馬也騁 -

隨著信息自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的發(fā)展，超高頻射頻識(shí)別(radio frequency identification，RFID)應(yīng)用越來(lái)越廣泛。RFID標(biāo)簽應(yīng)用于藥品包裝可以實(shí)現(xiàn)防偽，物流追溯，醫(yī)藥供應(yīng)鏈管理，遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)等功能[1]。例如馬莎公司(Marks & Spencer)投放了3.50×106個(gè)可返回的食品用托盤，用于從供應(yīng)商到零售商的整個(gè)供應(yīng)鏈，RFID 技術(shù)的使用改善了供應(yīng)鏈的靈活性、響應(yīng)速度和準(zhǔn)確性[2]。

自生鮮電商元年(2012年)以來(lái)，中國(guó)生鮮電商發(fā)展迅速，2014年生鮮網(wǎng)購(gòu)交易額超過(guò)260億元，未來(lái)5年生鮮電商的交易額仍將高速增加，預(yù)計(jì)2017年，中國(guó)生鮮電商交易規(guī)模將突破1 000億元[3-5]。因此生鮮電商市場(chǎng)巨大，有望成為行業(yè)新的增長(zhǎng)點(diǎn)。由于生鮮產(chǎn)品種類繁多，容易腐爛，需要高效的物流配送來(lái)提升用戶滿意度和保證生鮮品質(zhì)量。然而，由于中國(guó)的電商快速發(fā)展，導(dǎo)致生鮮電商包裝和物流存在不足[6-9]。當(dāng)前，電商企業(yè)在生鮮物流中通過(guò)人工方法進(jìn)行包裝、分揀和存儲(chǔ)生鮮品，缺乏對(duì)生鮮品的信息化管理，導(dǎo)致用戶滿意度下降。

在這種背景下，本研究提出了一種基于RFID技術(shù)的生鮮品電商包裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)。與常規(guī)人工操作相比，RFID系統(tǒng)可以大大提高工作的準(zhǔn)確度。人工識(shí)別不可能發(fā)現(xiàn)全部的錯(cuò)誤，尤其是當(dāng)運(yùn)輸量較大、產(chǎn)品種類較多時(shí)，更容易發(fā)生錯(cuò)誤。當(dāng)生鮮品包裝進(jìn)行人工貼標(biāo)簽時(shí)，同樣有可能發(fā)生錯(cuò)誤，會(huì)降低庫(kù)存管理的準(zhǔn)確性。使用RFID系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行檢驗(yàn)，可以省去貼標(biāo)簽環(huán)節(jié)。根據(jù)文獻(xiàn)[10]實(shí)際電商果蔬企業(yè)包裝線作業(yè)流程可知，一位熟練工人包裝作業(yè)時(shí)間大約需要3.1 s，包括按下打印標(biāo)簽的操作時(shí)間(0.1 s)、打印機(jī)的打印時(shí)間(2 s)、貼標(biāo)簽時(shí)間(1 s)。在一條流水線上需要3組工人封裝及貼標(biāo)簽。而采用自動(dòng)化包裝流水線，有以下兩方面優(yōu)勢(shì)：一方面，打印時(shí)間和貼標(biāo)簽時(shí)間可以有效節(jié)省，因?yàn)橛捎诓捎肦FID自動(dòng)讀寫，可以完成實(shí)時(shí)操作；另一方面，流水線只需1組工人進(jìn)行設(shè)備監(jiān)控，人工成本可以有效降低1/3。采用RFID的設(shè)備成本主要來(lái)自RFID標(biāo)簽和閱讀器，本系統(tǒng)的RFID標(biāo)簽成本2元，RFID閱讀器6 000元。

1 系統(tǒng)組成

生鮮品在包裝出廠時(shí)，由包裝流水線上RFID閱讀器對(duì)生鮮品包裝上的RFID標(biāo)簽寫入產(chǎn)品信息，包括產(chǎn)品生產(chǎn)商、類別、數(shù)量、到期日期、位置。這些信息一方面有助于用戶了解追蹤生鮮品的源頭，保障食品安全；另一方面，可以降低一次、二次包裝和分揀中人工操作的錯(cuò)誤率，縮短生鮮品配送時(shí)間，降低生鮮品管理成本。

