茶葉防偽溯源系統設計與研究

趙雷 江西農業大學 南昌市 330045

肖鳳蓮 樂博昊 華東交通大學 南昌市 330013

0 引言

中國擁有悠久的茶文化，并且經常喝茶也有降低人體內固醇，防治心肌梗塞 的作用，因此飲茶也逐漸成為許多人的一種生活習慣。

由于茶葉的消費量的不斷提高，越來越多的消費者投入更多的金錢來消費茶葉。但是好茶葉數量少，并且價格不菲，加上現如今加之目前茶葉污染問題嚴重，茶葉的價格更是不斷攀升。因此許多不良商家看到了巨大的商機，盜用知名品牌，生產假冒偽劣茶葉。假冒偽劣產品以次充好，不但損害消費者的權益，而且破壞了原本正版商品品牌的價值。因此需要一套防偽溯源系統來降低假冒偽劣產品在市場上流通的可能性。現階段使用的防偽技術的效果并不能很好抑制假冒偽劣產品的流通。現階段的防偽技術主要是在外包裝上進行特殊的標注，這些技術很容易被破解，從而讓人把這些“山寨”產品視為正品。

本項目旨在設計一種基于RFID和無線感知網絡的茶葉防偽溯源系統，能夠實現對茶葉生長環境和運輸環境等的數據采集、分析、存儲和共享。相較于傳統的防偽溯源系統，本系統將記錄從茶葉的生長一直消費者獲取茶葉手上這整個過程的數據，消費者可以查看茶葉的生長過程的情況，不必擔心是否有食品安全的問題。另外每份茶葉都有自己獨有的“身份證”，這個“身份證”不會被破解。而假冒偽劣的茶葉不會擁有這個“身份證”，這樣可以有效識別正品與山寨品。

因此，使用茶葉防偽溯源系統即可以減輕消費者對的茶葉食品安全問題的顧慮，又可以降低買到假冒偽劣產品的可能性，具有廣闊的市場應用價值。

1 設計原理與系統結構

茶葉防偽溯源系統由無線感知網絡、RFID防偽平臺和溯源信息管理平臺三部分組成。系統整體結構如圖1所示。無線感知網絡可采集茶園環境和傳輸數據，將數據經路由節點或直接傳輸至網關的協調器，各節點之間的通信通過ZigBee無線網絡實現，網關完成數據信息轉換后，通過GPRS模塊將數據上傳至遠程服務器，在服務器端把接收到的數據送至計算機的上位機軟件顯示，管理員可以在上位機上查看管理數據。RFID防偽平臺負責對商品上的RFID電子標簽進行防偽溯源信息的寫入并上傳至溯源信息管理平臺。溯源信息管理平臺分為溯源信息錄入及二維碼生成兩部分。溯源信息錄入主要為茶葉生產商信息及茶葉信息錄入；二維碼生成部分負責將茶園無線感知網絡和RFID防偽平臺上傳的信息生成二維碼。另外顧客也可以通過手機等終端設備登陸系統服務器指定的網頁，就可獲取所購買的茶葉生長環境等相關數據。

圖1 系統結構圖

2 系統的硬件設計

2.1 無線感知網絡

無線感知網絡分為無線傳感器網絡節點和網關。無線傳感器網絡節點主要功能是采集茶園的二氧化碳濃度、空氣溫濕度、光照強度、土壤濕度等相關環境參數并實時上傳至協調器。其硬件結構圖如圖2所示：

圖2 無線傳感器網絡硬件結構圖

各網關節點組成了中層GPRS網絡。它主要由協調器、ARM處理器、GPRS模塊和電源子系統組成。協調器接收底層無線傳感器網絡傳來的數據，經ARM處理器處理后用GPRS模塊發射出去。因此，網關主要解決了底層無線傳感器網絡與中層GPRS網絡的協調、通信問題。其硬件結構圖如圖3所示：

圖3 網關硬件結構圖

2.2 RFID防偽平臺

RFID防偽平臺負責對商品上的RFID電子標簽進行防偽溯源信息（生產日期、物流信息等）的寫入并上傳至溯源信息管理平臺。為了實現溯源這項功能, 采集成功的RFID標簽數據還需要進行相應的處理和數據存儲。防偽平臺的硬件結構如圖4所示：

圖4 RFID防偽平臺硬件結構圖

3 系統的軟件設計

茶葉防偽追溯系統軟件包括兩部分：是硬件驅動程序；二是上位機軟件。硬件驅動程序包括無線傳感器網絡數據采集、傳輸程序以及ARM網關驅動程序、RFID防偽平臺驅動程序三個部分。上位機軟件采用這里主要用到的是PHP和HTML開發了一個數據顯示、存儲查詢監測頁面，實現人機交互機遠程監測。

