动态二维码在多联机空调系统中的应用

2021-04-09赖东锋叶铁英张光旭

日用电器 2021年2期

关键词：联机码元二维码

赖东锋叶铁英杨都张光旭

（珠海格力电器股份有限公司珠海 519070）

引言

多联机空调系统（亦称多联机系统）是由一套空调室外机和多台空调室内机组成的空调系统[1]，用户可以通过线控器控制空调，以及获取空调的状态信息，常见的多联机系统的网络拓扑如图1所示。

图1 多联机系统的网络拓扑

随着二维码在不同领域的应用，人们享受到越来越多便利的服务，比如扫码支付、扫码查伪、扫码登录网站等[2]。越来越多的商品都会在包装上或者本体上贴一个纸质二维码，扫码可以获取商品相关信息[2]，但是获取的信息往往比较单一，比如扫码后只是进入商品对应公司的官网，或者商品相关的公众号等。

对于多联机空调，由于室外机安装于室外，室内机安装于天花或吊顶，如果在室外机或室内机机身上粘贴二维码，用户难以扫描；如果粘贴在用户说明书上，每次用户扫描二维码还要找出说明书，也不便于扫码；如果贴于线控器上，一是会影响线控器的外观，二是纸质的静态二维码包含的信息是固定的，二维码不能区分不同室内机的信息，也不能包含机组实时变化的状态信息，所以静态二维码能发挥的作用受到很大局限。另外，纸质二维码容易丢失和老化显示不清，影响用户体验。

所以，我们设计了多联机动态二维码应用系统，极大方便了多联机空调二维码的展示，扩充了二维码包含的信息，丰富了扫码后获得的增值功能和服务。

1 多联机动态二维码应用系统

多联机空调的室内机的控制器主板在出厂前，会进行条码烧录，每台室内机都有唯一的条码。通过二维码管理平台网站，将室内机的条码跟机型信息绑定，并将不同室内机机型的产品介绍、电子说明书、服务手册等信息上传至该平台。

多联机空调上电后，线控器通过多联机通讯网络获取室内机的条码，并在空调运行过程中，实时获取机组的状态信息，动态生成二维码，并将二维码显示在显示屏。

手机微信扫描二维码后，微信小程序获取该室内机的设备信息，通过二维码管理平台数据库进行机型匹配和信息获取，进而在微信小程序获取丰富的功能和服务，比如查看空调产品信息和说明书、一键报修、预约保养等。

多联机动态二维码应用系统框架如图2所示。

图2 多联机动态二维码应用系统框架

2 多联机动态二维码生成和显示

2.1 二维码设计

用于生成多联机动态二维码的数据中包含微信小程序根域名、内机条码、内机工程编号、故障信息、保养信息等字符串，线控器需要将这些字符串数据编码为二维码符号数据。

二维码有多种码制，多联机线控器动态二维码采用目前常用的QR Code（快速响应矩阵式二维码）。QR Code可以在小尺寸矩阵图形中存储大容量信息，支持不同类型的数据（包括数字、英文、汉字等）[2,3]。

QR码设有1到40的不同版本，每个版本都具备固有的码元结构（码元数，码元是指构成QR码的方形黑白点），从版本1（21码元×21码元）开始，在纵向和横向各自以4码元为单位递增，一直到版本40（177码元×177码元），版本越高，能存储的信息越多[4]。所以线控器的显示屏需有点阵显示区域，点阵分辨率至少为21×21，才能显示最小版本的二维码，且二维码包含的信息越多，需要越高版本的二维码，即需要越大分辨率的点阵屏。

QR码的各个版本能存储的字符数还跟字符类型和纠错级别有关，同一版本的QR Code采用数字或英文的字符类型时，比起二进制和汉字，可以存储更多的字符数[4]，所以线控器动态二维码包含的字符尽量采用数字或英文，或者两者混合，节省显示屏的点阵数。另外，QR Code有四种纠错级别，分别为“L”、“M”、“Q”、“H”，从左至右纠错级别依次提高，对于同一版本的QR Code，纠错级别越高，可以存储的字符数越少[5]，线控器动态二维码可以根据实际情况选择合适的纠错级别，如果线控器的显示屏有背光且显示的二维码很清晰，可以选择较低的纠错级别，否则应该选择较高的纠错级别，保证手机能正常扫描线控器二维码。

