İkili çizgisel kodların incelenmesi ve genel amaçlı kod okuyucu tasarımı

Abstract

IV ÖZET Bu çalışmanın amaçlarından biri ikili çizgisel kodlar için genel kod çözme algoritmaları oluşturarak bu algoritmalar üzerindeki bozucu etkileri incelemektir. Ça lışmanın diğer bir amacı da sınama karakterinin belirlen mesinde veri aktarma doğruluk oranını en üst düzeye yüksel tecek yöntemi araştırmaktır. Ayrıca, değişik kodlar arasın da mesajın yazılı olduŞu kodu herhangi bir ek veri gerek- meksizin kendiliğinden tanıyarak mesajın okunmasını sağla yan genel amaçlı çizgisel kod okuyucu tasarlayıp gerçek leştirmek de bu çalışmanın amaçları arasında yer almakta dır. İkili çizgisel kodlardan, verilerin bilgisaya- ra iletilmesinde çok yüksek doğruluk oranı sağlaması, pra tik ve ucuz kayıt ortamları kullanılabilmesi ve kod çözümü için mekanik düzen gerektirmemesi gibi nedenlerle endüstri de yaygın olarak yararlanılmaktadır. Çalışmamızda ikili kod lar konusunda yayınlanmış kod çözme yöntemleri irdelenmiş ve kullanılan yöntemlerin tüm kodlar için geçerli olan ve tarafımızdan geliştirilen iki algoritmadan birine indirgene bileceği gösterilmiştir. Bu algoritmalardan birinde optik kalemin ürettiği kod elemanlarına ilişkin elektriksel darbesürelerinin birbirleri ile karşılaştırılması yolu ile eleman göresel kalınlıklarının belirlenmesi sağlanmaktadır. Diğerih- de ise bu darbe süreleri bir karakter ortalama modül süresi ile karşılaştırılarak sonucu gidilmektedir. `Ardışıl Karşılaş tırma Algoritması` ve `Modül Algoritması` olarak isimlen dirdiğimiz söz konuşu genel algoritmaların, i) optik kalemin fiziksel yapısından,` '`..' V'ü) mesaj tarama hızı değişiminden, iii) eleman kalınlık değişiminden kaynaklanan bozucu etkilere karşı hata bağışıklıkları karşı laştırmalı olarak ayrıntılı biçimde incelenmiş ve modül al goritmasının bu açıdan belirgin bir üstünlük taşıdığı saptan mıştır./ Çalışmamızda ayrıca çizgisel kodlamada okuma ha talarını azaltma yöntemleri üzerinde durulmuştur. Bu yöntem lerden biri toplama smamasıdır. Toplama sınaması yöntemin de çizgisel kodlu mesajın yanlış okunma olasılığını azaltmak için mesaj karakterlerine ağırlık katsayıları iliştirilir. Bugünkü uygulamada bu katsayıların gelişigüzel seçildiği göz lenmiştir. Çalışmamızda ağırlık katsayılarının en iyi şekil de ve sistemli olarak seçilmesini sağlayan ve böylelikle yan lış okuma olasılığını en alt düzeye indiren bir yöntem öne rilmektedir. Bu yöntem benzer desenli karakter çiftlerinin birbiriyle karıştırılma olasılığının hesaplanmasına dayan maktadır.VI Ayrıca bu çalışmanın diğer bir katkısı da, biri ASCII karakter kümesini, diğeri ondalık rakam kümesini en az kod elemanı ile kodlama özelliği taşıyan iki yeni hata secici kodun önerilmesidir. İncelemelerimizin sonucu olarak tarafımızdan iki ayrı genel amaçlı çizgfsel kod okuyucu tasarlanmış ve gerçekleştirilmiştir. 10 değişik kodda yazılı mesajları çözebilen bu okuyuculardan biri değişik kodlar içinde mesajın yazılı olduğu kodu tanıyarak doğrudan okuma özelliği taşı maktadır. Diğeri ise mesaj dışında kod dışı çizgilerin bulun ması durumunda da başarılı okuma olanağı sağlamaktadır. Tasarlanan kod okuyucular, bu özellikleriyle orijinal birer cihaz niteliğindedir.

