RFID技術(shù)在桶裝水追溯系統(tǒng)中的應(yīng)用

張秋英

摘要：近年來桶裝水銷量持續(xù)增加，市場上也出現(xiàn)了各種成分、特點(diǎn)的產(chǎn)品，幾乎關(guān)系到廣大消費(fèi)者的所有生活場景，同時，其價格也令人眼花繚亂。而消費(fèi)者對于這些錯綜復(fù)雜的產(chǎn)品規(guī)格和其真正價值內(nèi)涵很難準(zhǔn)確把握；另外水桶作為一種流動資產(chǎn)，水桶的重復(fù)灌裝效率降低，才是企業(yè)真正面臨的成本壓力。針對這些實(shí)際存在已久的問題，運(yùn)用信息化包裝的產(chǎn)品理念，引入RFID技術(shù)在水桶內(nèi)壁植入相應(yīng)EPC編碼的電子標(biāo)簽，在桶裝水的各個環(huán)節(jié)（生產(chǎn)、供應(yīng)、服務(wù)消費(fèi)以及舊桶回收等）做到相應(yīng)信息的記錄、查詢、追溯、監(jiān)管以及消費(fèi)者的可快速反饋。采用導(dǎo)電油墨技術(shù)來取代傳統(tǒng)的電子標(biāo)簽，能做到節(jié)約時間，降低成本，減少污染。同時結(jié)合Savant技術(shù)，完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：RFID技術(shù)；導(dǎo)電油墨技術(shù)；Savant系統(tǒng)；桶裝水

中圖分類號；TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）25-0215-03

Abstract：Bottled water sales continued to increase in recent years， the market also appeared in a variety of ingredients， and characteristics of the product. almost related to the vast number of consumers of all life scenes. At the same time， its price is also dazzling. And consumers for these complex product specifications and their real value are hard to grasp. In addition， the bucket as a current asset， its repeated filling efficiency is reduced. Which is the real cost pressures faced by enterprises. Aims at these problems， using the product concept of information packaging and introducing the technology of RFID implantable RFID tag（corresponding EPC encoding） in barrel wall， thus making bottled water from the production， supply， service consumption to the old barrel recycling all aspects of the information can be recorded， searchable， traceability， regulatory and consumer feedback can quickly. Use conductive ink technology to replace the traditional electronic tags， can save time， reduce costs and reduce pollution. At the same time， combined with the technology of Savant， complete the system design.

Key words： RFID； Conductive ink technology； Savant system； Bottled water

隨著人們生活水平的提高，食品以及飲用水的安全得到社會上越來越多的關(guān)注，而這部分健康的剛性需求也使得桶裝水市場日益繁榮，各種水產(chǎn)品種類也層出不窮。消費(fèi)者的可選擇性多了，但也不乏存在諸多問題。對于消費(fèi)者面臨的主要就是無法保證其質(zhì)量問題和準(zhǔn)確把握其價值內(nèi)涵從而理性消費(fèi)；對于生產(chǎn)者來說，無法與消費(fèi)者直接對話、經(jīng)營者嚴(yán)重不規(guī)范的經(jīng)營行為直接損害了其利益以及不注重“水桶”這種流動資產(chǎn)的管理。

運(yùn)用信息化的包裝的理念，引入RFID技術(shù)，在水桶內(nèi)壁植入相應(yīng)EPC編碼的油墨標(biāo)簽。使桶裝水從最初的生產(chǎn)到最終的空桶回收等各個環(huán)節(jié)做到信息的可視化，也可利用此手段來標(biāo)定水產(chǎn)企業(yè)以及水產(chǎn)品本身。在此基礎(chǔ)上就可以建立起一個信息追溯系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括信息的記錄、查詢、追溯、監(jiān)管以及反饋等功能。同時，賦予水桶全球唯一的電子身份，使經(jīng)營者管理起來更規(guī)范，便于水桶的回收從而提高重復(fù)灌裝率，大大降低了企業(yè)的損失，保證了企業(yè)利益。而引入數(shù)據(jù)安全協(xié)議的電子信息載體（電子標(biāo)簽）又能使假水無孔可入，從最大程度保護(hù)了廣大消費(fèi)者的權(quán)益。

