基于NFC的農(nóng)產(chǎn)品溯源技術(shù)研究

李學(xué)鋒，趙雪平

（湖北文理學(xué)院數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，襄陽(yáng) 441053）

基于NFC的農(nóng)產(chǎn)品溯源技術(shù)研究

李學(xué)鋒，趙雪平

（湖北文理學(xué)院數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，襄陽(yáng) 441053）

NFC技術(shù)是當(dāng)前在手機(jī)中廣泛支持的一種無(wú)線近距離通信技術(shù)，基于NFC的溯源技術(shù)比RFID與二維碼有更好的適用性。在分析NFC技術(shù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出基于NFC的農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)的信息模型，進(jìn)行溯源系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)，并對(duì)NFC標(biāo)識(shí)、數(shù)據(jù)采集、溯源軟件設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入分析與研究。

NFC；農(nóng)產(chǎn)品；溯源系統(tǒng)；質(zhì)量安全

0 引言

近年來(lái)，隨著物聯(lián)網(wǎng)的興起，溯源技術(shù)又有了新的發(fā)展[1-4]，如RFID、二維碼，并且涌現(xiàn)出許多實(shí)際應(yīng)用案例，如文獻(xiàn)[5-8]。但在使用中也發(fā)現(xiàn)了一些問題，例如：基于無(wú)線的RFID技術(shù)，信息的讀寫需要專用RFID讀寫器，對(duì)于普通用戶而言，難以隨時(shí)隨地地進(jìn)行溯源查詢；二維碼技術(shù)存在掃描對(duì)焦相對(duì)麻煩、二維碼易被污損而不能掃描的問題。

針對(duì)存在的問題，我們將NFC技術(shù)引入到的溯源系統(tǒng)中，并對(duì)基于NFC的農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析與研究。

1 NFC技術(shù)及其特點(diǎn)

1.1 NFC技術(shù)簡(jiǎn)介

NFC（Near Field Communication，近場(chǎng)通信），又稱為近距離無(wú)線通信，是一種近距離非接觸式的高頻無(wú)線通信技術(shù)，允許電子設(shè)備之間進(jìn)行非接觸式點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸（有效距離一般在4cm之內(nèi)）。

NFC技術(shù)由非接觸式無(wú)線射頻識(shí)別（RFlD）技術(shù)和數(shù)據(jù)采集技術(shù)的融合演變而來(lái)。NFC技術(shù)最開始由飛利浦、諾基亞、索尼等著名廠商聯(lián)合推出，隨后NFC技術(shù)被規(guī)范成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（ISO標(biāo)準(zhǔn)與ECMA標(biāo)準(zhǔn)）。NFC支持非接觸的雙向識(shí)別、連接和相互通信；NFC的速率可為106 kbps，212 kbps，424 kbps，甚至可提高到848 kbps以上[9]；支持三種不同的工作模式：讀卡器模式、卡模擬模式、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式。

1.2 NFC與現(xiàn)有溯源技術(shù)的比較

NFC技術(shù)具有RFID的非接觸式數(shù)據(jù)傳輸方式、任意方向讀取、環(huán)境適用性好等優(yōu)點(diǎn)之外，NFC采取了獨(dú)特的信號(hào)衰減技術(shù)，能耗低，傳輸范圍比RFID小，一定程度上解決了標(biāo)簽碰撞的問題。NFC的傳輸速率高于RFID。目前三大移動(dòng)平臺(tái)Android、iOS、Windows Phone都支持NFC[10-11]。NFC作為手機(jī)標(biāo)配功能已成為一種趨勢(shì)，相對(duì)于RFID讀寫需要用專用讀寫器，基于移動(dòng)設(shè)備的NFC更方便普通用戶的使用。

與二維碼相比，NFC采用無(wú)線通信技術(shù)，避免了二維碼的易受污損、標(biāo)簽掃描的光線要求與對(duì)焦要求、讀取速度慢等問題，且現(xiàn)在NFC標(biāo)簽貼紙價(jià)格相對(duì)便宜，適合低成本、大批量使用。

2 基于NFC的農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)

農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)是一個(gè)為各種農(nóng)產(chǎn)品提供產(chǎn)品溯源、質(zhì)量監(jiān)控和品牌推廣的平臺(tái)。其主要功能是將生產(chǎn)供應(yīng)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)的信息公開共享給消費(fèi)者，消除消費(fèi)者對(duì)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的疑慮。此平臺(tái)面向的對(duì)象主要有進(jìn)行農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)、加工、物流與銷售等環(huán)節(jié)的企業(yè)，質(zhì)量監(jiān)管部門，最終消費(fèi)者。