本研究基于RFID技術(shù)的生鮮品電商包裝溯源系統(tǒng)分為4個(gè)部分：分別是RFID射頻模塊、串口通信模塊、用戶界面和生鮮品數(shù)據(jù)庫(kù)[11-14]。RFID射頻模塊負(fù)責(zé)對(duì)包裝流水線上生鮮品包裝的RFID標(biāo)簽識(shí)別和數(shù)據(jù)讀寫，其包括無(wú)源RFID電子標(biāo)簽和RFID讀寫器[15]，使用ISO/IEC 15693協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問(wèn)操作[16]。通信模塊負(fù)責(zé)讀寫器和PC機(jī)進(jìn)行串口通信。用戶界面負(fù)責(zé)用戶和軟件人機(jī)交互。生鮮品數(shù)據(jù)庫(kù)模塊負(fù)責(zé)生鮮品溯源信息的存儲(chǔ)。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖見(jiàn)圖1。

圖1 基于RFID技術(shù)的生鮮品電商包裝溯源系統(tǒng)框圖Figure 1 Fresh products’ e-commerce packaging traceability system based on RFID

2 系統(tǒng)硬件組成

本研究硬件部分由RFID電子標(biāo)簽、閱讀器和PC機(jī)組成。電子標(biāo)簽使用上海貝嶺公司的BL75R05型號(hào)標(biāo)簽，該款電子標(biāo)簽支持非接觸卡國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC 15693協(xié)議，主要適用于航空包裹、行李識(shí)別和郵件分流等領(lǐng)域。芯片工作頻率為13.56 MHz，讀寫距離可達(dá)65 cm，片內(nèi)含有1 024位E2PROM，分為32個(gè)塊，每塊4字節(jié)，具有較高的數(shù)據(jù)傳輸率和防沖突功能。工作溫度為-25～70 ℃，標(biāo)準(zhǔn)工作電壓3.7 V。BL75R05電子標(biāo)簽的內(nèi)部電路原理圖見(jiàn)圖2，其包括電源整流電路、存儲(chǔ)單元區(qū)、IO命令區(qū)等。

圖2 BL75R05內(nèi)部電路原理圖Figure 2 Interface of BL75R05

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)包括讀寫模塊設(shè)計(jì)、用戶交互功能設(shè)計(jì)和生鮮品數(shù)據(jù)庫(kù)管理設(shè)計(jì)3個(gè)部分。

3.1 標(biāo)簽讀寫模塊

RFID標(biāo)簽讀寫模塊用于完成生鮮品信息讀寫，其功能用于實(shí)現(xiàn)閱讀器對(duì)生鮮品包裝上的RFID標(biāo)簽進(jìn)行檢測(cè)識(shí)別和讀寫功能。在RFID讀寫模塊包括4個(gè)功能，分別為初始化階段、讀寫掃描、標(biāo)簽檢測(cè)識(shí)別和標(biāo)簽包裝信息讀寫。

初始化階段應(yīng)用軟件打開(kāi)端口和射頻感應(yīng)場(chǎng)，并獲取閱讀器信息。然后閱讀器以3 s間隔輪詢搜索運(yùn)輸帶上生鮮品包裝標(biāo)簽。如果閱讀器檢測(cè)到運(yùn)輸帶上存在生鮮品包裝標(biāo)簽，并判斷標(biāo)簽是否是空白的。如果檢測(cè)到的標(biāo)簽是空白，則準(zhǔn)備開(kāi)始寫入，閱讀器將PC機(jī)設(shè)置的用戶數(shù)據(jù)寫入標(biāo)簽。讀寫軟件設(shè)計(jì)流程見(jiàn)圖3。

圖3 RFID讀寫軟件設(shè)計(jì)框圖Figure 3 RFID reading and writing design

3.2 通信數(shù)據(jù)格式

本研究在標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議格式中，對(duì)數(shù)據(jù)負(fù)載字段設(shè)計(jì)用戶自定義數(shù)據(jù)格式，用于滿足包裝信息的通信和存儲(chǔ)。PC機(jī)寫入操作格式，采用ISO/IEC 15693協(xié)議；PC機(jī)讀出操作格式，采用ISO/IEC 15693協(xié)議，見(jiàn)表1。用戶數(shù)據(jù)格式包括用戶寫入的生鮮品包裝數(shù)據(jù)格式和讀出的生鮮品包裝分揀數(shù)據(jù)格式。前者由生產(chǎn)日期(4字節(jié))、生產(chǎn)商(4字節(jié))、生鮮品種類(2字節(jié))、數(shù)量(2字節(jié))、到期日期(4字節(jié))和位置(4字節(jié))組成。后者由生產(chǎn)商(4字節(jié))、生鮮品種類(2字節(jié))、數(shù)量(2字節(jié))和到期日期(4字節(jié))。