1 相關(guān)技術(shù)介紹

1.1 RFID技術(shù)

1） 基本概念

RFID（Radio Frequency Identification）技術(shù)是一種不需要被識別目標(biāo)與識別裝置之間有任何形式的機(jī)械或光學(xué)接觸的通訊技術(shù)，又可稱為無線射頻識別技術(shù)。該技術(shù)是通過收發(fā)無線電訊號做到識別目標(biāo)，也可讀取芯片里的數(shù)據(jù)以及往芯片寫入相關(guān)數(shù)據(jù)。這種技術(shù)一般由專門的電子標(biāo)簽和讀寫器組合完成，其大致過程是附在目標(biāo)物上的標(biāo)簽內(nèi)的相關(guān)數(shù)據(jù)通過頻率信號這個載體有電子標(biāo)簽發(fā)送給讀寫器，從而完成數(shù)據(jù)的收集。

2） RFID系統(tǒng)構(gòu)成

RFID系統(tǒng)具體由應(yīng)答器（RFID標(biāo)簽）、RFID閱讀器以及RFID應(yīng)用軟件系統(tǒng)構(gòu)成，從構(gòu)造上看這種技術(shù)是一種無線系統(tǒng)，較為簡單，主要是由可寫入識別代碼的芯片和天線構(gòu)成。分為有源式、無源式和半有源式，目前用的最多的是無源式。無源式電能來源于天線接收到的電磁波能量，該系統(tǒng)主要用于物體的檢測、控制以及跟蹤。endprint

RFID系統(tǒng)的基本組成如圖1所示：

如圖該系統(tǒng)分為硬件部分和軟件部分，幾乎適用于全部簡單或復(fù)雜的射頻識別方案 。 硬件部分包括：RFID標(biāo)簽、讀寫器和天線；軟件部分包括：應(yīng)用程序、RFID中間組件、以及RFID系統(tǒng)軟件。RFID標(biāo)簽和讀寫器之間的數(shù)據(jù)交換和處理以及讀寫器和主機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換和處理是在該系統(tǒng)是軟件部分上完成的。

3） RFID特點(diǎn)與優(yōu)勢

RFID電子標(biāo)簽與條形碼、二維碼這些傳統(tǒng)的識別方式相比具有很大的優(yōu)勢，具體列舉如下：

a） 比較高的安全性

采用RFID電子標(biāo)簽對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲有效地保護(hù)了數(shù)據(jù)，使其中內(nèi)容不容易被篡改，被偽造。彌補(bǔ)了傳統(tǒng)條形碼的諸多缺點(diǎn)，例如易被仿制、操作過于簡單以及過差的保密性等

b） 較強(qiáng)的抗污損能力

RFID電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)的載體是芯片，在沒有光和受到污損的時候照樣可以識別讀取其中信息。而一般傳統(tǒng)的條形碼是紙質(zhì)的，受損幾率大不說，污損的條形碼還不能進(jìn)行正確識別。

c） 較大容量

RFID電子標(biāo)簽的容量比條形碼的容量要大得多，能真正實(shí)現(xiàn)一物一碼。既能滿足不斷增大的信息流需求，又能做到快速正確處理信息。

d） 遠(yuǎn)距離可同時識別多個電子標(biāo)簽

RFID采用的是無線電波技術(shù)，能夠做到較遠(yuǎn)距離同時準(zhǔn)確識別多個物體。而傳統(tǒng)條形碼識別的時候一個讀寫器只能識別一個物體，且必須近距離光學(xué)識別。

1.2 導(dǎo)電油墨技術(shù)

RFID電子標(biāo)簽由標(biāo)簽天線和標(biāo)簽芯片組成，而標(biāo)簽天線在整個RFID系統(tǒng)中的作用極為重要，它不僅要調(diào)制反射RFID電子標(biāo)簽芯片中所存儲的信息，同時還要通過接收閱讀器發(fā)射的無線電波，為標(biāo)簽芯片提供能量。從而電子標(biāo)簽天線是印刷制作工藝就尤為重要，本文采用導(dǎo)電油墨印刷法進(jìn)行印制。工藝流程圖如圖2所示。

1） 導(dǎo)電油墨技術(shù)基本概念理論

導(dǎo)電油墨（electrically conductive printing ink）是由導(dǎo)電材料如金、銀、銅等制成的糊狀油墨，具有一定的導(dǎo)電性質(zhì)。其導(dǎo)電原理是：印刷在承印物上的導(dǎo)電油墨干燥后，導(dǎo)電離子之間的距離會變小，因此在外加電場的作用下自由電子按照一定方向移動進(jìn)而形成電流，這樣就具有了良好的導(dǎo)電性。本文借助導(dǎo)電油墨印制RFID天線，用來接受RFID專用的無線電波信號。

