基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的個(gè)性化智能包裝設(shè)計(jì)

(閩南理工學(xué)院實(shí)踐教學(xué)中心，福建 石獅 362700)

0 引言

在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、RFID技術(shù)的帶動(dòng)下，產(chǎn)品包裝也經(jīng)歷了無包裝-簡(jiǎn)單包裝-精美包裝-個(gè)性化包裝-智能化包裝的發(fā)展階段。傳統(tǒng)包裝形式注重UI設(shè)計(jì)，僅有華麗的外表未能幫助消費(fèi)者正確地、全方位地了解產(chǎn)品。若沒有一個(gè)全面的、多層次的介紹，可能會(huì)讓消費(fèi)者誤讀產(chǎn)品信息，不利于企業(yè)的產(chǎn)品推廣及公司形象展示。

1 研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)

智能化包裝讓企業(yè)的產(chǎn)品信息獲取及成品運(yùn)輸跨入新的時(shí)代，大大縮減產(chǎn)品挑揀、分類、運(yùn)輸成本。智能包裝不再只是外觀呈現(xiàn)，而是能夠包含多種產(chǎn)品信息的媒介，適用于幾乎所有行業(yè)。目前，全球智能包裝市場(chǎng)飛速發(fā)展，各種類型的智能包裝形式層出不窮。相比之下，國(guó)內(nèi)該行業(yè)的市場(chǎng)剛處于探索階段，由于技術(shù)及成本的原因，暫時(shí)沒有形成成熟的且成規(guī)模的產(chǎn)業(yè)鏈?；诖爽F(xiàn)狀，國(guó)內(nèi)智能包裝市場(chǎng)可挖掘的潛力巨大，相關(guān)技術(shù)的研發(fā)及標(biāo)準(zhǔn)的制定將會(huì)是核心關(guān)鍵。

2 設(shè)計(jì)構(gòu)想和研究目的

基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的思維和RFID無線射頻識(shí)別技術(shù)，本方案把產(chǎn)品包裝從原來的只能提供單一平面設(shè)計(jì)及書面信息轉(zhuǎn)化成可深入獲取產(chǎn)品信息的入口。從產(chǎn)品包裝可以獲取品名、生產(chǎn)日期、來源等常規(guī)信息，運(yùn)用數(shù)據(jù)庫、云存儲(chǔ)、二維碼識(shí)別和RFID技術(shù)，數(shù)據(jù)庫分類管理文字、圖片、聲音、介紹視頻、生產(chǎn)監(jiān)控視頻，通過移動(dòng)設(shè)備掃碼(二維碼、一維碼)或者RFID電子標(biāo)簽識(shí)別為入口深入獲取產(chǎn)品生產(chǎn)過程、原材料、企業(yè)全面介紹、使用方法視頻、用戶體驗(yàn)報(bào)告等豐富多彩的產(chǎn)品信息。二維碼識(shí)別技術(shù)已全面普及，運(yùn)用智能手機(jī)可實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地獲取信息。RFID射頻識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離無接觸識(shí)別，可以提高企業(yè)產(chǎn)品進(jìn)出庫、運(yùn)輸?shù)男省?/p>

3 研究?jī)?nèi)容及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.1 研究?jī)?nèi)容

1)云存儲(chǔ)、信息平臺(tái)建設(shè)，包括數(shù)據(jù)庫建設(shè)、平臺(tái)前后端開發(fā)及與硬件系統(tǒng)信息傳輸接口設(shè)定。

2)RFID無線射頻識(shí)別技術(shù)在包裝上的運(yùn)用研究，包括單片機(jī)控制、RFID技術(shù)原理研究、讀寫器研究、無源電子標(biāo)簽制作研究、電子標(biāo)簽測(cè)試等。

3)識(shí)別碼(二維碼、一維碼)在產(chǎn)品包裝上的應(yīng)用研究，包括技術(shù)原理、分類、應(yīng)用場(chǎng)景等，使用成熟的集成方案。