3.3 用戶交互功能

用戶交互功能用于操作工人進(jìn)行包裝操作、分揀操作、出貨統(tǒng)計(jì)和入貨統(tǒng)計(jì)等功能。本系統(tǒng)采用Visual Basic進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，可視化和便捷地完成產(chǎn)品包裝和分揀操作，減少人工操作錯(cuò)誤率。用戶交互軟件功能包括包裝操作、分揀操作、入貨統(tǒng)計(jì)和出貨統(tǒng)計(jì)。每種操作功能獨(dú)立顯示。用戶交互功能設(shè)計(jì)框圖見(jiàn)圖4。

表1 寫入及讀出命令格式Table 1 Writing and reading command format

包裝操作功能具體包括生鮮品包裝操作設(shè)置顯示、閱讀器通訊和電源設(shè)置、讀寫器信息顯示、生鮮品生產(chǎn)商設(shè)置、生鮮品種類設(shè)置、數(shù)量設(shè)置、到期日期信息設(shè)置、位置設(shè)置、新增生產(chǎn)商設(shè)置、新增生鮮品種類設(shè)置、新增到期天數(shù)設(shè)置和新增數(shù)量設(shè)置(見(jiàn)圖5)。包裝操作設(shè)置顯示用于顯示寫入電子標(biāo)簽的生鮮品包裝信息。閱讀器通訊和電源設(shè)置用于設(shè)置讀寫器通訊參數(shù)和電源。讀寫器信息顯示用于顯示獲取的讀寫器信息。生產(chǎn)商信息設(shè)置用于設(shè)置當(dāng)前包裝生鮮品的生產(chǎn)商編號(hào)信息。生鮮品種類信息設(shè)置用于設(shè)置當(dāng)前包裝生鮮品的種類規(guī)格。數(shù)量設(shè)置用于設(shè)置當(dāng)前包裝箱內(nèi)生鮮品的數(shù)量。到期日期設(shè)置用于設(shè)置當(dāng)前包裝生鮮品的保質(zhì)期限。位置設(shè)置用于生鮮品出貨時(shí)在倉(cāng)儲(chǔ)中的位置。新增生產(chǎn)商設(shè)置用于添加新入庫(kù)生產(chǎn)商的信息。新增生鮮品種類設(shè)置用于添加新增的生鮮品種類信息。新增到期天數(shù)設(shè)置用于添加新增的保質(zhì)期限天數(shù)。新增數(shù)量設(shè)置用于添加不同的包裝箱內(nèi)數(shù)量。

分揀操作功能具體包括生鮮品包裝信息顯示、閱讀器通訊和電源設(shè)置、讀寫器信息顯示。生鮮品包裝信息顯示用于顯示分揀操作中需要使用的生鮮品包裝信息。閱讀器通訊和電源設(shè)置用于設(shè)置讀寫器通訊參數(shù)和電源。讀寫器信息顯示用于顯示讀寫器信息。

入貨和出貨統(tǒng)計(jì)用于查詢生鮮品倉(cāng)庫(kù)中生鮮品庫(kù)存情況。管理人員可以使用這兩項(xiàng)功能對(duì)貨物情況進(jìn)行高效統(tǒng)計(jì)，也有助于提高補(bǔ)貨的便捷性。

3.4 生鮮品包裝信息數(shù)據(jù)庫(kù)管理

生鮮品包裝信息數(shù)據(jù)庫(kù)管理部分用于生鮮品包裝信息存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)和后臺(tái)管理。用戶交互界面可以訪問(wèn)和操作生鮮品包裝信息數(shù)據(jù)庫(kù)。開(kāi)源數(shù)據(jù)庫(kù)MySQL用于建立本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)。

