基于樹莓派的車載二維碼掃描識別系統的設計

邱雅凱里學院物理與電子工程學院

基于樹莓派的車載二維碼掃描識別系統的設計

邱雅
凱里學院物理與電子工程學院

樹莓派Raspberry Pi自推出第一款產品以來，因其支持多語言編程、功能強大，便于攜帶且性價比高的特點，受到了廣大電子發燒友的青睞。樹莓派設計的初衷是為了激發學生學習編程的樂趣，而不僅僅是強調電子產品的娛樂功能。產品之所以取名“Raspberry”，是為了向其他以水果命名的電子產品公司致敬，而“Pi”則強調了最適合該產品編程的語言是Python，除此之外，樹莓派還支持Java、C等其他編程語言，使學生體驗其開發的高效和語言環境的多樣性。樹莓派靈巧的機身和強大的拓展性，使其可應用于多個領域，樹莓派掃描二維碼識別系統，就是樹莓派在公共交通服務領域上的新實踐。同樣，二維碼作為物聯網應用領域一項十分重要的技術，現階段的二維碼多用于公共生活服務領域，例如購物信息識別、身份驗證、物品管理、物流追蹤、書籍借閱等。由于應用領域比較單一，其眾多優點使其在可預見的未來內前景寬廣。例如當車輛行進到某個區域時，可通過該系統掃描識別噴繪于地面上的二維碼，使用短信API接口通過服務器將停車信息發送到用戶手機，使二維碼發揮在公共交通服務領域的功能[1]。

1　系統原理

目前樹莓派推出A、A+、B、B+四個版本，本設計選用B+型，具有512M運行內存，硬盤內存8G。基于樹莓派B+型的車載二維碼掃描識別系統，搭載Linux系統，使用樹莓派支持的基礎語言Py?thon進行設計，運用于公共交通服務領域。當用戶需要駕駛車輛去公共生活服務場所時，若在停車場收費處或車位地面噴繪二維碼圖案，用戶即可通過樹莓派二維碼掃描識別系統，更加便利地獲取停車信息（包含具體停車時刻，免費停車時長，收費情況等），利用短信API接口技術服務器將自動發送信息到用戶手機，提醒用戶注意免費停車時長和收費情況，為用戶獲取停車信息提供更加便捷的方式，提高工作效率，避免人工服務出現的失誤。

2　系統設計

2.1硬件環境搭建

⑴在樹莓派SD卡上安裝Linux系統，使之成為一個卡片式大小的開發板，為后續開發提供平臺；⑵裝載路由器，將寬帶接輸入端口（通常標識為WAN），登錄路由器設置頁面192.168.1.1，配置路由器后保存信息，注意輸出端口一端接樹莓派，另一端接操作電腦，該步驟的目的是為了保持樹莓派和操作電腦位于同一網段；⑶將攝像頭接入USB接口，用于該系統實現二維碼掃描識別功能。

2.2軟件設計

見圖1。

⑴樹莓派啟動配置模塊：①安裝ssh軟件putty.exe用于遠程登錄樹莓派，令所有操作都在一個控制面板中實現，在后續工作中便于操作電腦對樹莓派執行命令；②更改樹莓派原有的鏡像源，原有鏡像源位于國外，將鏡像源更改為國內地址有助于提升服務器的下載速度，為在中西部地區特別是教育網能達到較理想的速度本設計選用重慶大學鏡像源；③安裝python-imaging圖形處理軟件、二維碼掃描識別工具zbar-tools及生成二維碼的支持庫python-py?game，用于支持樹莓派掃描識別二維碼的工作；④在操作電腦上安裝VNC軟件遠程登錄樹莓派桌面，便于操作。

⑵系統掃描模塊：編寫的腳本test.py和qrcode.py能夠使用攝像頭對二維碼信息進行掃描和識別，test.py文件中說明樹莓派每執行一次命令就進行一次二維碼識別，并且該過程持續不斷直到識讀出信息為止。

⑶系統識別模塊：該模塊是整個樹莓派車載二維碼掃描識別系統的核心，為了在后續工作中能夠更好地使用，將其編譯成庫文件。圖像預處理是對原始信息經遙感器技術和幾何技術等前期處理，將QR碼轉換為字符數據輸出。在此拓展二維碼識別過程原理：①原始圖像經過灰度圖像的二值化處理，即像素值只有“0”和“255”的圖像，再由降噪處理過濾污染的噪聲，注意選取適當的閥值，提高在不同光照條件下的識別率；②使用邊緣檢測技術選取合適的檢測算子對圖像信息進行分割，再對數字圖像的幾何特征獲取使用輪廓檢測技術，常用方法有Radon變換和Hough變換，最后進行畸變矯正處理，使失真圖像信息也可被識別；③計算出編碼區后，就可獲取二維碼版本及格式信息；④按照相關譯碼標準得出數據字符并輸出識別結果。

⑷信息傳輸模塊：API（Application Program Interface）應用程序接口集合一組程序、定義及協議，通過API接口提供通用功能集，可實現計算機軟件相互通信。選擇短信API接口技術能夠確保信息發送的準確性和實效性，真正做到隨需應變，功能強大的開發包也支持多種語言開發和系統操作，使用更加便利。

使用Python語言編寫腳本文件，調用PHP接口文件，向短信服務器提交企業ID，企業賬號，密碼，發送內容及發送號碼等信息，當系統掃描識別二維碼時，服務器將會自動發送相關的停車信息到用戶手機。在本設計中使用短信API接口，為系統提供短信服務支撐，通過使用開發的API函數應用程序，可減輕編程任務，系統自行調用，免去復雜而無用的中間環節實現不同平臺的數據共享。

