韓慧敏

（海南科技職業(yè)大學(xué) 海南省?？谑?571126）

1 緒論

目前農(nóng)產(chǎn)品行業(yè)多數(shù)采用條形碼進(jìn)行監(jiān)測(cè)追溯，其缺點(diǎn)在于需近距離讀取，顯然這種方法已無(wú)法讓用戶能夠隨時(shí)地、便捷地、快速地查到農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全信息，一方面在農(nóng)產(chǎn)品育養(yǎng)和加工過(guò)程中存在質(zhì)量安全隱患，另一方面在流通環(huán)節(jié)過(guò)程中也無(wú)法實(shí)時(shí)地記錄下農(nóng)產(chǎn)品當(dāng)前所處于的環(huán)境信息和流通信息，這樣就有可能導(dǎo)致在運(yùn)輸過(guò)程中環(huán)境參數(shù)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的影響。基于條形碼的農(nóng)產(chǎn)品追溯使得我們沒(méi)有一個(gè)可以評(píng)斷的依據(jù)，僅僅依據(jù)拿到農(nóng)產(chǎn)品時(shí)其發(fā)生變質(zhì)程度判定[1,2]。

中國(guó)輕工業(yè)聯(lián)合會(huì)副會(huì)長(zhǎng)潘蓓蕾在“食品安全高層論壇”上透露，我國(guó)每年食物中毒報(bào)告例數(shù)約為2-4 萬(wàn)人，但這個(gè)數(shù)據(jù)在專家看來(lái)，還不到實(shí)際發(fā)生數(shù)的1/10，換句話說(shuō)就是我國(guó)每年食物中毒例數(shù)至少在20-40 萬(wàn)人。因此，我們不難發(fā)現(xiàn)對(duì)于中國(guó)而言，農(nóng)產(chǎn)品安全問(wèn)題已日趨嚴(yán)重，逐漸地成為了全民健康和生命的嚴(yán)重危害問(wèn)題[3,4]。

由于農(nóng)產(chǎn)品安全問(wèn)題與社會(huì)每一個(gè)公民都息息相關(guān)，頻繁爆發(fā)的農(nóng)產(chǎn)品安全問(wèn)題，不止會(huì)影響到經(jīng)濟(jì)未來(lái)的發(fā)展走向，也會(huì)影響到社會(huì)的經(jīng)濟(jì)效益，從而會(huì)導(dǎo)致社會(huì)福利的下降，同時(shí)還會(huì)影響社會(huì)生活的穩(wěn)定。使得人人自危，害怕購(gòu)買到有問(wèn)題的農(nóng)產(chǎn)品，在購(gòu)買的同時(shí)會(huì)多花精力去鑒別，這極大地浪費(fèi)了社會(huì)資源。據(jù)悉，中國(guó)茶葉、蔬菜水果、牛肉與糧食等農(nóng)產(chǎn)品“從農(nóng)田到餐桌”的安全狀況，已試點(diǎn)加入全球統(tǒng)一的全球編碼標(biāo)識(shí)追溯系統(tǒng)[5]。

鑒于目前農(nóng)產(chǎn)品安全重要性及可追溯系統(tǒng)的不完善性，本文提出一種RFID 農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全可追溯系統(tǒng)。從農(nóng)產(chǎn)品育養(yǎng)基地開始，將農(nóng)產(chǎn)品與RFID 電子標(biāo)簽進(jìn)行綁定，然后經(jīng)過(guò)加工過(guò)程，批發(fā)售賣過(guò)程，流通等各個(gè)環(huán)節(jié)，記錄下農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、加工、包裝、流通、運(yùn)輸、銷售等所有流通過(guò)程中的全部信息，能通過(guò)用戶應(yīng)用軟件實(shí)時(shí)地查詢到農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈、流通信息，在流通環(huán)節(jié)中通過(guò)自動(dòng)識(shí)別并讀取數(shù)據(jù)，可自動(dòng)地判斷出農(nóng)產(chǎn)品的安全性。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)可對(duì)經(jīng)質(zhì)量認(rèn)證機(jī)構(gòu)認(rèn)證的農(nóng)產(chǎn)品分配唯一的可標(biāo)識(shí)電子ID，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、RFID 技術(shù)、GPRS 技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)，以及后臺(tái)管理軟件與客戶終端機(jī)，對(duì)農(nóng)產(chǎn)品從出生產(chǎn)養(yǎng)育、出庫(kù)、批發(fā)售賣流通環(huán)節(jié)、消費(fèi)者查詢追溯等全過(guò)程監(jiān)管。最后，制作樣機(jī)，開發(fā)系統(tǒng)嵌入軟件及追溯管理應(yīng)用軟件，并且對(duì)樣機(jī)進(jìn)行測(cè)試、調(diào)試。系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

