基于標(biāo)簽技術(shù)的溯源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

費(fèi) 娟，羅潔玲，吳海雄

（嶺南師范學(xué)院，廣東 湛江 524048）

0 引 言

水產(chǎn)品是人們?nèi)粘Ｉ钪械闹匾称?，也是?guó)民經(jīng)濟(jì)中不可或缺的一部分。受水體污染等問(wèn)題的影響，水產(chǎn)品的質(zhì)量安全備受關(guān)注，保護(hù)水產(chǎn)品的品質(zhì)成為當(dāng)務(wù)之急?？勺匪菁夹g(shù)正在成為保證更安全的食品供應(yīng)以及聯(lián)系生產(chǎn)者和消費(fèi)者的一種有效方法[1]。食品溯源追蹤是利用現(xiàn)代信息管理技術(shù)給食品貼上唯一的標(biāo)簽，是食品質(zhì)量安全管理和監(jiān)督的一項(xiàng)重要技術(shù)。它能夠?qū)崿F(xiàn)從源產(chǎn)地到銷(xiāo)售方食品分配鏈的信息透明化，解決了產(chǎn)品在市場(chǎng)流通過(guò)程中安全信息不對(duì)稱(chēng)、不同步的問(wèn)題；同時(shí)政府職能部門(mén)可以通過(guò)溯源系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)管，降低獲取信息的成本，提升監(jiān)管效率。

1 相關(guān)技術(shù)

基于標(biāo)簽技術(shù)的溯源系統(tǒng)通過(guò)RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)品從養(yǎng)殖、加工、配送到銷(xiāo)售的全程跟蹤與追溯。通過(guò)RFID讀寫(xiě)器把采集信息以文檔方式傳給后臺(tái)，在銷(xiāo)售處把數(shù)據(jù)庫(kù)每個(gè)產(chǎn)品的唯一ID進(jìn)行二維碼轉(zhuǎn)換；最終消費(fèi)者使用小程序掃碼溯源時(shí)，小程序后臺(tái)根據(jù)掃碼獲取的唯一ID調(diào)用后臺(tái)接口，并對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行溯源展示。水產(chǎn)品溯源平臺(tái)的技術(shù)可分為：①基于信息的采集技術(shù)，主要是RFID技術(shù)和二維碼技術(shù)；②溯源平臺(tái)的軟件技術(shù)，即微信小程序和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)。

1.1 RFID技術(shù)

射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification, RFID）是指采用非接觸方式通過(guò)無(wú)線(xiàn)射頻進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通信，即利用無(wú)線(xiàn)射頻方式對(duì)電子標(biāo)簽或射頻卡進(jìn)行讀寫(xiě)，從而達(dá)到識(shí)別目標(biāo)和數(shù)據(jù)交換的目的。對(duì)比傳統(tǒng)標(biāo)簽，RFID標(biāo)簽具有耐用性、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、防水、可讀寫(xiě)、容量大等特點(diǎn)，因此使用RFID標(biāo)簽作為養(yǎng)殖以及運(yùn)輸環(huán)節(jié)的溯源標(biāo)簽既貼合水產(chǎn)品的生長(zhǎng)環(huán)境，也可便捷可靠地采集信息[2]。

RFID信息采集系統(tǒng)主要包含電子標(biāo)簽、讀寫(xiě)器和計(jì)算機(jī)主機(jī)三部分，如圖1所示。電子標(biāo)簽是射頻技術(shù)的載體，由天線(xiàn)和標(biāo)簽專(zhuān)用芯片組成，每一個(gè)標(biāo)簽都有一個(gè)專(zhuān)用唯一的編碼，從而實(shí)現(xiàn)一物一碼、一碼一掃。RFID的工作原理是：標(biāo)簽進(jìn)入磁場(chǎng)后，接收解讀器發(fā)出的射頻信號(hào)，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的產(chǎn)品信息；解讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理[3]。

圖1 RFID信息采集系統(tǒng)

