韓慧敏

（海南科技職業大學 海南省?？谑?571126）

1 緒論

目前農產品行業多數采用條形碼進行監測追溯，其缺點在于需近距離讀取，顯然這種方法已無法讓用戶能夠隨時地、便捷地、快速地查到農產品質量安全信息，一方面在農產品育養和加工過程中存在質量安全隱患，另一方面在流通環節過程中也無法實時地記錄下農產品當前所處于的環境信息和流通信息，這樣就有可能導致在運輸過程中環境參數對農產品的影響?；跅l形碼的農產品追溯使得我們沒有一個可以評斷的依據，僅僅依據拿到農產品時其發生變質程度判定[1,2]。

中國輕工業聯合會副會長潘蓓蕾在“食品安全高層論壇”上透露，我國每年食物中毒報告例數約為2-4 萬人，但這個數據在專家看來，還不到實際發生數的1/10，換句話說就是我國每年食物中毒例數至少在20-40 萬人。因此，我們不難發現對于中國而言，農產品安全問題已日趨嚴重，逐漸地成為了全民健康和生命的嚴重危害問題[3,4]。

由于農產品安全問題與社會每一個公民都息息相關，頻繁爆發的農產品安全問題，不止會影響到經濟未來的發展走向，也會影響到社會的經濟效益，從而會導致社會福利的下降，同時還會影響社會生活的穩定。使得人人自危，害怕購買到有問題的農產品，在購買的同時會多花精力去鑒別，這極大地浪費了社會資源。據悉，中國茶葉、蔬菜水果、牛肉與糧食等農產品“從農田到餐桌”的安全狀況，已試點加入全球統一的全球編碼標識追溯系統[5]。

鑒于目前農產品安全重要性及可追溯系統的不完善性，本文提出一種RFID 農產品質量安全可追溯系統。從農產品育養基地開始，將農產品與RFID 電子標簽進行綁定，然后經過加工過程，批發售賣過程，流通等各個環節，記錄下農產品生產、加工、包裝、流通、運輸、銷售等所有流通過程中的全部信息，能通過用戶應用軟件實時地查詢到農產品供應鏈、流通信息，在流通環節中通過自動識別并讀取數據，可自動地判斷出農產品的安全性。

2 系統設計方案

本系統可對經質量認證機構認證的農產品分配唯一的可標識電子ID，運用物聯網技術、RFID 技術、GPRS 技術、數據庫管理技術，以及后臺管理軟件與客戶終端機，對農產品從出生產養育、出庫、批發售賣流通環節、消費者查詢追溯等全過程監管。最后，制作樣機，開發系統嵌入軟件及追溯管理應用軟件，并且對樣機進行測試、調試。系統拓撲結構圖如圖1所示。

（1）信息管理：創建客商的基本信息、客戶的基本信息、產品的基本信息，對客商、客戶與產品進行信息管理。

（2）產品入庫管理：認證管理中心通過中心管理機來獲取RFID 標簽數據，并進行入庫操作。

（3）農產品育電子標簽綁定發放：首先通過認證管理中心向生產養育基地發放標簽，然后將待售賣的農產品與標簽通過客戶機管理應用軟件進行綁定并錄入數據庫中心，最后將標簽裝在實體農產品上。

（4）終端設備發放：將終端設備特定的設備編號與要發放的網點（如：生產養育基地、批發流通、零售地點）建立對應的捆綁關系，可實現追溯農產品的流通信息。

（5）終端設備使用：各網點使用終端設備能夠讀取安裝在農產品上的電子標簽的信息數據，然后通過運用終端設備與數據中心服務器的遠程通信功能，將當前的批發流通或零售數據（如：時間、地點等）存入數據庫中心，再從數據庫中心獲取農產品生產養育信息、流通過程信息等，通過發送短信手機端及打印紙張的方式提供給消費者。

（6）查詢與追溯：管理者、客商、客戶能夠通過客戶機管理應用軟件對安裝了電子標簽的農產品的生產養育信息、流通過程信息等進行單個或批量的查詢追溯。消費者能夠在選購過程中，通過終端設備來讀取農產品上的電子標簽，對農產品的生產養育和流通過程信息進行查詢追溯。

3 系統硬件設計

系統硬件電路包括系統主控電路、RFID 模塊電路、GPRS 模塊電路。其中RFID 模塊電路是系統硬件電路設計的核心。因為所設計、制作的讀寫器頻率決定了系統的工頻，然后射頻識別的距離也跟讀寫器設計有關，由讀寫器的功率決定。

3.1 RFID模塊電路設計

RFID 讀寫器[6,7]主要由射頻模塊、天線、主控模塊及接口電路等組成。RFID 讀寫器功能是控制射頻模塊和天線發射出電磁場或電波向電子標簽讀取信號，然后通過非接觸式接收電子標簽的應答信號，將接收到的信號進行解碼處理，將解碼得到的電子標簽所存儲的信息和識別信息一并傳送給主機，根據操作程序的不同，主機做出相應的處理。RFID 讀寫器結構框圖如圖2所示。

