數(shù)字指示秤作弊檢測系統(tǒng)的設(shè)計

李曉新

哈爾濱市計量檢定測試院 黑龍江哈爾濱 150036

古往今來，秤一直是人們交易衡量得失的重要工具，在人們?nèi)粘ＹQ(mào)易生活中有著至關(guān)重要的社會地位。數(shù)字指示秤是社會發(fā)展、時代進步的產(chǎn)物，它代替了古老而傳統(tǒng)的秤，成功走入大眾生活，變得更加準(zhǔn)確且簡單直觀[1]。但是市場上使用的數(shù)字指示秤存在很多不良競爭現(xiàn)象，因此對于數(shù)字指示秤的計量檢定工作還有待改善。下面分析了數(shù)字指示秤的規(guī)范使用在市場中的重要性。

1 數(shù)字指示秤概述及計量檢定的重要性

數(shù)字指示秤是一種非自動秤，其性能表現(xiàn)出顯示直觀明確、精準(zhǔn)度高、方便操作等優(yōu)點。數(shù)字指示秤在我們生活中非常常見，比如電子秤、地上衡等都是數(shù)字指示秤。在稱重貨物上，數(shù)字指示秤發(fā)揮了良好的功效。在農(nóng)貿(mào)市場和企業(yè)工廠等地方對數(shù)字指示秤的使用非常廣泛，已經(jīng)逐漸占據(jù)了市場的主導(dǎo)地位。

數(shù)字指示秤作為測量儀器，其工作部件在長期使用的過程中會造成不同程度的損壞和老化等導(dǎo)致稱重時出現(xiàn)測量不準(zhǔn)的情況出現(xiàn)，也有可能是運輸途中因為顛簸導(dǎo)致數(shù)字指示秤的正常使用受到影響。所以，不管是全新的秤還是長期使用的秤都應(yīng)該進行計量檢定，并且需要根據(jù)國家檢定規(guī)程開展逐項檢查和校準(zhǔn)，以保障數(shù)字指示秤能夠得到合理使用，杜絕由于稱量問題帶來的貿(mào)易問題，讓雙方的合法權(quán)益得到有效保障，因此數(shù)字指示秤的計量檢定工作非常重要。

2 數(shù)字指示秤防作弊檢測平臺概述

數(shù)字指示秤防作弊檢測平臺主要分為軟件設(shè)計、硬件設(shè)計以及云端數(shù)據(jù)庫的管理。基本工作原理：云端服務(wù)器接收到待檢秤信息后，根據(jù)待檢秤型號、所處地域等計算出高危作弊碼序列傳送至現(xiàn)場檢測設(shè)備。檢測設(shè)備模擬載荷輸入一定質(zhì)量所對應(yīng)的電信號，然后模擬電子秤鍵盤，順次輸入云端服務(wù)器智能選擇的高危作弊碼，使用圖像識別設(shè)備捕捉電子秤的屏幕顯示值。再經(jīng)檢測軟件中的數(shù)學(xué)建模分析，根據(jù)概率值由高到低排列出作弊碼可能的組合方式，采用窮舉法對電子秤進行檢測，暴力破解電子秤的作弊碼。最后將作弊碼和電子秤信息上傳至云端數(shù)據(jù)庫，由云端服務(wù)器統(tǒng)一儲存。

2.1 軟件系統(tǒng)架構(gòu)