VII Z ü S A MM EN F A S S ü N G s Strichkodierung hat sich in neuerer Zeit besonders in Anwendungsbereichen wie, i) Ein- und Ausgangskontrolle von Waren in Lagern und Betrieben, ii) Kontrolle des Arbeitsflusses und Personals in Industrie/ iii) Softwarespeicherung für Mikrorechner,durchgesetzt. In diesen Bereichen existieren auch andere Rechner - Lngabemöglichkeiten wie Tastatur, Magnet und Papierbandleser. Xedoch weist Strichkodierung gegenüber jenen Eingabeverf ahren Eolgende Vorteile aufs i) Erzielung von âusserst hoher Einlesesicherheit. Ln Dateieingabe, ii) Benützung von billigen und praktischen Speichennedien, iii) Entschlüsseluhg ohne mechanische Mittel. Das Ziel dieser Arbeit war es zunâchst, aus den Entschiüsselungsalgorithmen für einzelne Codes allgemein fültige Algoritmen für diskrete und kontinuierliche Strichcodes iu entwickeln, die Störsicherheit dieser Entschlüsselungsalgorith- imen zu analysierenund optimales Prüfzifferberechunungsverf ahren >u errors chen. Ein weiteres Ziel der Arbeit war es, Strichcodeleser i u.entwerfen und zu verwirklichen, die imstande sind, den wahren öde der Zeichenfolge aus vielen möglichen Codes zu erkennen,VIII ünreinheiten auf der Zeichenf lâche zu filtern und mit einem einzigen allgemeinen Entschlüsselungsalgorithmus eine grosse Anzahl der Strichcode-Typen einzulesen.. im ersten Abschnitt dieser Arbeit werden die wichtigsten Anwendungsbereiche der Strichcodes erwahnt, der Aufbau dieser Codes angegeben, die Entwicklung der Strich- kodierungstechnik beschrieben und die Ziele und der Inhalt der Arbeit bekarın tgegeben. Im nachsten Abschnitt werden Strichcodes, die mit Hilfe der Zeitintervallmessung entschlüsselt werden können, klassifiziert, und manche veröf fentliçhte Bntsohlüsselungsal- gorithmen für diese Art der Strichcodes angegeben. Die Abhângigkeit dieser Algorithmen von dem zugehörigen Code ist ein wichtiger Nachteil, weil jeder Code einzeln programmiert werden muss. In dem selben Abschnitt werden zwei allgemeine Entschlüsselungsalgorithmen entwickelt, die für aile Strichcodes mit zwei verschiedenen Codeelementen (breit und schmal)gültig sind. Einer dieser Algorithmen (`Sequentieller Vergleichsalgo- rithmus`) beruht auf dem sequentiellen Vergleich der durch einen Lichtstift ausgemessenen Breiten der Balken und der Zwischenraume un tere in an der. In dem nachsten allgemeinen Algorithmus (`Modulalgorithmus`) wird aus den ausgemessenen Breiten der Codeelemente eines `Charakters` (kodiertes alfa- numerisches Zeichen) eine durchschnittliche `Modulbreite` /. IX berechnet, und durch den Vergleich dieser berechneten Breite mit den ausgemessenen Breiten werden breite und schmale Codeelemente des Charakters underschieden. In diesem Abschnitt werden auch zum Fil tern der Unreinheiten yor öder nach der strichkodierten Charakterfolge zwei allğemeine Start-/ Stoppzeichensuchalgorithmen vorgeschlagen. Der dritte Abschnitt der Arbeit 1st der Analyse der wichtigsten Störguellen, die auf die Lesesicherheit der Entschlüsselıangsalgorithmen wirken, gewidmet. Durch die Behandlung der Störef fekte des physikalischen Aufbaus des Lichtstiftes, der Geschwindigkeitsanderung beim Durchziehen der Strichfolge, der Ein-und Ausbuchtung der Balken wird es gezeigt, dass von den beiden entwickelten Entschlüsselungs- algorithmen der Modulalgorithmus bessere Leseerfolge hat» in dieser Behandlung wird es auch berücksichtigt, dass das Verhâltnis der breiten und schmalen Codeelemente zwischen zwei und drei variieren darf. im vierten Abschnitt werden die Grundregeln für das optimale