1.2 二維碼技術(shù)

常見(jiàn)的二維碼為QR Code，全稱(chēng)為Quick Response Code，是近幾年來(lái)移動(dòng)設(shè)備上十分流行的一種編碼方式。二維碼比傳統(tǒng)條形碼具有信息容量大、打印尺寸小、掃描速度快、抗損傷能力強(qiáng)、數(shù)據(jù)可讀性好等優(yōu)點(diǎn)[1]，它通過(guò)圖像處理與編碼技術(shù)建構(gòu)新型符號(hào)圖形來(lái)滿(mǎn)足自動(dòng)識(shí)別[4]。RFID數(shù)據(jù)讀寫(xiě)需要使用專(zhuān)門(mén)的讀寫(xiě)器，這限制了消費(fèi)者隨時(shí)進(jìn)行信息溯源。因此，本設(shè)計(jì)在用戶(hù)端結(jié)合小程序使用了矩陣式二維碼作為溯源載體。

1.3 小程序技術(shù)

小程序的開(kāi)發(fā)框架基于MINA框架，依托Java技術(shù)實(shí)現(xiàn)。小程序開(kāi)發(fā)主要使用視圖層描述語(yǔ)言 WXML、WXSS，并基于JavaScript的邏輯層框架，在視圖層與邏輯層間提供了數(shù)據(jù)傳輸和事件系統(tǒng)[5]。小程序最大的特點(diǎn)是不需要下載安裝即可使用；對(duì)比APP，小程序具有占用內(nèi)存少、使用方便、“用完即走”等優(yōu)勢(shì)，用戶(hù)不用擔(dān)心安裝太多應(yīng)用的問(wèn)題。同時(shí)小程序是在微信的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的，自帶流量趨勢(shì)，功能簡(jiǎn)單便捷[6]。因此，在微信小程序端實(shí)現(xiàn)對(duì)溯源信息的“即用即查”，可以為用戶(hù)提供更方便快捷的使用體驗(yàn)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

水產(chǎn)品在出廠包裝時(shí)，用包裝流水線(xiàn)上的RFID讀卡器對(duì)水產(chǎn)品包裝上的RFID標(biāo)簽寫(xiě)入產(chǎn)品信息，包括：產(chǎn)品生產(chǎn)商、類(lèi)別、數(shù)量、出廠日期、到期日期、產(chǎn)地等。這些信息一方面有助于追蹤水產(chǎn)品的各類(lèi)信息，保障食品安全；另一方面，可以降低一次、二次包裝和分揀過(guò)程中人工操作造成的錯(cuò)誤率，縮短水產(chǎn)品的包裝及配送時(shí)間，降低成本[7]。

基于RFID技術(shù)的水產(chǎn)品包裝溯源系統(tǒng)分為以下幾個(gè)部分：RFID射頻模塊、串口通信模塊、小程序用戶(hù)界面和數(shù)據(jù)庫(kù)。RFID射頻模塊負(fù)責(zé)對(duì)包裝流水線(xiàn)上水產(chǎn)品包裝的RFID標(biāo)簽進(jìn)行識(shí)別和數(shù)據(jù)讀寫(xiě)，并使用ISO/IEC15693協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)操作；通信模塊負(fù)責(zé)讀寫(xiě)器和PC機(jī)進(jìn)行串口通信；用戶(hù)界面負(fù)責(zé)使用戶(hù)和軟件通過(guò)二維碼進(jìn)行人機(jī)交互；數(shù)據(jù)庫(kù)模塊負(fù)責(zé)水產(chǎn)品的相關(guān)溯源信息的存儲(chǔ)[8]。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