導(dǎo)電油墨技術(shù)有多種不同的印刷方式，RFID電子標(biāo)簽天線的印刷方式主要有4種：網(wǎng)版印刷、凹版印刷、凸版印刷和噴墨印刷，可根據(jù)膜厚度的不同要求來選擇印刷方式。

2） 導(dǎo)電油墨技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢

與金屬天線制作電子標(biāo)簽的方法相比，導(dǎo)電油墨印刷法的工藝更為簡單，制作起來更為快速，更為節(jié)省材料，成本更為低廉，更為綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。具體體現(xiàn)在以下幾個方面：

a） 低成本：導(dǎo)電油墨的原材料要比原先的金屬線圈價格低廉

b） 容易操作：導(dǎo)電油墨技術(shù)是一種加成法制作技術(shù)，容易控制且一步到位。

c） 無污染：導(dǎo)電油墨技術(shù)不需要使用化學(xué)試劑，是直接在基材上進(jìn)行印刷， 因而無污染。

d） 強(qiáng)抗壓性能：導(dǎo)電油墨具有更好的彈性和更高的可靠性。

2 桶裝水追溯系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)施

本文的桶裝水追溯系統(tǒng)主要包括水源地生產(chǎn)信息的采集、運(yùn)輸信息的記錄傳輸以及信息透明化上傳三個物聯(lián)網(wǎng)方面結(jié)構(gòu)。具體又細(xì)分為包括從生產(chǎn)到供應(yīng)到運(yùn)輸?shù)椒?wù)到空桶回收這五個部分的信息追溯。整體系統(tǒng)的核心是Savant系統(tǒng)，為了實(shí)現(xiàn)自動化的信息交換，利用桶裝水流通的各個節(jié)點(diǎn)安裝的RFID閱讀器自動的采集桶裝水在此節(jié)點(diǎn)的相應(yīng)信息，然后將閱讀器收到的信息經(jīng)過相關(guān)的設(shè)備發(fā)送給Savant系統(tǒng)，Savant系統(tǒng)再對信息進(jìn)行篩選整理。從而達(dá)到桶裝水信息的透明化、規(guī)則化、準(zhǔn)確化以及自動化的要求。

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則應(yīng)遵循四個原則，分別是實(shí)用性、唯一性、安全性以及識別性。

實(shí)用性：在設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案確定之前首先要考慮的是系統(tǒng)的實(shí)用性，使得在現(xiàn)實(shí)社會上發(fā)揮可行的作用，解決桶裝水種類繁多無法正確選擇以及空桶回收率極低的現(xiàn)實(shí)問題。

唯一性：標(biāo)簽編碼能保證其具有全球唯一性，能從根本上解決問題。

安全性：對標(biāo)簽內(nèi)寫入的信息進(jìn)行加密從而保證其安全性。

識別性：滿足不同用戶的不同要求，識別過程要簡單快捷，且消費(fèi)者也能對查詢結(jié)果一目了然。

2.2 系統(tǒng)總體架構(gòu)及組成

基于RFID的桶裝水追溯系統(tǒng)主要由以下系統(tǒng)組成：業(yè)務(wù)追溯系統(tǒng)和Savant系統(tǒng)

業(yè)務(wù)追溯系統(tǒng)包括生產(chǎn)追溯系統(tǒng)、庫存追溯系統(tǒng)、物流信息追溯系統(tǒng)以及銷售追溯系統(tǒng)。

生產(chǎn)追溯系統(tǒng)主要業(yè)務(wù)是進(jìn)行桶裝水的生產(chǎn)（水源）和包裝，涉及RFID標(biāo)簽防偽方面，重點(diǎn)完成工作：導(dǎo)電油墨標(biāo)簽賦相應(yīng)EPC編碼、標(biāo)簽植入桶內(nèi)壁、裝水封裝后傳導(dǎo)油墨標(biāo)簽的檢測讀寫等業(yè)務(wù)。