Prüfzifferberechnungsverf ahren aufgestellt.Die Prüfziffer dient dazup Einlesefehler festzustellen.Ihre Berechnung wird ungewichtet öder mit verschiedenen Gewichts fak tören durchgeführt. In diesem Abschnitt wird es 1» ermıttelt, dass die gewahlten Gewichts f aktören auf die Lesefehlerrate wirken. im selben Abschnitt wird auch ein Verf ahren angegeben, um von der `Verwechslungswahrscheinlichkeit der charakterstrichmuster beim Einlesen` ausgehend dieoptimalen (die Fehlerrate minimi e renden) Gewichtsfaktoren zu finden. Bei der Anwendung des e rm itte İten Verfahrens für den Code `2 aus 5 mit drei Strichen` hat es sich herausgestellt, dass die optimalen Gewichtsfaktoren.für diesen Code (1,2,4) Oder (2,3,4) sind. Dennoch wurden bisher fur diesen Code, in der Prüf zifferberechnung entweder die Gewichtsfaktoren (1,2) oder (1,3) gewahlt. Beide Berech- nungsverfahren ergeben höhere Fehlerrate als das vorgesch- lagene. im f ünf ten- Abschnitt warden die Hardware- und Softwareeigenschaften der allgemeinen Strichcodeleser, die in dieser Arbeit entworfen und verwirklicht worden sind, beschrieben. Die zur Zeit erhâltlichen Strichcodeleser weisen geme ins am zwei Nachteile auf : Erstens wird für jeden Code e in anderes Entschlüsşelungsprogramm erstellt, was ausserst aufwendig ist; und zwei tens ist das Einlesen der Charakterfolge unmöglich, wenn vor oder nach dem Start-/Stoppzeichen Onreinheiten wie Etikettrand-striche auftreten. Zur Beseitigung dieser Nachteile wird zum e inen eine Start-/Stoppzeichensuchroutine im Eihleseprogramm eingebaut, wodurch gleich gute Resultate erzielt werden, auch wenn Unreinheiten durohgezogen sind; und zum anderen ermöglicht der Modulalgoritmus, der die geme ins amen Codecharakteristiken in Betracht zieht,die Entschlüsselung von alien kontinuierlichen und diskreten Codes.XI `Programntierbarer Leser`, der erste von den in dieser Arbeit entwickelten Strichcodelesern, besteht im wesentlichen nur aus einem Ein-Chip-Mikrorechner (Intel 8741A). Dieser Leser ermöglicht mittels preiswerter Hardware die Entschlüsselung von zehn verschiedenen Codes mit dem. selben Algorithmus. Dabei wird auch eine befriedigende Hochstgeschwindigkeit errungen. Die Betatigung der Schalterkom bination auf dem Leser oder die Codespezifikationsangabe von einem angekoppelten Terminal gewahrleistet die Behandlung der Charakterfolge dem erwunsohten Code gemass. Des nachste Leser `Auto-Code-Erkenner`wurde auf einer Mikrorechnerplatine (Texas Instruments TM 990/189), realisiert. Dieser Leser erkennt automatisch den Code der Charakterfolge und entschlüsselt mit dem selben Algorithmus neun verschiedene Codes. Auto-Code-Erkenner gewahrleistet auch die Abs'chaffung der Einlesegeschwindigkeitsbegrenzung, die die Entschlüsselungsalgorithmen hervorrufen.Dazu werden die Zeitintervalle, die den Breiten der Codeelemente entsprechen, mit Hilfe einer Unterbrechungs routine eingespeichert, wkhrend die notwendigen Berechnungen zur Entschlüsselung des Codes mit dem Hauptprogramm durchgeführt werden o Der letzte Abschnitte der Arbeit ist der Diskussiant der erzielten Resultate gewidmet.. In den Anhangen der Arbeit werden zwei automatisch Einlesefehler f eststellende Codes mit mSglichstr kurzen Code-XII mustern vörgeschlagen, wobei der eine für die Kodierung der dezimalen Ziffefn und der andsre fiir die Kodierung der ASCII Zeichen geeignet sind (Anhang 1), und die Berechnung der maximalen Beschleunigung des Lesestiftes fiir die beiden entwickelten Algorithmen (Modul- und sequentieller Vergleichs algorithmus) angegeben (Anhang 2). i