（1）信息管理：創(chuàng)建客商的基本信息、客戶的基本信息、產(chǎn)品的基本信息，對(duì)客商、客戶與產(chǎn)品進(jìn)行信息管理。

（2）產(chǎn)品入庫(kù)管理：認(rèn)證管理中心通過(guò)中心管理機(jī)來(lái)獲取RFID 標(biāo)簽數(shù)據(jù)，并進(jìn)行入庫(kù)操作。

（3）農(nóng)產(chǎn)品育電子標(biāo)簽綁定發(fā)放：首先通過(guò)認(rèn)證管理中心向生產(chǎn)養(yǎng)育基地發(fā)放標(biāo)簽，然后將待售賣的農(nóng)產(chǎn)品與標(biāo)簽通過(guò)客戶機(jī)管理應(yīng)用軟件進(jìn)行綁定并錄入數(shù)據(jù)庫(kù)中心，最后將標(biāo)簽裝在實(shí)體農(nóng)產(chǎn)品上。

（4）終端設(shè)備發(fā)放：將終端設(shè)備特定的設(shè)備編號(hào)與要發(fā)放的網(wǎng)點(diǎn)（如：生產(chǎn)養(yǎng)育基地、批發(fā)流通、零售地點(diǎn)）建立對(duì)應(yīng)的捆綁關(guān)系，可實(shí)現(xiàn)追溯農(nóng)產(chǎn)品的流通信息。

（5）終端設(shè)備使用：各網(wǎng)點(diǎn)使用終端設(shè)備能夠讀取安裝在農(nóng)產(chǎn)品上的電子標(biāo)簽的信息數(shù)據(jù)，然后通過(guò)運(yùn)用終端設(shè)備與數(shù)據(jù)中心服務(wù)器的遠(yuǎn)程通信功能，將當(dāng)前的批發(fā)流通或零售數(shù)據(jù)（如：時(shí)間、地點(diǎn)等）存入數(shù)據(jù)庫(kù)中心，再?gòu)臄?shù)據(jù)庫(kù)中心獲取農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)養(yǎng)育信息、流通過(guò)程信息等，通過(guò)發(fā)送短信手機(jī)端及打印紙張的方式提供給消費(fèi)者。

（6）查詢與追溯：管理者、客商、客戶能夠通過(guò)客戶機(jī)管理應(yīng)用軟件對(duì)安裝了電子標(biāo)簽的農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)養(yǎng)育信息、流通過(guò)程信息等進(jìn)行單個(gè)或批量的查詢追溯。消費(fèi)者能夠在選購(gòu)過(guò)程中，通過(guò)終端設(shè)備來(lái)讀取農(nóng)產(chǎn)品上的電子標(biāo)簽，對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)養(yǎng)育和流通過(guò)程信息進(jìn)行查詢追溯。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件電路包括系統(tǒng)主控電路、RFID 模塊電路、GPRS 模塊電路。其中RFID 模塊電路是系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)的核心。因?yàn)樗O(shè)計(jì)、制作的讀寫器頻率決定了系統(tǒng)的工頻，然后射頻識(shí)別的距離也跟讀寫器設(shè)計(jì)有關(guān)，由讀寫器的功率決定。

3.1 RFID模塊電路設(shè)計(jì)

RFID 讀寫器[6,7]主要由射頻模塊、天線、主控模塊及接口電路等組成。RFID 讀寫器功能是控制射頻模塊和天線發(fā)射出電磁場(chǎng)或電波向電子標(biāo)簽讀取信號(hào)，然后通過(guò)非接觸式接收電子標(biāo)簽的應(yīng)答信號(hào)，將接收到的信號(hào)進(jìn)行解碼處理，將解碼得到的電子標(biāo)簽所存儲(chǔ)的信息和識(shí)別信息一并傳送給主機(jī)，根據(jù)操作程序的不同，主機(jī)做出相應(yīng)的處理。RFID 讀寫器結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖1：系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

