条形码与二维码

简介

条形码和二维码是工业生产、物流仓储中的常见需求。WPF 应用通过 ZXing.Net 或 QRCoder 库可以生成和识别各种条形码（Code128、EAN-13）和二维码。结合工业相机或扫码枪，可以实现产品追溯、物料管理、质量追溯等功能。

特点

• 1.ZXing.Net — 支持几十种条码格式
• 2.QRCoder — 轻量级二维码生成
• 3.生成与识别 — 编码解码一体化
• 4.批量生成 — 支持大批量标签打印

二维码生成

QRCoder 生成

/// <summary>
/// QRCoder 二维码生成
/// </summary>
using QRCoder;

public static class QrCodeHelper
{
    // 生成 BitmapSource（WPF 使用）
    public static BitmapSource GenerateQrCode(string content, int pixelsPerModule = 10)
    {
        using var generator = new QRCodeGenerator();
        var qrCodeData = generator.CreateQrCode(content, QRCodeGenerator.ECCLevel.M);

        using var qrCode = new PngByteQRCode(qrCodeData);
        var qrCodeImage = qrCode.GetGraphic(pixelsPerModule);

        using var stream = new MemoryStream(qrCodeImage);
        var bitmap = new BitmapImage();
        bitmap.BeginInit();
        bitmap.StreamSource = stream;
        bitmap.CacheOption = BitmapCacheOption.OnLoad;
        bitmap.EndInit();
        bitmap.Freeze();
        return bitmap;
    }

    // 带颜色的二维码
    public static BitmapSource GenerateColoredQrCode(string content,
        Color darkColor, Color lightColor, int size = 200)
    {
        using var generator = new QRCodeGenerator();
        var qrCodeData = generator.CreateQrCode(content, QRCodeGenerator.ECCLevel.H);

        using var qrCode = new QRCode(qrCodeData);
        using var bitmap = qrCode.GetGraphic(
            pixelsPerModule: 5,
            darkColor: System.Drawing.Color.FromArgb(darkColor.A, darkColor.R, darkColor.G, darkColor.B),
            lightColor: System.Drawing.Color.FromArgb(lightColor.A, lightColor.R, lightColor.G, lightColor.B),
            drawQuietZones: true);

        return ConvertToBitmapSource(bitmap);
    }

    // 带Logo 的二维码
    public static BitmapSource GenerateWithLogo(string content, string logoPath, int size = 300)
    {
        using var generator = new QRCodeGenerator();
        var qrCodeData = generator.CreateQrCode(content, QRCodeGenerator.ECCLevel.H);

        using var logo = new System.Drawing.Bitmap(logoPath);
        using var qrCode = new QRCode(qrCodeData);
        using var bitmap = qrCode.GetGraphic(
            pixelsPerModule: 8,
            icon: logo,
            iconSizePercent: 15,
            iconBorderWidth: 2);

        return ConvertToBitmapSource(bitmap);
    }

    private static BitmapSource ConvertToBitmapSource(System.Drawing.Bitmap bitmap)
    {
        var hBitmap = bitmap.GetHbitmap();
        try
        {
            return Imaging.CreateBitmapSourceFromHBitmap(
                hBitmap, IntPtr.Zero, Int32Rect.Empty,
                BitmapSizeOptions.FromEmptyOptions());
        }
        finally
        {
            DeleteObject(hBitmap);
        }
    }

    [System.Runtime.InteropServices.DllImport("gdi32.dll")]
    private static extern bool DeleteObject(IntPtr hObject);
}

条形码生成

ZXing.Net 条码生成

/// <summary>
/// ZXing.Net 条形码生成
/// </summary>
using ZXing;
using ZXing.Common;

public static class BarcodeHelper
{
    // 生成 Code128 条形码
    public static BitmapSource GenerateCode128(string content, int width = 300, int height = 100)
    {
        var writer = new BarcodeWriter
        {
            Format = BarcodeFormat.CODE_128,
            Options = new EncodingOptions
            {
                Width = width,
                Height = height,
                Margin = 10,
                PureBarcode = false
            },
            Renderer = new BitmapRenderer()
        };

