5]刘韬.SSH协议公钥登录的配置与应用[J].现代工业经济和信息化，2016（18）：98-100.

Development of wireless IoT QR code item inventor  based on Linux

Li Yu1， Yang Yonggang2

（1.College of Information Science and Engineering， Lanzhou University， Lanzhou 730107， China;

2.College of Electronic Information and Automation， Tianjin University of Science and Technology， Tianjin 300222， China）

Abstract：To solve the problem of poor portability of traditional barcode recognizer and not supporting QR two-dimensional code recognition， a wireless couplet QR two-dimensional code item counter based on Linux was designed. Embedded operating system was built based on Linux kernel. Open source ZBar two-dimensional code recognition library was transplanted as two-dimensional code recognition library under the counter， and SSH secure transmission protocol was adopted to

realize data transmission between the counter and the server safely and steadily. The counter can recognize two-dimensional codes in real time and efficiently， the recognition results can be clearly displayed on the software interface. The counter has good scanner effect and practicability， and can be widely used in material inventory， and many other Internet of Things occasions.

Key words：QR code; Linux kernel; embedded system; secure transmission