2.1 基于NFC的農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)的追溯流程

在農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)中，農(nóng)產(chǎn)品的信息數(shù)據(jù)在其生產(chǎn)供應(yīng)鏈中各個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)生，并由相應(yīng)環(huán)節(jié)采集、添加到系統(tǒng)中。農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)供應(yīng)鏈包含了農(nóng)產(chǎn)品從生產(chǎn)到銷售的所有環(huán)節(jié)，主要有：生產(chǎn)、加工包裝、物流倉(cāng)儲(chǔ)、銷售超市等環(huán)節(jié)。根據(jù)供應(yīng)鏈，可建立溯源系統(tǒng)的追溯的信息模型，如圖1所示。

圖1 農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈及溯源系統(tǒng)的信息模型

在信息模型中的每個(gè)環(huán)節(jié)上，都要對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的處理信息進(jìn)行記錄，以保證可以進(jìn)行全程追溯。消費(fèi)者通過查詢追溯得到這些數(shù)據(jù)，以了解產(chǎn)品的詳細(xì)信息。這些數(shù)據(jù)也是監(jiān)管機(jī)構(gòu)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)與供應(yīng)流程進(jìn)行監(jiān)管的主要對(duì)象。

2.2 基于NFC的溯源系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)

基于NFC的農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)主要由數(shù)據(jù)采集、監(jiān)管、溯源查詢、質(zhì)量安全數(shù)據(jù)中心等部分構(gòu)成，如圖2所示。其中數(shù)據(jù)采集負(fù)責(zé)對(duì)各環(huán)節(jié)產(chǎn)生的信息進(jìn)行收集上傳到質(zhì)量安全數(shù)據(jù)中心，監(jiān)管機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)對(duì)生產(chǎn)供應(yīng)鏈的各環(huán)節(jié)的操作流程進(jìn)行監(jiān)管，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行抽樣檢查，以確保產(chǎn)品的質(zhì)量。

圖2 農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)架構(gòu)

3 基于NFC的溯源系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 NFC標(biāo)簽及產(chǎn)品標(biāo)識(shí)

在溯源系統(tǒng)中產(chǎn)品標(biāo)識(shí)是供應(yīng)鏈中各環(huán)節(jié)根據(jù)企業(yè)編號(hào)、農(nóng)產(chǎn)品類型、日期、批次等參數(shù)綜合生成，產(chǎn)品標(biāo)識(shí)在溯源系統(tǒng)是唯一的，并由企業(yè)寫入到NFC標(biāo)簽中。生產(chǎn)供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)需要以產(chǎn)品標(biāo)識(shí)為對(duì)象，將農(nóng)產(chǎn)品在本環(huán)節(jié)處理流程中的關(guān)鍵信息上傳到質(zhì)量安全數(shù)據(jù)庫(kù)。產(chǎn)品標(biāo)識(shí)是農(nóng)產(chǎn)品溯源的唯一追溯碼。

用來(lái)存放產(chǎn)品標(biāo)識(shí)的NFC標(biāo)簽的形式有多種多樣，既有支持一次性寫入的，也有支持簡(jiǎn)單的讀寫操作的，還有一些復(fù)雜的NFC標(biāo)簽，例如，通過硬件加密的方式限制對(duì)某一區(qū)域的訪問。用于溯源系統(tǒng)的可以選擇貼紙式一次性寫入的NFC標(biāo)簽，因?yàn)槠鋬r(jià)格低廉，可以在任意平面或曲面上使用。

3.2 農(nóng)產(chǎn)品溯源數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)管理

產(chǎn)品溯源就是對(duì)生產(chǎn)供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢以了解產(chǎn)品的生產(chǎn)物流的詳細(xì)過程，所以數(shù)據(jù)采集是整個(gè)溯源系統(tǒng)的基礎(chǔ)?；贜FC的數(shù)據(jù)采集就是使用支持NFC的手機(jī)、平板或?qū)Ｓ米x取設(shè)備上的數(shù)據(jù)采集App，讀取NFC標(biāo)簽的產(chǎn)品標(biāo)識(shí)，將相關(guān)環(huán)節(jié)的具體參數(shù)上傳到數(shù)據(jù)庫(kù)的過程。

數(shù)據(jù)的采集與上傳，是受權(quán)限限制的，只有企業(yè)用戶才擁有數(shù)據(jù)的采集與上傳權(quán)限，且只能對(duì)生產(chǎn)供應(yīng)鏈上本企業(yè)所在環(huán)節(jié)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與上傳權(quán)限。