圖1　軟件設計流程圖

3　系統測試

3.1樹莓派啟動配置

⑴插入寫有Linux系統的SD卡，接通電源，樹莓派會自動顯示開機界面。使用ssh客戶端軟件putty.exe遠程登錄樹莓派，輸入設定的IP地址192.168.1.50進入樹莓派的登錄界面，輸入用戶名pi和設定的密碼。

⑵更換鏡像源根據樹莓派官方提供的鏡像源，本設計選用重慶大學鏡像源http://mirrors.cqu.edu.cn/Raspbian/raspbian/；使用na?no命令編輯，鍵入nano/etc/apt/sources.list進入編輯界面：①備份源列表，命令cd/etc/apt、cp sources.list sources.list_back；②更改為重慶大學鏡像源命令deb http://mirrors.cqu.edu.cn/raspbian/raspbi-anwheezymaincontribnon-freerpi；③使用Ctrl+O保存更改鏡像源文件，Ctrl+X退出nano編輯器；④執行apt-get update命令更新軟件源，鍵入apt-get up-grade命令進行軟件更新。

⑶Raspberry Pi自身支持Python的開發環境，只需外接攝像頭，就能使用Python對二維碼圖像進行創建和識別，在此之前，需安裝如下工具：①安裝基于Python語言的圖像處理庫文件，用于樹莓派對識別的二維碼進行圖像處理，鍵入sudo apt-get install py?thon-imaging；②安裝二維碼掃描識別器，鍵入sudo apt-get install zbar-tools用于對二維碼圖像的抓取，和二維碼信息的識別；③安裝生成二維碼的支持庫，鍵入sudo apt-get install python-pygame，用于識別和創建二維碼。

⑷使用Python語言編寫二維碼開發包，創建二維碼生成文件qrcode.py內容

創建主文件main.py內容如下：

3.2二維碼掃描

⑴重啟樹莓派鍵入sudo reboot命令；⑵鍵入./StartVNCServer. sh開啟VNC遠程控制樹莓派桌面的服務；⑶點擊VNC輸入IP地址192.168.1.1和密碼，點擊樹莓派遠程桌面上的LXTerrninal圖標。

3.3二維碼識別

將測試二維碼騰訊新聞手機客戶端打印出來，置于攝像頭下。調整周圍環境的亮度，將二維碼圖像至于掃描框中間位置，輸入zbarcam--raw/dev/video0命令，開啟識別二維碼的程序，在二維碼圖像識別過程中可不斷小幅移動二維碼圖像至最佳位置，2分鐘左右即可獲取到二維碼信息，測試結果如圖2。

圖2　騰訊新聞手機客戶端測試結果

3.4信息傳輸

⑴調用二次開發PHP接口創建提交短信腳本news.py：

即可在提前設定的手機上收到含有停車信息的內容如圖3：

圖3　短信測試結果

4　結語

樹莓派是近幾年興起的新型電子設備，因為小巧，便捷，性價比高，功能強大等特點受到廣大電子發燒友的喜愛。在當代社會生活中，超市付款、手機APP推廣、身份識別二維碼的應用都無處不在，但在車聯網的應用上卻寥寥無幾。同樣，在公共交通服務領域中，若能利用其強大的信息儲藏能力，將為車主提供非常便捷的停車信息獲取方式。本設計采用Python語言作為基礎，實現二維碼掃描識別功能是一個創新之處，并且在獲取二維碼信息之后使用與時俱進的短信API接口技術，服務器將自動發送停車信息到用戶手機終端，對用戶是一種全新的體驗，其應用前景不言而喻。

通過測試產生的結果和實踐應用證明，樹莓派二維碼掃描識別系統能夠在短時間內、準確識別二維碼信息，并且用戶能夠通過短信API接口技術接收到關于停車信息的短信。但在系統測試過程中發現，識別對環境的要求較高如光線亮度、對比度，且二維碼圖案的復雜程度也會影響識別成功率。若能進一步完善功能，該系統可在停車場內實施監控，智能家居系統中得到應用，或在農業實踐中記錄作物生長規律等領域得到拓展。

[1]楊旭煒，盛曉亮.基于樹莓派實現的車載二維碼掃描識別系統[J].數字技術與應用，2015(3)：16.

The design of raspberry pi vehicle identification system based on two-dimensional code scanning

QIU Ya
School of Physics and Electronic Engineering,Kaili University

對于二維碼在公共交通服務領域上使用的問題，本設計基于嵌入式Linux設備--樹莓派設計一套車載二維碼掃描識別系統。創新之處是采用樹莓派的基礎語言Python進行設計，實現樹莓派掃描識別二維碼信息的功能。當用戶駕駛車輛在停車過程中使用該設備掃描識別二維碼時，短信API接口能通過服務器自動為用戶發送停車信息提醒用戶注意停車時長和收費情況。

樹莓派；二維碼；Python；Linux；嵌入式系統；物聯網；車載輔助設備

Regarding to the problems in using two-dimensional QR code on the public transportation service area,a vehicle two-di?mensional QR code scanning recognition system is designed as a reso?lution.This design is based on Embedded Linux device-raspberry Pi.In this innovation,raspberry Pi uses Python as its basic language, to implement its function-scanning and recognizing two-dimen?sional QR code information.When the user is parking a vehicle in the parking lot,he/she can use the device to scan and identify the two-dimensional QR code.The messenger API interface will auto?matically send the parking information to the user through the server, for reminding the user to pay attention to the parking duration and the charges of the parking lot.

Raspberry Pi;QR code;Python;Linux;Embedded System;IOT;Vehicle mounted auxiliary equipment

邱雅（1993-）,女，福建廈門人，本科在讀，學生，研究方向：電子技術。