        // 添加文字
        var hints = new Dictionary<EncodeHintType, object>
        {
            { EncodeHintType.PURE_BARCODE, false }
        };

        using var bitmap = writer.Write(content);
        return ConvertToBitmapSource(bitmap);
    }

    // 生成 EAN-13
    public static BitmapSource GenerateEAN13(string content)
    {
        var writer = new BarcodeWriter
        {
            Format = BarcodeFormat.EAN_13,
            Options = new EncodingOptions
            {
                Width = 250,
                Height = 100,
                Margin = 10
            }
        };

        using var bitmap = writer.Write(content);
        return ConvertToBitmapSource(bitmap);
    }

    // 生成 DataMatrix
    public static BitmapSource GenerateDataMatrix(string content)
    {
        var writer = new BarcodeWriter
        {
            Format = BarcodeFormat.DATA_MATRIX,
            Options = new EncodingOptions
            {
                Width = 200,
                Height = 200,
                Margin = 5
            }
        };

        using var bitmap = writer.Write(content);
        return ConvertToBitmapSource(bitmap);
    }
}

条码识别

工业相机连续扫码

在产线场景中，需要通过工业相机连续采集图像并实时识别条码。以下是基于 MVVM 模式的完整实现。

/// <summary>
/// 产线扫码 ViewModel
/// </summary>
public class ScannerViewModel : ObservableObject, IDisposable
{
    private readonly BarcodeScanner _scanner;
    private CancellationTokenSource? _cts;

    private BitmapSource? _currentFrame;
    public BitmapSource? CurrentFrame
    {
        get => _currentFrame;
        set => SetProperty(ref _currentFrame, value);
    }

    private string _lastResult = "";
    public string LastResult
    {
        get => _lastResult;
        set => SetProperty(ref _lastResult, value);
    }

    private int _scanCount;
    public int ScanCount
    {
        get => _scanCount;
        set => SetProperty(ref _scanCount, value);
    }

    private bool _isScanning;
    public bool IsScanning
    {
        get => _isScanning;
        set => SetProperty(ref _isScanning, value);
    }

    public ICommand StartScanCommand { get; }
    public ICommand StopScanCommand { get; }

    public ScannerViewModel()
    {
        _scanner = new BarcodeScanner();
        StartScanCommand = new RelayCommand(StartScan, () => !IsScanning);
        StopScanCommand = new RelayCommand(StopScan, () => IsScanning);
    }

    private void StartScan()
    {
        IsScanning = true;
        _cts = new CancellationTokenSource();
        var token = _cts.Token;

        Task.Run(async () =>
        {
            while (!token.IsCancellationRequested)
            {
                try
                {
                    // 从相机获取帧（伪代码，实际对接相机 SDK）
                    var frameData = CaptureFrame();
                    if (frameData == null) continue;

                    // 解码
                    var result = _scanner.DecodeFromCameraFrame(
                        frameData.Data, frameData.Width, frameData.Height);

                    if (result != null)
                    {
                        // 切回 UI 线程更新
                        Application.Current.Dispatcher.Invoke(() =>
                        {
                            LastResult = result;
                            ScanCount++;
                            OnCodeScanned?.Invoke(result);
                        });
                    }

                    await Task.Delay(50, token); // 控制扫描频率
                }
                catch (OperationCanceledException) { break; }
                catch (Exception ex)
                {
                    // 日志记录，不中断扫描
                    System.Diagnostics.Debug.WriteLine($"扫码异常: {ex.Message}");
                }
            }
        }, token);
    }

    private void StopScan()
    {
        _cts?.Cancel();
        IsScanning = false;
    }

    public event Action<string>? OnCodeScanned;

    public void Dispose()
    {
        StopScan();
        _cts?.Dispose();
    }
}

扫码去重与防抖

产线扫码时，同一个码可能被多次扫描到，需要去重和防抖处理。

/// <summary>
/// 扫码去重器
/// </summary>
public class ScanDeduplicator
{
    private readonly TimeSpan _cooldownPeriod;
    private readonly Dictionary<string, DateTime> _lastScanTime = new();
    private readonly object _lock = new();

    public ScanDeduplicator(TimeSpan? cooldownPeriod = null)
    {
        _cooldownPeriod = cooldownPeriod ?? TimeSpan.FromSeconds(3);
    }