庫存追溯系統(tǒng)主要完成的工作是桶裝水的入庫、出庫以及實(shí)時顯示庫存情況等業(yè)務(wù)。

物流信息追溯系統(tǒng)主要完成處理訂單、配送貨物以及跟蹤物流信息并反饋給消費(fèi)者等業(yè)務(wù)。

銷售追溯系統(tǒng)主要完成桶裝水的訂單接收、自主結(jié)賬等業(yè)務(wù)。

查詢系統(tǒng)主要面對消費(fèi)者完成桶裝水信息查詢以及銷售者及時回收空桶。

2.3 Savant系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

Savant系統(tǒng)是處于閱讀器和Internet的中間件，閱讀器將導(dǎo)電油墨標(biāo)簽上的信息讀取出來，由Savant系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)的平滑處理、校驗(yàn)和存儲之后傳送到Internet，需要包含像數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)的校對和數(shù)據(jù)的傳輸?shù)然竟δ苣K。

Savant系統(tǒng)的每個節(jié)點(diǎn)需要同閱讀器連接在一起，尤其是邊界節(jié)點(diǎn)，需要對RFID閱讀器讀到的信息做出快速反應(yīng)。因此，為了提高這個反應(yīng)速度，采用的是即時數(shù)據(jù)庫。Savant系統(tǒng)擁有采用JMS消息機(jī)制構(gòu)建的數(shù)據(jù)傳輸模塊，可以完成對外數(shù)據(jù)交互。endprint

2.4 桶裝水追溯系統(tǒng)的實(shí)施

當(dāng)桶生產(chǎn)的時候，都會在桶內(nèi)壁植入相應(yīng)EPC編碼的導(dǎo)電油墨標(biāo)簽，形成信息化包裝。從裝水、入庫、出庫、運(yùn)輸?shù)交厥湛胀岸紩跇?biāo)簽寫入相應(yīng)的信息，在每個流通節(jié)點(diǎn)處安裝RFID閱讀器，通過閱讀器獲取桶裝水的相關(guān)信息，經(jīng)由無線通信方式自動發(fā)送給本地服務(wù)器的Savant系統(tǒng)，Savant系統(tǒng)會將這些數(shù)據(jù)在EPC信息服務(wù)器中記錄下來，然后通過訪問PML服務(wù)器生成PML文件。當(dāng)PML服務(wù)器中有新的記錄時，前一個記錄對應(yīng)的EPC編碼和PML服務(wù)器的IP地址會被同時保存到ONS服務(wù)器里，形成一一對應(yīng)的關(guān)系。進(jìn)而可以通過Internet使得每個節(jié)點(diǎn)處的Savant系統(tǒng)在任意的時刻和地點(diǎn)可查詢此桶裝水的相關(guān)信息，達(dá)到信息可視化目的。追溯流程如圖4所示：

為提高桶裝水流通的效率，本追溯系統(tǒng)是將Savant系統(tǒng)、ONS服務(wù)器與PML服務(wù)器兩兩建立相關(guān)聯(lián)系，在每個節(jié)點(diǎn)生成桶裝水的PML文件，方便節(jié)點(diǎn)的RFID閱讀器進(jìn)行讀取、驗(yàn)證和寫入信息。同時庫存情況，空桶回收情況也可實(shí)時查詢，消費(fèi)者也可通過查詢系統(tǒng)來驗(yàn)證桶裝水的真正價值，從而選擇更適合自己的產(chǎn)品。

2.5 桶裝水追溯系統(tǒng)測試以及效果展示

為了驗(yàn)證該桶裝水追溯系統(tǒng)的可行性以及準(zhǔn)確度，測試實(shí)驗(yàn)擬選取油墨標(biāo)簽的錄入信息與追溯到的信息進(jìn)行比對，來考察該系統(tǒng)的準(zhǔn)確度。

測試時，先用RFID閱讀器去讀取一個信息為空白的油墨標(biāo)簽，等到標(biāo)簽通過裝有閱讀器的節(jié)點(diǎn)時，聽到識別的聲音之后，點(diǎn)擊系統(tǒng)的信息錄入界面錄入信息時信息為空，與事先預(yù)期相同。接著，用相同的方法去讀取一個錄入信息的標(biāo)簽，點(diǎn)擊系統(tǒng)的信息錄入界面能看到該桶裝水的生產(chǎn)信息、庫存信息、物流信息等詳細(xì)信息。