本溯源系統(tǒng)中，通過(guò)RFID技術(shù)對(duì)水產(chǎn)品物流進(jìn)行動(dòng)態(tài)化和實(shí)時(shí)管理，可以把水產(chǎn)品生產(chǎn)、加工、配送、銷(xiāo)售等信息記錄在系統(tǒng)中，方便查詢(xún)和管理[9]。當(dāng)消費(fèi)者掃描水產(chǎn)品的二維碼標(biāo)簽時(shí)，可以在小程序端直觀清晰地看到有關(guān)數(shù)據(jù)信息，做到信息有效追蹤。系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括RFID讀寫(xiě)模塊設(shè)計(jì)、用戶(hù)交互小程序設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理設(shè)計(jì)3個(gè)部分。

2.1 RFID讀寫(xiě)模塊

RFID讀寫(xiě)模塊主要包括：初始化階段、讀寫(xiě)掃描、標(biāo)簽檢測(cè)識(shí)別和標(biāo)簽包裝信息讀寫(xiě)。在初始化階段，應(yīng)用軟件打開(kāi)串口和射頻感應(yīng)場(chǎng)，獲取閱讀器信息。然后讀卡器以3 s間隔輪詢(xún)搜索運(yùn)輸帶上水產(chǎn)品包裝標(biāo)簽，如果檢測(cè)到運(yùn)輸帶上存在水產(chǎn)品包裝RFID標(biāo)簽且標(biāo)簽空白，則準(zhǔn)備寫(xiě)入，讀卡器將PC機(jī)設(shè)置的用戶(hù)數(shù)據(jù)寫(xiě)入標(biāo)簽[10]。本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)Y801模塊作為電子標(biāo)簽的讀寫(xiě)器，該模塊集成了RFID標(biāo)簽的讀寫(xiě)數(shù)據(jù)功能。通過(guò)串口測(cè)試軟件發(fā)送讀卡、寫(xiě)卡等命令實(shí)現(xiàn)對(duì)CPU卡的讀寫(xiě)。數(shù)據(jù)寫(xiě)入時(shí)，串口軟件會(huì)自動(dòng)寫(xiě)入當(dāng)前數(shù)據(jù)的寫(xiě)入時(shí)間；當(dāng)讀出數(shù)據(jù)時(shí)，寫(xiě)入的數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)寫(xiě)入時(shí)間會(huì)一起顯示。軟件將讀出的數(shù)據(jù)保存為txt文件，傳送給后臺(tái)。電子標(biāo)簽讀寫(xiě)模塊的軟件設(shè)計(jì)流程如圖3所示。

圖3 RFID讀寫(xiě)模塊流程

2.2 用戶(hù)交互小程序

傳統(tǒng)的用戶(hù)溯源方式主要有短信、互聯(lián)網(wǎng)等方式，這些溯源方式存在極大的不便利性。本設(shè)計(jì)中采用的小程序具有應(yīng)用靈活、成本低等特點(diǎn)；二維碼能在水平和垂直方向存儲(chǔ)文字、數(shù)字、圖片等信息。在本系統(tǒng)中二維碼相當(dāng)于水產(chǎn)品的身份證，后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)根據(jù)每一個(gè)水產(chǎn)品的RFID標(biāo)簽一一分配固定ID號(hào)；根據(jù)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)的水產(chǎn)品ID，使用二維碼生成器生成相應(yīng)的二維碼；在產(chǎn)品包裝過(guò)程中，每一個(gè)水產(chǎn)品對(duì)應(yīng)一個(gè)二維碼，一組產(chǎn)品采用大包裝并對(duì)應(yīng)RFID標(biāo)簽。當(dāng)用戶(hù)終端通過(guò)小程序掃描二維碼進(jìn)行溯源時(shí)，小程序后臺(tái)根據(jù)掃描的相關(guān)信息調(diào)取后臺(tái)數(shù)據(jù)接口，從而實(shí)現(xiàn)溯源功能。

2.3 數(shù)據(jù)庫(kù)管理

本系統(tǒng)利用SQL語(yǔ)言搭建后臺(tái)管理平臺(tái)，主要針對(duì)采集到的水產(chǎn)信息進(jìn)行存儲(chǔ)和管理。將RFID讀取的數(shù)據(jù)錄入數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)每一個(gè)品種的水產(chǎn)品根據(jù)種苗信息、養(yǎng)殖池信息、物流信息等類(lèi)別建立不同的數(shù)據(jù)表。