    /// <summary>
    /// 检查是否为重复扫码，非重复时返回 true
    /// </summary>
    public bool TryAccept(string code)
    {
        lock (_lock)
        {
            var now = DateTime.UtcNow;

            // 清理过期记录
            var expired = _lastScanTime
                .Where(kvp => now - kvp.Value > _cooldownPeriod)
                .Select(kvp => kvp.Key)
                .ToList();
            foreach (var key in expired)
                _lastScanTime.Remove(key);

            // 检查是否在冷却期内
            if (_lastScanTime.TryGetValue(code, out var lastTime))
            {
                if (now - lastTime < _cooldownPeriod)
                    return false; // 冷却期内，拒绝
            }

            _lastScanTime[code] = now;
            return true;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 清空记录
    /// </summary>
    public void Reset()
    {
        lock (_lock)
            _lastScanTime.Clear();
    }
}

条码内容编码规范

/// <summary>
/// 条码内容编码工具 — 定义统一的数据格式
/// </summary>
public static class BarcodeContentEncoder
{
    // 格式规范：字段间用 | 分隔，字段名:值
    // 示例：SN:202401001|TYPE:PRODUCT|BATCH:B001|DATE:2024-01-15

    /// <summary>
    /// 编码产品追溯信息
    /// </summary>
    public static string EncodeProductTrace(string serialNo, string productType,
        string batchNo, DateTime productionDate)
    {
        return $"SN:{serialNo}|TYPE:{productType}|BATCH:{batchNo}|DATE:{productionDate:yyyy-MM-dd}";
    }

    /// <summary>
    /// 解码条码内容为字典
    /// </summary>
    public static Dictionary<string, string> Decode(string barcodeContent)
    {
        var result = new Dictionary<string, string>(StringComparer.OrdinalIgnoreCase);
        var fields = barcodeContent.Split('|');
        foreach (var field in fields)
        {
            var parts = field.Split(new[] { ':' }, 2);
            if (parts.Length == 2)
                result[parts[0].Trim()] = parts[1].Trim();
        }
        return result;
    }

    /// <summary>
    /// 验证条码内容是否为有效的产品追溯码
    /// </summary>
    public static bool ValidateProductTrace(string barcodeContent, out string error)
    {
        error = "";
        var data = Decode(barcodeContent);

        if (!data.ContainsKey("SN"))
        { error = "缺少序列号(SN)"; return false; }
        if (!data.ContainsKey("TYPE"))
        { error = "缺少产品类型(TYPE)"; return false; }
        if (!data.ContainsKey("BATCH"))
        { error = "缺少批次号(BATCH)"; return false; }

        if (data["SN"].Length < 3 || data["SN"].Length > 50)
        { error = "序列号长度无效"; return false; }

        return true;
    }
}

// 使用示例
var content = BarcodeContentEncoder.EncodeProductTrace(
    "202401001", "SENSOR_A", "B001", DateTime.Now);
var qrImage = QrCodeHelper.GenerateQrCode(content);

// 扫码后解析
var decoded = BarcodeContentEncoder.Decode(scannedContent);
var serialNo = decoded["SN"];  // "202401001"
var isValid = BarcodeContentEncoder.ValidateProductTrace(scannedContent, out var err);