2.2 软件实现

线控器采用Libqren code软件库生成QR Code，Libqren code是一个用C语言编写的高效且紧凑的免费开源软件库，用于将数据编码为QR Code符号[6]。

线控器基于qrencode-3.4.4版本的Libqren code进行移植开发，Libqren code编译后需占用17.2k ROM和10.2 k RAM（基于MDK-ARM Professional Version: 5.18优化等级为0时的编译），所以需确保线控器的MCU有足够的ROM和RAM空间。

移植好Libqren code后，在应用程序中定义一个QR code结构体类型的指针变量，用于存储二维码的版本、宽度（即纵向和横向码元数）和数据，调用QR code_encodeString（）对需生成二维码的字符串进行编码，并将编码后的数据存储到定义的QR code类型变量中。调用QR code_encodeString（）时需输入二维码的版本、纠错级别、编码模式、是否区分大小写，根据实际情况进行赋值，二维码版本赋值为0时，QR Code编码算法会根据实际的字符数自动计算所需的版本。

QR Code编码完成后，根据编码后QR code类型变量存储的二维码宽度和数据进行数据解析并显示到点阵屏，对应的码元数据为0时显示白色点，码元数据为1时显示黑色点。根据点阵屏的分辨率和像素点的大小，可以用一个像素点或多个像素点（多个像素点需组成一个正方形点阵图案）表示一个码元。

线控器软件实现二维码生成和显示的流程图如图3所示。

图3 线控器二维码生成和显示软件实现流程图

2.3 信息加密

为了保证用户空调机组设备信息的安全性，防止设备信息被他人通过线控器二维码恶意获取和利用，线控器采用AES加密算法对二维码中的内机条码数据进行加密，即线控器二维码中的内机条码数据是经过AES加密后的数据，其他不存在安全风险的数据无需加密。AES（Advanced Encryption Standard,高级加密标准）是一种广泛使用的数据加密算法，具有安全、高效的良好性能，可以通过C语言实现[7]，对MCU资源占用小，适用于多联机线控器的单片机平台。

手机微信扫描线控器二维码后，微信小程序获取到的是经过加密的内机条码数据，需通过加密时相同的密钥进行AES数据解密，再利用解密后的内机条码从服务器获取对应空调机组的信息。

3 多联机动态二维码应用场景

3.1 多联机不同场景的二维码应用

根据空调的运行状态和使用人群，我们将动态二维码显示分为几种场景：正常场景、故障场景、保养场景、售后场景和调试场景，如图4所示。多联机室外机和室内机在不同运行状态下，发送不同的状态数据给对应的线控器，线控器再动态生成并显示对应场景的二维码。

图4 多联机动态二维码的应用场景

空调正常运行时，线控器显示正常场景二维码，二维码包含空调机组的条码，手机微信扫描二维码后进入微信小程序主页后，直接就能看到该室内机型号对应的产品页面，可以快速查看机型信息和说明书、查找附近商家或联系客服、进入产品配件商城、了解商家和品牌信息、反馈产品使用意见等。

空调有故障时，线控器显示故障代码和故障场景二维码，二维码包含空调故障信息，扫描故障场景二维码后可以直接进入微信小程序的故障指引页面，用户可以查看对应故障的详细说明，并通过该页面进入空调报修页面，实现快速故障报修，还可查询维修进度和收费标准。

空调需要保养时，线控器显示保养提醒图标和保养场景二维码，二维码包含空调机组的保养信息，扫描保养场景二维码后可以直接进入微信小程序的空调保养预约页面，用户可以快速查看保养项目、收费标准，并进行服务预约。

对于售后人员，在安装调试或维修保养多联机过程中，可以通过线控器隐藏的特殊操作（防止普通用户操作），让整个多联机系统中的所有线控器显示售后或调试场景二维码。售后人员扫描售后场景二维码后，进入微信小程序的售后服务页面，可以快速获取机组条码信息（用于机组解密或信息确认），方便地查看对应空调机型的故障排查指南、技术服务手册、服务收费标准、维修保养操作规范等，极大提高售后服务的效率。另外，多联机如果用到集控系统，需要将每台室内机的编号和所在房间对应起来，售后人员调试的时候扫描调试场景二维码，可以快速录入室内机编号和房间号的对应信息，方便了多联机集控系统的安装调试。