圖4 用戶界面主菜單功能設(shè)計(jì)Figure 4 Main function design for user UI

圖5 包裝操作功能子菜單設(shè)計(jì)Figure 5 Packaging operation function design

建立數(shù)據(jù)庫(kù)的步驟：首先在MySQL軟件中建立一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)[17]；然后在數(shù)據(jù)庫(kù)中建立3張數(shù)據(jù)表，分別用于生鮮品包裝信息、生鮮品生產(chǎn)商信息和生鮮品種類信息。用戶界面軟件可以通過(guò)OLEDB對(duì)MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行訪問(wèn)，并將訪問(wèn)結(jié)果存儲(chǔ)在ADODB記錄中[18]，VB可以查詢、插入和刪除ADODB記錄。同時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)也支持遠(yuǎn)程操作，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接方式可以訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，方便各處包裝和分揀單位可以共享數(shù)據(jù)庫(kù)信息。

4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

通過(guò)實(shí)際試驗(yàn)測(cè)試驗(yàn)證本研究設(shè)計(jì)的生鮮品電商包裝系統(tǒng)的可行性。試驗(yàn)配置：50張空白R(shí)FID標(biāo)簽，標(biāo)簽和讀寫器距離為40 cm，波特率為19 200 KB/s，設(shè)置生鮮品種類為水果(F)、蔬菜(V)和海鮮(S)，生產(chǎn)商編號(hào)分別為100001、100002、100003和100004。試驗(yàn)運(yùn)行結(jié)果見(jiàn)圖6～9。圖6顯示包裝操作的運(yùn)行結(jié)果，包裝信息顯示界面中顯示已完成寫入的生鮮品包裝的生產(chǎn)商編號(hào)、生產(chǎn)日期、種類、數(shù)量、到期日期和位置信息。圖7顯示出貨統(tǒng)計(jì)界面，其根據(jù)時(shí)間和生鮮品種類條件查詢得到出貨23箱。圖8顯示分揀操作的運(yùn)行結(jié)果，在包裝信息顯示界面列出了讀取到生鮮品包裝的信息，包括生產(chǎn)商、種類數(shù)量和到期日期。圖9顯示入貨統(tǒng)計(jì)界面，其根據(jù)時(shí)間和生鮮品種類條件查詢得到入貨15箱。從系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果可以看出，本系統(tǒng)可以高效地完成生鮮品包裝信息寫入和讀出，既可以降低人工操作的錯(cuò)誤率，又能提高生鮮品處理效率。后續(xù)可以進(jìn)一步擴(kuò)展系統(tǒng)功能，根據(jù)GPS定位等信息進(jìn)行生鮮品包裝的跟蹤和管理。

圖6 包裝操作運(yùn)行結(jié)果圖Figure 6 Result of packaging operation function

圖7 出貨統(tǒng)計(jì)運(yùn)行結(jié)果圖Figure 7 Result of ex-warehouse statistics

圖8 分揀操作運(yùn)行結(jié)果圖Figure 8 Result of sorting operation

圖9 入貨統(tǒng)計(jì)運(yùn)行結(jié)果圖Figure 9 Result of storing statistics

另外，本研究設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性試驗(yàn)設(shè)置：50張空白R(shí)FID標(biāo)簽，測(cè)試次數(shù)10次，每次間隔2 min。每張RFID標(biāo)簽將被重復(fù)測(cè)試10次，RFID標(biāo)簽識(shí)別和包裝信息讀寫都可正常工作。

5 結(jié)束語(yǔ)

本研究設(shè)計(jì)了一種生鮮品電商包裝溯源系統(tǒng)，將RFID技術(shù)、用戶交互軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)行智能化的包裝和分揀操作。利用RFID電子標(biāo)簽和讀寫器，一方面對(duì)運(yùn)輸帶上出廠的生鮮品包裝進(jìn)行寫入信息操作，可以減少人工貼標(biāo)簽的錯(cuò)誤率；另一方面，在分揀操作時(shí)自動(dòng)讀出生鮮品包裝中的信息，用于提高分揀效率，提升企業(yè)智能化水平。因此本研究設(shè)計(jì)的系統(tǒng)可以有效克服人工包裝和分揀操作中存在的缺點(diǎn)。經(jīng)實(shí)際運(yùn)行結(jié)果顯示，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)可正確識(shí)別RFID標(biāo)簽，可以有效地提升生鮮品包裝效率，降低人工錯(cuò)誤率。

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