圖1：系統拓撲結構圖

圖2：RFID 讀寫器結構框圖

圖3：RFID 射頻讀寫器硬件電路原理圖

圖4：GPRS 模塊結構框圖

圖5：產品信息管理圖

圖6：RFID 標簽入庫圖

圖7：RFID 標簽與產品綁定圖

圖8：終端機與網點綁定圖

圖9：單個標簽查詢圖

RFID 讀寫器可由射頻模塊和控制系統兩大部分組成。射頻模塊，對將要發射的信號進行調制，然后通過天線發射出高頻電磁能量，與電子標簽采用非接觸式激活并為其提供能量源，此外將數據傳送給電子標簽。射頻模塊還可以接收來自電子標簽發射回來的應答信號，并對信號進行解調?？刂葡到y，由微處理器控制與電子標簽通信；電子標簽信號的解碼和編碼；由微處理器對讀寫器和電子標簽間進行身份驗證；由微處理器對讀寫器與電子標簽間傳送的信息進行加密和解密；由微處理器與后臺應用系統進行通信；執行后臺應用系統所發送的各類程序指令。

電子標簽與讀寫器發射出的頻率須相同，電子標簽內含有一個由LC 組成的串聯諧振電路，而RFID 讀寫器則在一定范圍內發射出電磁場，其磁場范圍由系統工作頻率和天線的長度決定。當電子標簽在讀寫器發射出的電磁場的范圍內，在電磁場的激勵下，電子標簽內部的LC 串聯諧振電路會與之產生共振，因此會產生并累計感應電荷，當達到一定程度時，電路中的C 可作為電源提供工作電壓，可通過采集器將數據采集到電子標簽內保存或電子標簽將數據發射給讀寫器接收、讀取，然后解碼并錯誤校驗。最后通過GPRS模塊電路將數據傳送到后臺的服務器上，進行數據的采集、處理。

本系統所設計的RFID 射頻讀寫器硬件電路原理圖如圖3所示。RFID 讀寫器選用的是MF RC 500 芯片，MF RC 500 芯片1 號和32號引腳連接一個13.56MHz 的能量載波，以此來驅動天線，經過天線的匹配電路將天線獲取的信號送至MF RC 500 芯片RX 引腳。RFID 射頻采用負載調制響應，通過設定寄存器，調制發送數據從而得到發送的信號。依據寄存器的設定，MF RC 500 芯片內部接收器對信號進行解調和檢測，然后將處理好的數據通過并行口發送到微處理器AT89C52。

3.2 GPRS模塊電路設計

本系統單片機主控芯片采用AT89C52，GPRS 移動通信模塊采用SIM300C，電平轉換采用MAX221 芯片。以AT89C52 為本系統的主控制器，內嵌有TCP/IP 協議的GPRS 無線通信模塊，實現電子標簽數據的采集和遠程傳輸兩大功能。AT89C52 芯片將采集到的數據通過串口發送給SIM300C 無線通信模塊中，模塊會自動地將要發送的數據打包成TCP/IP 的數據包，并通過GPRS 無線網絡與互聯網上的服務器建立連接，將采集的數據通過GPRS 無線網絡發送至互聯網服務器上。GPRS 模塊結構框圖如圖4所示。

4 追溯管理應用軟件

追溯管理應用軟件主要包括客戶和產品基本信息輸入、產品入庫管理、產品發放管理、查詢統計管理等。主要功能：

（1）對終端機監控，接收和向終端機發送數據；

（2）建立基本信息檔案如：客商、客戶、產品檔案等；

（3）電子標簽入庫；

（4）產品與電子標簽的綁定；

（5）產品的追溯查詢。產品信息管理圖如圖5所示。

4.1 后臺管理

4.1.1 客戶與產品基本信息輸入

（1）客商信息管理：客商信息輸入、修改、刪除。客商是指產品生產商。

（2）客戶信息管理：客戶信息輸入、修改、刪除?？蛻羰侵附涗N商商，包括批發商和零售商。

（3）產品信息管理：產品信息輸入、修改、刪除。

4.1.2 產品入庫管理

（1）RFID 標簽入庫。計算機和讀卡機連接好后，刷卡，屏幕界面將顯示卡號及刷卡數量，刷卡完成，按“入庫“鍵，所刷過的標簽將存入數據庫備用。RFID 標簽入庫圖如圖6所示。

（2）入庫批號查詢：按批號顯示目前庫存的標簽數量。

計算機和讀卡機連接好后，刷卡，屏幕界面將顯示卡號及刷卡數量，刷卡完成，按“入庫“鍵，所刷過的標簽將存入數據庫備用。

4.2 終端機管理

4.2.1 產品發放管理

（1）標簽商品綁定。把待銷售的產品與標簽進行綁定，輸入相關內容后，按確定綁定按鈕即完成。RFID 標簽與產品綁定圖如圖7所示。

（2）終端機發放：輸入終端機編號，選擇要發放的網點（包括生產基地，流通、銷售網點），終端機即與具體網點建立對應關系，如此可以追溯產品的流通地點。終端機與網點綁定圖如圖8所示。

4.2.2 查詢統計管理

RFID 追溯查詢：輸入標簽號，查詢單個產品的生產、流通信息。單個標簽查詢圖如圖9所示。

5 結論

本系統開發的食品安全流通RFID 追溯系統，通過RFID（無線射頻識別技術）實現產品質量追溯的系統，特別適合于無計算機或互聯網絡條件的農業養殖/種植基地和農貿市場網點使用。針對目前信息追溯過程所存在的問題，本項目通過RFID 標簽用于物品身份標識的防偽可靠性，以及GPRS 無線通信技術，設計獨特的管理流程。

本系統優點和特點是多項技術（RFID 無線射頻識別技術、嵌入系統軟件技術、無線網絡接入技術、計算機管理軟件開發、計算機數據庫技術等綜合）在物流領域中成功的集成應用。