軟件系統(tǒng)架構(gòu)分為展示層、業(yè)務(wù)層、內(nèi)核層以及硬件層。

2.2 流程和功能設(shè)計

2.2.1 檢測碼的輸入

（1）單條輸入：用戶手動輸入檢測碼。

（2）文件輸入：用戶選擇包含多條檢測碼的txt 格式文件，進行批處理檢測。

（3）算法生成：運用設(shè)計算法機制自動生成多條檢測碼，進行批處理。

2.2.2 圖像處理

（1）轉(zhuǎn)為灰度圖。

（2）二值化。采用最大類間方差法，使圖像錯分的概率最小化。

（3）圖像去噪。圖像處理中所涉及的噪聲：椒鹽噪聲：圖像切割引起的即黑圖像上的白點，白圖像上的黑點噪聲與周圍各點的灰度值差異較大。去噪方法采用高斯濾波法。

（4）圖像傾斜變換。根據(jù)圖像特征識別出圖像傾斜角度和傾斜方向。

（5）圖像分割。采用連通域文本分割法和投影法文本分割法。

2.2.3 圖像識別

采用基于自適應(yīng)閾值優(yōu)化的穿線法圖像識別算法，先對數(shù)字圖像進行灰度化和二值化，將數(shù)字變?yōu)榘咨尘白優(yōu)楹谏?，然后利用穿線法，對abcdefg7 個區(qū)域依次穿線。

2.2.4 數(shù)字指示秤模擬信號的輸入

（1）通過模擬信號來復(fù)現(xiàn)電子秤的某一重量。

（2）通過接口向電子秤上發(fā)射檢測碼，開發(fā)板將其轉(zhuǎn)化為電子秤所能識別的信號，獲取電子秤數(shù)顯圖像。

（3）通過識別處理電子秤數(shù)顯圖像，并與之前的質(zhì)量作比較，來判定所發(fā)射的檢測碼是否為作弊碼。

3 硬件設(shè)計

硬件設(shè)計內(nèi)容主要包括數(shù)字指示秤的模擬鍵盤設(shè)計，空盤重量模擬以及圖像捕捉設(shè)備。

設(shè)計流程為：選擇適當(dāng)?shù)挠布脚_，提供相應(yīng)的開發(fā)板；匹配Linux 操作系統(tǒng)及驅(qū)動；完成作弊秤虛擬鍵盤模擬，將鍵值封裝成函數(shù)或庫供軟件調(diào)用；提供常見無線收發(fā)模塊，匹配發(fā)射頻率；與軟件溝通來定義最終硬件功能。

3.1 模擬鍵盤設(shè)計

在作弊秤測試中，人工按鍵是費時費力的事情。本設(shè)計主要完成計算機模擬鍵盤輸入。在本設(shè)計中采用RK3399 控制模擬開關(guān)芯片實現(xiàn)電路通斷的操作。在設(shè)計中采用了四片CD4051，實現(xiàn)了4×6 路矩陣鍵盤按鍵模擬，CD4051 是八選一的模擬開關(guān)。

（1）自學(xué)習(xí)功能的原因。筆者檢測不同廠家的電子秤，鍵盤上的名字和位置（M 排N 列）并不相同。位置不同決定控制模擬開關(guān)的選通信號不同?？梢酝ㄟ^名字找到鍵盤的相應(yīng)按鍵，但是不知道相應(yīng)的位置。通過自學(xué)習(xí)功能產(chǎn)生一個廠家的特定型號電子秤的鍵盤名字和位置對應(yīng)文件，在測試中使用。

（2）自學(xué)習(xí)功能的實現(xiàn)方法。需要把電子秤的鍵盤連接到制作的開發(fā)板上的GPIO，輸入鍵盤名字后啟動鍵盤掃描程序，然后按相應(yīng)名字的按鍵，掃描程序返回位置碼，存儲。再重復(fù)操作，直到全部按鍵輸入完成，產(chǎn)生一個文件[2-3]。

3.2 空盤電信號模擬

因在尋找“作弊碼”的過程中，會輸入“去皮”、“清零”，此時放置在托盤上的砝碼重量會當(dāng)作皮重被系統(tǒng)清掉。即輸入“去皮”、“清零”后，秤上重量的顯示為“0”，無法進行后面的圖像識別（無法再根據(jù)重量判斷輸入的作弊碼是否正確）。那么需要模擬空盤電信號，在輸入“去皮”、“清零”前，將HX7XXAD 的輸入端切換至模擬空盤電信號，在輸入“去皮”、“清零”后，將HX7XXAD 的輸入端切換至模擬空盤電信號，在輸入“去皮”、“清零”后，將HX7XXAD 的輸入端再切換回測力傳感器。即保留“去皮”、“清零”的鍵值，去掉“去皮”、“清零”的功能。