各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)采集參數(shù)的設(shè)置，必須要能反映本環(huán)節(jié)的主要指標(biāo)。比如，在生產(chǎn)企業(yè)中除了企業(yè)的基本信息之外，還有農(nóng)產(chǎn)品的品種（種子）名稱、產(chǎn)品基本介紹、產(chǎn)品認(rèn)證信息、生產(chǎn)地點(diǎn)、生長(zhǎng)期圖片以及隨時(shí)可查看的現(xiàn)場(chǎng)視頻、生產(chǎn)環(huán)境數(shù)據(jù)、肥料使用記錄、農(nóng)藥使用記錄、采摘日期、采摘人員等等。包裝環(huán)節(jié)的信息主要可以有包裝形式、日期、包裝人員等。物流環(huán)節(jié)包括運(yùn)輸車輛信息、日期等。倉(cāng)儲(chǔ)與銷售環(huán)節(jié)的主要信息有入庫(kù)時(shí)間、出庫(kù)時(shí)間、倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境參數(shù)，賣場(chǎng)信息、日期等。

圖3 數(shù)據(jù)信息鏈

供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)上傳信息到質(zhì)量安全數(shù)據(jù)庫(kù)，并形成一個(gè)完整的數(shù)據(jù)信息庫(kù)，如圖3所示。

3.3 基于NFC的溯源App

基于NFC的溯源App，安裝在支持NFC的移動(dòng)設(shè)備（如手機(jī)、平板等）上，供應(yīng)鏈企業(yè)可以向NFC標(biāo)簽寫入產(chǎn)品標(biāo)識(shí)，終端用戶通過讀取NFC標(biāo)簽內(nèi)的產(chǎn)品標(biāo)識(shí)，并以此為追溯碼，并按照?qǐng)D3的信息鏈向上溯源到關(guān)于此產(chǎn)品的所有信息。

Android系統(tǒng)中對(duì)NFC標(biāo)簽的操作有標(biāo)簽分發(fā)方式和前臺(tái)分發(fā)方式二種機(jī)制。標(biāo)簽分發(fā)方式是標(biāo)簽主導(dǎo)，在非鎖屏狀態(tài)下NFC適配器掃描到NFC標(biāo)簽時(shí)，將標(biāo)簽中的負(fù)載數(shù)據(jù)和標(biāo)簽類型封裝到Intent，根據(jù)不同的Internt啟動(dòng)相應(yīng)的應(yīng)用程序來(lái)處理這張標(biāo)簽。前臺(tái)分發(fā)方式是由App起主導(dǎo)作用，在Activity主動(dòng)掃描，并攔截Intent。相當(dāng)于在標(biāo)簽分發(fā)的基礎(chǔ)上加一層過濾，避免彈出Activity列表給用戶選擇。

NFC標(biāo)簽的讀取與溯源。首先，獲取NfcAdapter對(duì)象；其次，獲取NdefMessage信息，對(duì)NdefMessage對(duì)象進(jìn)行解析，獲取相關(guān)的文本信息（然后產(chǎn)品標(biāo)識(shí)）。然后，根據(jù)產(chǎn)品標(biāo)識(shí)對(duì)產(chǎn)品信息進(jìn)行溯源查詢與展示。

NFC標(biāo)簽的寫入操作。首先，獲取NfcAdapter對(duì)象與Tag對(duì)象，并通過Tag創(chuàng)建Ndef對(duì)象；其次，將要寫入標(biāo)簽的數(shù)據(jù)（產(chǎn)品標(biāo)識(shí)）封裝成NdefMessage；然后，建立與標(biāo)簽連接，調(diào)用ndef.writeNdefMessage(NdefMessage)方法將數(shù)據(jù)寫入。

4 結(jié)語(yǔ)

本文分析了NFC技術(shù)的特點(diǎn)，提出基于NFC的農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)的信息模型與系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入的分析與研究。相比RFID與二維碼的溯源技術(shù)，基于手機(jī)NFC的溯源技術(shù)不僅解決了RFID專用讀寫器的問題，也避開了二維碼標(biāo)簽的易污損、讀取速率慢的問題，在實(shí)際使用上更加便捷。

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Research on Traceability System of Agricultural Products Based on NFC

LI Xue-feng，ZHAO Xue-ping
（School of Mathematics and Computer Science,Hubei University of Arts and Science,Xiangyang 441053）

NFC technology is a kind of wireless near distance communication technology which is widely supported in mobile phone at present.The traceability technology based on NFC has better applicability than RFID and two-dimensional code.Based on the analysis of characteristics of NFC technology,puts forward the information model of agricultural products traceability system based on NFC,the traceability system architecture design,and in depth analysis and research on the key technologies,such as NFC identification,data acquisition,software design and so on.

NFC;Agricultural Products;Traceability System;Quality and Safety

1007-1423（2016）36-0026-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2016.36.006

李學(xué)鋒（1968-），男，湖北隨州人，本科，講師，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)物聯(lián)網(wǎng)

2016-10-11

2016-12-15

趙雪平（1993-），女，湖北宜城人，本科生，研究方向?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)