數字指示秤作弊檢測系統的設計

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，在人們日常貿易生活中有著至關重要的社會地位。數字指示秤是社會發展、時代進步的產物，它代替了古老而傳統的秤，成功走入大眾生活，變得更加準確且簡單直觀[1]。但是市場上使用的數字指示秤存在很多不良競爭現象，因此對于數字指示秤的計量檢定工作還有待改善。下面分析了數字指示秤的規范使用在市場中的重要性。

1 數字指示秤概述及計量檢定的重要性

數字指示秤是一種非自動秤，其性能表現出顯示直觀明確、精準度高、方便操作等優點。數字指示秤在我們生活中非常常見，比如電子秤、地上衡等都是數字指示秤。在稱重貨物上，數字指示秤發揮了良好的功效。在農貿市場和企業工廠等地方對數字指示秤的使用非常廣泛，已經逐漸占據了市場的主導地位。

數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致稱重時出現測量不準的情況出現，也有可能是運輸途中因為顛簸導致數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該進行計量檢定，并且需要根據國家檢定規程開展逐項檢查和校準，以保障數字指示秤能夠得到合理使用，杜絕由于稱量問題帶來的貿易問題，讓雙方的合法權益得到有效保障，因此數字指示秤的計量檢定工作非常重要。

2 數字指示秤防作弊檢測平臺概述

數字指示秤防作弊檢測平臺主要分為軟件設計、硬件設計以及云端數據庫的管理。基本工作原理：云端服務器接收到待檢秤信息后，根據待檢秤型號、所處地域等計算出高危作弊碼序列傳送至現場檢測設備。檢測設備模擬載荷輸入一定質量所對應的電信號，然后模擬電子秤鍵盤，順次輸入云端服務器智能選擇的高危作弊碼，使用圖像識別設備捕捉電子秤的屏幕顯示值。再經檢測軟件中的數學建模分析，根據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據庫，由云端服務器統一儲存。

2.1 軟件系統架構

軟件系統架構分為展示層、業務層、內核層以及硬件層。

2.2 流程和功能設計

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

采用基于自適應閾值優化的穿線法圖像識別算法，先對數字圖像進行灰度化和二值化，將數字變為白色，背景變為黑色，然后利用穿線法，對abcdefg7 個區域依次穿線。

2.2.4 數字指示秤模擬信號的輸入

（1）通過模擬信號來復現電子秤的某一重量。

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

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

3 硬件設計

硬件設計內容主要包括數字指示秤的模擬鍵盤設計，空盤重量模擬以及圖像捕捉設備。

設計流程為：選擇適當的硬件平臺，提供相應的開發板；匹配Linux 操作系統及驅動；完成作弊秤虛擬鍵盤模擬，將鍵值封裝成函數或庫供軟件調用；提供常見無線收發模塊，匹配發射頻率；與軟件溝通來定義最終硬件功能。

3.1 模擬鍵盤設計

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

（1）自學習功能的原因。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的選通信號不同。可以通過名字找到鍵盤的相應按鍵，但是不知道相應的位置。通過自學習功能產生一個廠家的特定型號電子秤的鍵盤名字和位置對應文件，在測試中使用。

（2）自學習功能的實現方法。需要把電子秤的鍵盤連接到制作的開發板上的GPIO，輸入鍵盤名字后啟動鍵盤掃描程序，然后按相應名字的按鍵，掃描程序返回位置碼，存儲。再重復操作，直到全部按鍵輸入完成，產生一個文件[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作皮重被系統清掉。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。