3.1 無線傳感器網絡數據采集及傳輸程序

無線傳感器網絡節點主要功能是采集茶園的二氧化碳濃度、空氣溫濕度、光照強度、土壤濕度等相關環境參數并實時上傳至協調器。其工作流程如圖5所示：

圖5 數據采集工作流程圖

3.2 網關驅動程序

各網關節點組成了中層GPRS網絡。它主要由協調器、ARM處理器、GPRS模塊和電源子系統組成。協調器接收底層無線傳感器網絡傳來的數據，經ARM處理器處理后用GPRS模塊發射出去。因此，網關主要解決了底層無線傳感器網絡與中層GPRS網絡的協調、通信問題。網關工作流程如圖6所示：

圖6 網關驅動程序流程圖

3.3 RFID防偽平臺驅動程序

RFID防偽平臺負責對商品上的RFID電子標簽進行防偽溯源信息（生產日期、物流信息等）的寫入并上傳至溯源信息管理平臺。RFID防偽平臺工作流程如圖7所示：

圖7 RFID防偽平臺工作流程圖

3.4 上位機軟件設計

服務器從各網關節點獲取采集到的所有相關數據，完成數據解析、處理、存儲、查詢、統計功能。上位機從數據庫服務器獲取對應數據，并且與web前端共用一個數據庫。上位機軟件由數據接收、數據處理、數據管理三個部分組成。數據接收部分實現上位機軟件從網口接收數據；數據處理則主要實現了數字信息的網頁顯示；數據管理利用數據庫對數據進行保存，方便未來用戶查詢相關數據以及后期處理。另外客戶端在任何時間地點只要掃描商品二維碼或者登陸系統相關的網頁，就可獲取所購買的茶葉整個環節的相關數據。

溯源信息管理平臺分為溯源信息導入及二維碼生成兩部分。溯源信息導入主要為茶葉生產商信息、茶葉商品信息導入；二維碼生成部分負責將茶園無線感知網絡和RFID防偽平臺上傳的信息結合導入的商品信息最終生成二維碼。溯源信息管理平臺流程圖如圖8所示：

圖8 溯源信息管理平臺流程圖

4 茶葉防偽追溯系統測試結果

本章主要介紹茶葉防偽溯源的信息管理平臺和手機端的演示。

4.1 溯源信息管理平臺實現

（1）用戶登陸界面

用戶登陸界面如圖9所示：

圖9 登陸界面

（2）生產基地相關配置功能展示

每個生產地包含多個生產片區，生產基地主要記錄了聯系人，聯系電話，所屬區域等，如圖10所示：

圖10 生產地信息顯示

（3）種植環節相關信息配置界面展示

生產過程操作記錄如圖11所示：

圖11 生產過程操作記錄

（4）二維碼生產界面

防偽二維碼生成界面如圖12所示：

圖12 二維碼生成界面

4.2 手機端實現

茶葉防偽溯源系統的手機端由與生產相關和與查詢防偽相關兩部分組成：

（1）生產相關

在傳統溯源過程中，使用人工進行手寫記錄是生產階段信息監測的常態，人工手寫的方式不但效率較為低下并且往往具有一定的錯誤率。所以本設計將使用二維碼掃碼進行數據獲取，使得數據的記錄方式從人工手寫記錄轉為數字化的方式，來提高數據錄入效率和準確率。針對相關數據查詢的手機端的實現方式通過不同階段的掃碼來與服務器端自動進行數據獲取，從而實現茶葉信息的溯源。手機客戶端掃碼流程實現界面如下所示。

圖13 手機端登陸界面

圖14 掃碼演示圖

（2）防偽和溯源信息查詢客戶端

該客戶端主要針對消費者進行開發，主要實現農產品從生產到銷售各個階段的實時溯源信息的查詢和展示工作，通過掃碼進行信息的自動查詢。主要的界面如下圖所示：

圖15 防偽信息溯源查詢界面

圖16 產品相關信息界面

5 結論

本系統能夠實現對茶葉生長環境信息（如CO2濃度、光照強度、土壤濕度、空氣溫濕度等）的穩定監測與收集，RFID電子標簽與二維碼配套使用，使商品具有一定程度的防偽性。應用該系統，能幫助園主更加方便的種植管理茶葉，提高茶葉優產率；讓消費者便捷獲知商品信息，保障消費者知情權，以購買到優質正品茶葉，實現“優產優購”。