圖2：RFID 讀寫器結(jié)構(gòu)框圖

圖3：RFID 射頻讀寫器硬件電路原理圖

圖4：GPRS 模塊結(jié)構(gòu)框圖

圖5：產(chǎn)品信息管理圖

圖6：RFID 標(biāo)簽入庫(kù)圖

圖7：RFID 標(biāo)簽與產(chǎn)品綁定圖

圖8：終端機(jī)與網(wǎng)點(diǎn)綁定圖

圖9：?jiǎn)蝹€(gè)標(biāo)簽查詢圖

RFID 讀寫器可由射頻模塊和控制系統(tǒng)兩大部分組成。射頻模塊，對(duì)將要發(fā)射的信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，然后通過(guò)天線發(fā)射出高頻電磁能量，與電子標(biāo)簽采用非接觸式激活并為其提供能量源，此外將數(shù)據(jù)傳送給電子標(biāo)簽。射頻模塊還可以接收來(lái)自電子標(biāo)簽發(fā)射回來(lái)的應(yīng)答信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)?？刂葡到y(tǒng)，由微處理器控制與電子標(biāo)簽通信；電子標(biāo)簽信號(hào)的解碼和編碼；由微處理器對(duì)讀寫器和電子標(biāo)簽間進(jìn)行身份驗(yàn)證；由微處理器對(duì)讀寫器與電子標(biāo)簽間傳送的信息進(jìn)行加密和解密；由微處理器與后臺(tái)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行通信；執(zhí)行后臺(tái)應(yīng)用系統(tǒng)所發(fā)送的各類程序指令。

電子標(biāo)簽與讀寫器發(fā)射出的頻率須相同，電子標(biāo)簽內(nèi)含有一個(gè)由LC 組成的串聯(lián)諧振電路，而RFID 讀寫器則在一定范圍內(nèi)發(fā)射出電磁場(chǎng)，其磁場(chǎng)范圍由系統(tǒng)工作頻率和天線的長(zhǎng)度決定。當(dāng)電子標(biāo)簽在讀寫器發(fā)射出的電磁場(chǎng)的范圍內(nèi)，在電磁場(chǎng)的激勵(lì)下，電子標(biāo)簽內(nèi)部的LC 串聯(lián)諧振電路會(huì)與之產(chǎn)生共振，因此會(huì)產(chǎn)生并累計(jì)感應(yīng)電荷，當(dāng)達(dá)到一定程度時(shí)，電路中的C 可作為電源提供工作電壓，可通過(guò)采集器將數(shù)據(jù)采集到電子標(biāo)簽內(nèi)保存或電子標(biāo)簽將數(shù)據(jù)發(fā)射給讀寫器接收、讀取，然后解碼并錯(cuò)誤校驗(yàn)。最后通過(guò)GPRS模塊電路將數(shù)據(jù)傳送到后臺(tái)的服務(wù)器上，進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、處理。

本系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的RFID 射頻讀寫器硬件電路原理圖如圖3所示。RFID 讀寫器選用的是MF RC 500 芯片，MF RC 500 芯片1 號(hào)和32號(hào)引腳連接一個(gè)13.56MHz 的能量載波，以此來(lái)驅(qū)動(dòng)天線，經(jīng)過(guò)天線的匹配電路將天線獲取的信號(hào)送至MF RC 500 芯片RX 引腳。RFID 射頻采用負(fù)載調(diào)制響應(yīng)，通過(guò)設(shè)定寄存器，調(diào)制發(fā)送數(shù)據(jù)從而得到發(fā)送的信號(hào)。依據(jù)寄存器的設(shè)定，MF RC 500 芯片內(nèi)部接收器對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和檢測(cè)，然后將處理好的數(shù)據(jù)通過(guò)并行口發(fā)送到微處理器AT89C52。

3.2 GPRS模塊電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)單片機(jī)主控芯片采用AT89C52，GPRS 移動(dòng)通信模塊采用SIM300C，電平轉(zhuǎn)換采用MAX221 芯片。以AT89C52 為本系統(tǒng)的主控制器，內(nèi)嵌有TCP/IP 協(xié)議的GPRS 無(wú)線通信模塊，實(shí)現(xiàn)電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)的采集和遠(yuǎn)程傳輸兩大功能。AT89C52 芯片將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)串口發(fā)送給SIM300C 無(wú)線通信模塊中，模塊會(huì)自動(dòng)地將要發(fā)送的數(shù)據(jù)打包成TCP/IP 的數(shù)據(jù)包，并通過(guò)GPRS 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)上的服務(wù)器建立連接，將采集的數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器上。GPRS 模塊結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。