解码识别

/// <summary>
/// ZXing.Net 条码识别
/// </summary>
public class BarcodeScanner
{
    private readonly BarcodeReader<Bitmap> _reader;

    public BarcodeScanner()
    {
        _reader = new BarcodeReader<Bitmap>
        {
            AutoRotate = true,
            Options = new DecodingOptions
            {
                PossibleFormats = new List<BarcodeFormat>
                {
                    BarcodeFormat.CODE_128,
                    BarcodeFormat.CODE_39,
                    BarcodeFormat.EAN_13,
                    BarcodeFormat.QR_CODE,
                    BarcodeFormat.DATA_MATRIX
                },
                TryHarder = true,
                TryInverted = true
            }
        };
    }

    // 从图片文件识别
    public string? DecodeFromFile(string imagePath)
    {
        using var bitmap = new Bitmap(imagePath);
        var result = _reader.Decode(bitmap);
        return result?.Text;
    }

    // 从 BitmapSource 识别
    public string? DecodeFromBitmapSource(BitmapSource bitmapSource)
    {
        using var bitmap = ConvertToBitmap(bitmapSource);
        var result = _reader.Decode(bitmap);
        return result?.Text;
    }

    // 从摄像头帧识别
    public string? DecodeFromCameraFrame(byte[] frameData, int width, int height)
    {
        var reader = new BarcodeReader
        {
            AutoRotate = true,
            Options = new DecodingOptions { TryHarder = true }
        };

        var luminanceSource = new RGBLuminanceSource(frameData, width, height);
        var binarizer = new HybridBinarizer(luminanceSource);
        var binaryBitmap = new BinaryBitmap(binarizer);

        var result = reader.Decode(binaryBitmap);
        return result?.Text;
    }

    private Bitmap ConvertToBitmap(BitmapSource source)
    {
        using var stream = new MemoryStream();
        BitmapEncoder encoder = new PngBitmapEncoder();
        encoder.Frames.Add(BitmapFrame.Create(source));
        encoder.Save(stream);
        return new Bitmap(stream);
    }
}

批量生成与打印

标签批量打印

/// <summary>
/// 批量生成二维码标签
/// </summary>
public class LabelGenerator
{
    // 生成标签数据
    public List<LabelItem> GenerateLabels(List<Product> products)
    {
        var labels = new List<LabelItem>();
        foreach (var product in products)
        {
            labels.Add(new LabelItem
            {
                ProductName = product.Name,
                SerialNumber = product.SerialNo,
                QrCode = QrCodeHelper.GenerateQrCode($"SN:{product.SerialNo}|NAME:{product.Name}"),
                Barcode = BarcodeHelper.GenerateCode128(product.SerialNo)
            });
        }
        return labels;
    }

    // 打印标签（使用 PrintDialog）
    public void PrintLabels(List<LabelItem> labels)
    {
        var printDialog = new PrintDialog();
        if (printDialog.ShowDialog() != true) return;

        var document = new FixedDocument();
        document.DocumentPaginator.PageSize = new Size(
            printDialog.PrintableAreaWidth, printDialog.PrintableAreaHeight);

        // 每页 6 个标签（2列 × 3行）
        var labelsPerPage = 6;
        for (int i = 0; i < labels.Count; i += labelsPerPage)
        {
            var page = new FixedPage();
            var grid = CreateLabelGrid(labels.Skip(i).Take(labelsPerPage));
            page.Children.Add(grid);

            var pageContent = new PageContent { Child = page };
            document.Pages.Add(pageContent);
        }

        printDialog.PrintDocument(document.DocumentPaginator, "标签打印");
    }

    private Grid CreateLabelGrid(IEnumerable<LabelItem> labels)
    {
        var grid = new Grid();
        grid.ColumnDefinitions.Add(new ColumnDefinition());
        grid.ColumnDefinitions.Add(new ColumnDefinition());

        int row = 0, col = 0;
        foreach (var label in labels)
        {
            var border = new Border
            {
                BorderBrush = Brushes.Black,
                BorderThickness = new Thickness(1),
                Margin = new Thickness(5),
                Child = new StackPanel
                {
                    Children =
                    {
                        new Image { Source = label.QrCode, Width = 80, Height = 80 },
                        new TextBlock { Text = label.ProductName, FontSize = 10 },
                        new Image { Source = label.Barcode, Width = 100, Height = 30 }
                    }
                }
            };