本桶裝水追溯系統(tǒng)對桶裝水信息的追溯是通過操作Savant的數(shù)據(jù)庫模塊來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)點(diǎn)擊桶裝水追溯時出現(xiàn)詳細(xì)信息的追溯界面。桶裝水追溯時利用Savant系統(tǒng)進(jìn)行注冊管理各個節(jié)點(diǎn)信息，能高效快速的監(jiān)控每一個節(jié)點(diǎn)，從而桶裝水追溯系統(tǒng)的效率也得到了大大的提高。

測試中，我們擬選取的對比數(shù)據(jù)是桶裝水的實(shí)際信息數(shù)據(jù)與該系統(tǒng)追溯到的信息數(shù)據(jù)，選取的信息對比指標(biāo)包括水源地、生產(chǎn)日期、發(fā)貨日期、物流位置、空桶回收、EPC編碼這6個指標(biāo)，分別進(jìn)行準(zhǔn)確度對比分析，結(jié)果用Matlab軟件進(jìn)行繪制對比圖，如圖5所示：

圖中實(shí)線代表追溯到的信息，虛線代表實(shí)際信息。 從圖中看出，兩條曲線幾乎是重合的，證明信息的準(zhǔn)確度還是極高的，該桶裝水追溯系統(tǒng)追溯到的信息是準(zhǔn)確的，有較強(qiáng)的可靠性。

3 結(jié)束語

隨著生活水平的提高，以及食品安全問題的嚴(yán)峻性，消費(fèi)者對桶裝水的需求與日俱增，對水的質(zhì)量要求也越來越高，但市場上魚龍混雜的種類以及混亂的價格讓消費(fèi)者很難做出正確選擇，也對桶裝水的質(zhì)量以及真正價值不能準(zhǔn)確了解。此外，本文對RFID標(biāo)簽的關(guān)鍵部件天線的制作工藝進(jìn)行了相應(yīng)的優(yōu)化，采用的傳導(dǎo)油墨技術(shù)大大降低了標(biāo)簽成本。由于傳導(dǎo)油墨的特殊性能，可用于制作智能標(biāo)簽，生產(chǎn)商和經(jīng)銷商可以通過智能標(biāo)簽實(shí)時的監(jiān)控桶裝水的庫存情況、質(zhì)量狀況以及物流去向；消費(fèi)者則可通過智能標(biāo)簽驗(yàn)證桶裝水的價值、質(zhì)量狀況以及物流信息。

參考文獻(xiàn)：

[1] 任佳玥. RFID技術(shù)在酒類質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)中的應(yīng)用[D].北京：北京交通大學(xué)，2016.

[2] 付祥，林逢升. 智能化食品安全可追溯監(jiān)管系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 計(jì)算機(jī)測量與控制，2014（03）：886-888.

[3] 試析RFID技術(shù)在現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用[J]. 張慧. 電子技術(shù)，2013（08）.

[4] An RFID application in the food supply chain： A case study of convenience stores in Taiwan[J] . I-Hsuan Hong， Jr-Fong Dang， Yi-Hsuan Tsai， Chen-Shen Liu， Wang-Tsang Lee， Ming-Li Wang， Pei-Chun Chen. Journal of Food Engineering. 2011 （2）.

[5] 林振興，范本貴，洪國彬. 基于RFID家具產(chǎn)品物流追溯系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)[J]. 物流科技，2017，（05）：10-13.

[6] 付深圳，孫運(yùn)強(qiáng). 智能飲料瓶回收機(jī)設(shè)計(jì)[J]. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015，（36）：75.

[7] 李玲玲. 淺析食品安全追溯系統(tǒng)[A]. 中國標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會.標(biāo)準(zhǔn)化助力供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革與創(chuàng)新——第十三屆中國標(biāo)準(zhǔn)化論壇論文集[C].中國標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會：，2016：4.

[8] 王震，蘇恒強(qiáng). 基于RFID食品溯源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 無線互聯(lián)科技，2017，（06）：49-51.

[9] 王渭，劉子建. 基于高性能EPC網(wǎng)絡(luò)的物流追溯信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 計(jì)算技術(shù)與自動化，2017，（01）：128-135.

[10] http：//blog.sina.com.cn/s/blog_a59c35f60102woa1.html

[11] 賴小偉. 電子標(biāo)簽油墨天線制作與Inlay封裝的研究[D].華中科技大學(xué)，2008.endprint