4)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究，主要以WiFi無線技術(shù)為主，搭建射頻識(shí)別系統(tǒng)的WiFi連接模塊。

5)產(chǎn)品信息素材加工研究，包括文案編輯、圖片處理、聲音處理、視頻剪輯等，實(shí)現(xiàn)包裝信息個(gè)性化。

6)包裝工業(yè)設(shè)計(jì)，側(cè)重產(chǎn)品包裝外觀設(shè)計(jì)的美觀及合理性。

3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1)云端數(shù)據(jù)庫和信息平臺(tái)，管理存儲(chǔ)產(chǎn)品信息，包括文字、圖片、聲音、視頻等素材。

2)系統(tǒng)控制芯片，采用ATMEGA328P U-TH為主控芯片，負(fù)責(zé)RFID電子標(biāo)簽識(shí)別控制。

3)識(shí)別終端，采用RC-522集成塊作為電子標(biāo)簽識(shí)別終端，采用智能手機(jī)或其他可掃碼設(shè)備作為二維碼識(shí)別終端。

4)顯示終端，包括計(jì)算機(jī)上位機(jī)顯示、智能手機(jī)或平板電腦。

5)識(shí)別入口，包括RFID無源電子標(biāo)簽和二維碼。

6)信息傳輸模塊，使用4G無線通信、WIFI傳輸和射頻無線傳輸，也可以使用傳統(tǒng)的有線連接傳輸模式。

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

4 信息平臺(tái)設(shè)計(jì)

4.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

信息平臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 信息平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖

4.2 后臺(tái)編輯權(quán)限

信息平臺(tái)素材編輯通過后臺(tái)編輯模塊進(jìn)行，平臺(tái)設(shè)置后臺(tái)管理權(quán)限，信息加密及安全驗(yàn)證采用服務(wù)器加密主流技術(shù)，確保后臺(tái)信息的安全性。

4.3 素材管理

平臺(tái)數(shù)據(jù)庫采用云存儲(chǔ)管理模式，素材包括文本、網(wǎng)址、文件、圖片、音視頻、名片、微信號(hào)等，每種類別素材都可以單獨(dú)設(shè)置生成二維碼。也可以編輯一個(gè)完整的產(chǎn)品介紹，內(nèi)容包括展示圖片、文件、音視頻等豐富內(nèi)容，最后生成二維碼圖案。

4.4 二維碼管理

信息平臺(tái)二維碼采用動(dòng)態(tài)二維碼，已產(chǎn)生的二維碼一次生成永久使用，后臺(tái)數(shù)據(jù)的更改無需改變二維碼圖案?？梢酝瑫r(shí)生成多個(gè)二維碼，鏈接平臺(tái)內(nèi)部不同素材或產(chǎn)品介紹，生成數(shù)量、掃描次數(shù)、使用時(shí)間都不設(shè)限。不同二維碼識(shí)別及更改可獨(dú)立設(shè)置，不互相影響。

4.5 RFID識(shí)別響應(yīng)

包裝電子標(biāo)簽具有單獨(dú)的編碼，由識(shí)別終端檢測(cè)并經(jīng)主控系統(tǒng)判斷，識(shí)別無誤的標(biāo)簽信息傳送到信息平臺(tái)，信息平臺(tái)根據(jù)對(duì)應(yīng)標(biāo)簽信息向顯示終端輸出對(duì)應(yīng)商品的信息或鏈接。

5 電子標(biāo)簽識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)

5.1 原理圖設(shè)計(jì)

標(biāo)簽識(shí)別系統(tǒng)原理圖如圖3所示。

圖3 標(biāo)簽識(shí)別系統(tǒng)原理圖

5.2 主控芯片模塊

采用ATMEGA328P U-TH為基于AVR處理器的主控芯片，閃存達(dá)到32 KB。其優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜，具有合理的IO口排布，開發(fā)環(huán)境集成功能豐富的庫文件，編程簡(jiǎn)單易上手。集成芯片的開發(fā)板通過USB線與電腦連接，功能調(diào)試及程序下載比較方便，節(jié)約開發(fā)時(shí)間。