4 追溯管理應(yīng)用軟件

追溯管理應(yīng)用軟件主要包括客戶和產(chǎn)品基本信息輸入、產(chǎn)品入庫(kù)管理、產(chǎn)品發(fā)放管理、查詢統(tǒng)計(jì)管理等。主要功能：

（1）對(duì)終端機(jī)監(jiān)控，接收和向終端機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)；

（2）建立基本信息檔案如：客商、客戶、產(chǎn)品檔案等；

（3）電子標(biāo)簽入庫(kù)；

（4）產(chǎn)品與電子標(biāo)簽的綁定；

（5）產(chǎn)品的追溯查詢。產(chǎn)品信息管理圖如圖5所示。

4.1 后臺(tái)管理

4.1.1 客戶與產(chǎn)品基本信息輸入

（1）客商信息管理：客商信息輸入、修改、刪除?？蜕淌侵府a(chǎn)品生產(chǎn)商。

（2）客戶信息管理：客戶信息輸入、修改、刪除?？蛻羰侵附?jīng)銷商商，包括批發(fā)商和零售商。

（3）產(chǎn)品信息管理：產(chǎn)品信息輸入、修改、刪除。

4.1.2 產(chǎn)品入庫(kù)管理

（1）RFID 標(biāo)簽入庫(kù)。計(jì)算機(jī)和讀卡機(jī)連接好后，刷卡，屏幕界面將顯示卡號(hào)及刷卡數(shù)量，刷卡完成，按“入庫(kù)“鍵，所刷過(guò)的標(biāo)簽將存入數(shù)據(jù)庫(kù)備用。RFID 標(biāo)簽入庫(kù)圖如圖6所示。

（2）入庫(kù)批號(hào)查詢：按批號(hào)顯示目前庫(kù)存的標(biāo)簽數(shù)量。

計(jì)算機(jī)和讀卡機(jī)連接好后，刷卡，屏幕界面將顯示卡號(hào)及刷卡數(shù)量，刷卡完成，按“入庫(kù)“鍵，所刷過(guò)的標(biāo)簽將存入數(shù)據(jù)庫(kù)備用。

4.2 終端機(jī)管理

4.2.1 產(chǎn)品發(fā)放管理

（1）標(biāo)簽商品綁定。把待銷售的產(chǎn)品與標(biāo)簽進(jìn)行綁定，輸入相關(guān)內(nèi)容后，按確定綁定按鈕即完成。RFID 標(biāo)簽與產(chǎn)品綁定圖如圖7所示。

（2）終端機(jī)發(fā)放：輸入終端機(jī)編號(hào)，選擇要發(fā)放的網(wǎng)點(diǎn)（包括生產(chǎn)基地，流通、銷售網(wǎng)點(diǎn)），終端機(jī)即與具體網(wǎng)點(diǎn)建立對(duì)應(yīng)關(guān)系，如此可以追溯產(chǎn)品的流通地點(diǎn)。終端機(jī)與網(wǎng)點(diǎn)綁定圖如圖8所示。

4.2.2 查詢統(tǒng)計(jì)管理

RFID 追溯查詢：輸入標(biāo)簽號(hào)，查詢單個(gè)產(chǎn)品的生產(chǎn)、流通信息。單個(gè)標(biāo)簽查詢圖如圖9所示。

5 結(jié)論

本系統(tǒng)開發(fā)的食品安全流通RFID 追溯系統(tǒng)，通過(guò)RFID（無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)）實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量追溯的系統(tǒng)，特別適合于無(wú)計(jì)算機(jī)或互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)條件的農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖/種植基地和農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)網(wǎng)點(diǎn)使用。針對(duì)目前信息追溯過(guò)程所存在的問(wèn)題，本項(xiàng)目通過(guò)RFID 標(biāo)簽用于物品身份標(biāo)識(shí)的防偽可靠性，以及GPRS 無(wú)線通信技術(shù)，設(shè)計(jì)獨(dú)特的管理流程。

本系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)是多項(xiàng)技術(shù)（RFID 無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)、嵌入系統(tǒng)軟件技術(shù)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)、計(jì)算機(jī)管理軟件開發(fā)、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等綜合）在物流領(lǐng)域中成功的集成應(yīng)用。