3 應(yīng)用測(cè)試

在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)試是十分必要的。開(kāi)發(fā)者應(yīng)該為每個(gè)模塊制定合理的測(cè)試計(jì)劃，以便更好更快地解決問(wèn)題。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)了詳細(xì)的測(cè)試用例，并對(duì)系統(tǒng)后端、信息采集和前端顯示等部分進(jìn)行了測(cè)試。

3.1 后端測(cè)試結(jié)果

controller收到來(lái)自前端的get請(qǐng)求后，返回的JSON截圖如圖4所示。說(shuō)明后端運(yùn)行正常。

圖4 controller返回的JSON截圖

3.2 RFID信息采集測(cè)試

使用RFID模塊進(jìn)行刷卡讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，通過(guò)測(cè)試軟件對(duì)數(shù)據(jù)的寫(xiě)入和讀出進(jìn)行測(cè)試，對(duì)讀出的數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)出保存，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。保存的數(shù)據(jù)在指定路徑中會(huì)生成一個(gè)txt文件。

根據(jù)圖5可知，電子標(biāo)簽已經(jīng)成功寫(xiě)入，在每次數(shù)據(jù)寫(xiě)入時(shí)會(huì)自動(dòng)保存寫(xiě)入數(shù)據(jù)的時(shí)間，并可以讀出保存為txt格式，保存文件名為當(dāng)前時(shí)間。

圖5 保存的數(shù)據(jù)

3.3 前端顯示測(cè)試

小程序界面測(cè)試主要包括對(duì)小程序首頁(yè)頁(yè)面、“我的”頁(yè)面以及水產(chǎn)品詳情頁(yè)面進(jìn)行真機(jī)測(cè)試，查看是否達(dá)到頁(yè)面設(shè)計(jì)的效果。小程序功能測(cè)試主要包括掃碼溯源功能、用戶(hù)信息顯示、水產(chǎn)品種類(lèi)的列表詳情以及菜譜按鈕的動(dòng)態(tài)顯示。測(cè)試結(jié)果如圖6、圖7所示。除此之外，本系統(tǒng)還對(duì)RFID標(biāo)簽進(jìn)行了可靠性測(cè)試。對(duì)50張空白R(shí)FID標(biāo)簽分別進(jìn)行了10次測(cè)試，每次間隔2 min。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，RFID標(biāo)簽識(shí)別和包裝信息讀寫(xiě)都可正常工作。

圖6 小程序溯源顯示

圖7 小程序詳情展示

4 結(jié) 語(yǔ)

本文對(duì)基于標(biāo)簽技術(shù)的溯源系統(tǒng)進(jìn)行了研究與開(kāi)發(fā)，研究主要使用RFID、二維碼、小程序進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和溯源展示，并將相關(guān)數(shù)據(jù)保存到電腦端的數(shù)據(jù)庫(kù)中。使用微信開(kāi)發(fā)者工具實(shí)現(xiàn)了小程序溯源系統(tǒng)的頁(yè)面布局和溯源信息展示。

經(jīng)實(shí)際運(yùn)行測(cè)試，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能夠正確識(shí)別RFID標(biāo)簽并通過(guò)小程序完成對(duì)產(chǎn)品的溯源顯示。用戶(hù)在使用小程序掃描二維碼進(jìn)行溯源時(shí)，可以清晰地查看水產(chǎn)品數(shù)據(jù)，同時(shí)也可了解不同水產(chǎn)品的相關(guān)科普資料，方便用戶(hù)使用。通過(guò)此系統(tǒng)可以有效地提升生鮮品包裝效率，降低人工錯(cuò)誤率，同時(shí)為水產(chǎn)品的質(zhì)量安全提供保障。