            Grid.SetRow(border, row);
            Grid.SetColumn(border, col);
            grid.Children.Add(border);

            col++;
            if (col >= 2) { col = 0; row++; }
        }

        return grid;
    }
}

优点

• 1.格式丰富 — ZXing.Net 支持几十种条码格式
• 2.生成灵活 — 可自定义颜色、大小、Logo
• 3.识别快速 — 毫秒级识别
• 4.批量打印 — 支持大批量标签打印

缺点

• 1.依赖较多 — ZXing.Net 依赖 System.Drawing
• 2.识别率 — 模糊/倾斜/光照差的图片识别率低
• 3.打印对齐 — 不同打印机标签对齐需要调试
• 4.Linux 兼容 — System.Drawing 在 Linux 下需要 libgdiplus

总结

条码/二维码推荐 QRCoder（二维码专用）和 ZXing.Net（通用条码）。生成核心：QRCodeGenerator → CreateQrCode → GetGraphic。识别核心：BarcodeReader → Decode。批量标签建议 FixedDocument + PrintDialog 实现精确打印。生产环境建议使用工业扫码枪直接获取解码结果，减少图像识别的不确定性。

关键知识点

• 先分清主题属于界面层、ViewModel 层、线程模型还是设备接入层。
• WPF 文章真正的价值在于把 UI、数据、命令、线程和资源关系讲清楚。
• 上位机场景里，稳定性和异常恢复常常比界面花哨更重要。
• WPF 主题往往要同时理解依赖属性、绑定、可视树和命令系统。

项目落地视角

• 优先明确 DataContext、绑定路径、命令源和线程切换位置。
• 涉及设备时，补齐超时、重连、日志、告警和资源释放策略。
• 复杂控件最好提供最小可运行页面，便于后续复用和排障。
• 优先确认 DataContext、绑定路径、命令触发点和资源引用来源。

常见误区

• 把大量逻辑堆进 code-behind，导致页面难测难维护。
• 在后台线程直接操作 UI，或忽略 Dispatcher 切换。
• 只验证正常路径，不验证设备掉线、权限缺失和资源泄漏。
• 在 code-behind 塞太多状态与业务逻辑。

进阶路线

• 继续向 MVVM 工具链、控件可复用性、性能优化和视觉树诊断深入。
• 把主题放回真实设备流程，思考启动、连接、采集、显示、告警和恢复。
• 沉淀成控件库、通信层和诊断工具，提高整套客户端的复用度。
• 继续补齐控件库、主题系统、诊断工具和启动性能优化。

适用场景

• 当你准备把《条形码与二维码》真正落到项目里时，最适合先在一个独立模块或最小样例里验证关键路径。
• 适合桌面业务系统、监控看板、工控上位机和设备交互界面。
• 当系统需要同时处理复杂 UI、后台任务和硬件通信时，这类主题尤为关键。

落地建议

• 优先明确 View、ViewModel、服务层和设备层边界，避免代码隐藏过重。
• 涉及实时刷新时，提前设计 UI 线程切换、节流和资源释放。
• 对硬件通信、日志、告警和异常恢复建立标准流程。

排错清单

• 先检查 DataContext、绑定路径、INotifyPropertyChanged 和命令状态是否正常。
• 排查 Dispatcher 调用、死锁、后台线程直接操作 UI 的问题。
• 出现内存增长时，优先检查事件订阅、图像资源和窗口生命周期。

复盘问题

• 如果把《条形码与二维码》放进你的当前项目，最先要验证的输入、输出和失败路径分别是什么？
• 《条形码与二维码》最容易在什么规模、什么边界条件下暴露问题？你会用什么指标或日志去确认？
• 相比默认实现或替代方案，采用《条形码与二维码》最大的收益和代价分别是什么？

延伸阅读

• 配方管理（MES 场景）
• 设备心跳监控看板
• 自定义控件开发
• 数据验证（ValidationRule + IDataErrorInfo）