5.3 液晶顯示模塊

液晶顯示屏，顯示字符采用點(diǎn)陣圖形，顯示的容量可分為多行多字，該模塊功耗低、體積小、采購方便，在電子設(shè)計(jì)中普及率較高。LCD1602為設(shè)計(jì)標(biāo)配，可根據(jù)應(yīng)用擴(kuò)展需要采用其他多行多字的LCD顯示模塊或OLED顯示模塊。

5.4 RFID識(shí)別模塊

RC522采用先進(jìn)的RFID檢測(cè)技術(shù)，適用多種類型的傳輸協(xié)議，檢測(cè)無需接觸電子標(biāo)簽。它可以驅(qū)動(dòng)讀寫器天線與ISO14443A/MIFARE卡和應(yīng)答器之間的通信，而不需要借助其他類型電路。RC522能夠支持高速的非接觸式通信，且與主控芯片的硬件連接簡(jiǎn)單，特別適合系統(tǒng)的快速開發(fā)及調(diào)試。

5.5 網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊

ESP8266模塊是一款普及率較高的WiFi傳輸模塊，采用串口即可實(shí)現(xiàn)與主控芯片的連接。數(shù)據(jù)在串口及WiFi之間接收與發(fā)送，實(shí)現(xiàn)主控模塊與平臺(tái)數(shù)據(jù)庫之間的信息互聯(lián)。

5.6 電子標(biāo)簽

電子標(biāo)簽與二維一樣，具有單獨(dú)的編號(hào)信息，本系統(tǒng)采用超高頻M89或9662電子標(biāo)簽，成本低廉，尺寸及外形可以個(gè)性化定制，結(jié)合不同產(chǎn)品包裝的特點(diǎn)，制作合適的電子標(biāo)簽。

5.7 系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)

RFID識(shí)別系統(tǒng)流程圖如圖4所示。

圖4 RFID識(shí)別主流程圖

6 測(cè)試結(jié)果與分析

6.1 二維碼生成及掃碼測(cè)試

信息臺(tái)后臺(tái)信息編輯及二維碼掃描結(jié)果如圖5所示。

圖5 手機(jī)掃碼測(cè)試圖

授權(quán)進(jìn)入信息平臺(tái)后臺(tái)編輯，添加測(cè)試產(chǎn)品信息，生成二維碼。利用智能手機(jī)掃碼功能，掃取二維碼查看產(chǎn)品信息，文字、圖片、音視頻均可以正常查閱、播放，與后臺(tái)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，信息一致。

6.2 電子標(biāo)簽識(shí)別系統(tǒng)運(yùn)行測(cè)試

電子標(biāo)簽識(shí)別系統(tǒng)硬件測(cè)試形態(tài)及測(cè)試結(jié)果如圖6所示。

圖6 電子標(biāo)簽識(shí)別系統(tǒng)測(cè)試圖

搭建系統(tǒng)調(diào)試模型，用3個(gè)電子標(biāo)簽分別代表3種商品包裝，RFID識(shí)別模塊識(shí)別對(duì)應(yīng)商品包裝。若電子標(biāo)簽有效且系統(tǒng)已錄入，控制模塊驅(qū)動(dòng)LCD顯示商品標(biāo)簽信息，上位機(jī)軟件可以同步顯示商品包裝信息。

7 結(jié)語

經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)商品的信息獲取、包裝識(shí)別及運(yùn)輸、分揀效率有了更高的要求，商品的包裝形式也越來越多樣化。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、射頻識(shí)別、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的帶動(dòng)支持下，智能包裝將會(huì)是未來商品包裝的主流。不斷融合新技術(shù)，現(xiàn)有的智能包裝形式也會(huì)持續(xù)更新，新的智能包裝一定要更符合時(shí)代發(fā)展、更貼近生產(chǎn)生活實(shí)際需求。