韩慧敏

（海南科技职业大学 海南省海口市 571126）

1 绪论

目前农产品行业多数采用条形码进行监测追溯，其缺点在于需近距离读取，显然这种方法已无法让用户能够随时地、便捷地、快速地查到农产品质量安全信息，一方面在农产品育养和加工过程中存在质量安全隐患，另一方面在流通环节过程中也无法实时地记录下农产品当前所处于的环境信息和流通信息，这样就有可能导致在运输过程中环境参数对农产品的影响。基于条形码的农产品追溯使得我们没有一个可以评断的依据，仅仅依据拿到农产品时其发生变质程度判定[1,2]。

中国轻工业联合会副会长潘蓓蕾在“食品安全高层论坛”上透露，我国每年食物中毒报告例数约为2-4 万人，但这个数据在专家看来，还不到实际发生数的1/10，换句话说就是我国每年食物中毒例数至少在20-40 万人。因此，我们不难发现对于中国而言，农产品安全问题已日趋严重，逐渐地成为了全民健康和生命的严重危害问题[3,4]。

由于农产品安全问题与社会每一个公民都息息相关，频繁爆发的农产品安全问题，不止会影响到经济未来的发展走向，也会影响到社会的经济效益，从而会导致社会福利的下降，同时还会影响社会生活的稳定。使得人人自危，害怕购买到有问题的农产品，在购买的同时会多花精力去鉴别，这极大地浪费了社会资源。据悉，中国茶叶、蔬菜水果、牛肉与粮食等农产品“从农田到餐桌”的安全状况，已试点加入全球统一的全球编码标识追溯系统[5]。

鉴于目前农产品安全重要性及可追溯系统的不完善性，本文提出一种RFID 农产品质量安全可追溯系统。从农产品育养基地开始，将农产品与RFID 电子标签进行绑定，然后经过加工过程，批发售卖过程，流通等各个环节，记录下农产品生产、加工、包装、流通、运输、销售等所有流通过程中的全部信息，能通过用户应用软件实时地查询到农产品供应链、流通信息，在流通环节中通过自动识别并读取数据，可自动地判断出农产品的安全性。

2 系统设计方案

本系统可对经质量认证机构认证的农产品分配唯一的可标识电子ID，运用物联网技术、RFID 技术、GPRS 技术、数据库管理技术，以及后台管理软件与客户终端机，对农产品从出生产养育、出库、批发售卖流通环节、消费者查询追溯等全过程监管。最后，制作样机，开发系统嵌入软件及追溯管理应用软件，并且对样机进行测试、调试。系统拓扑结构图如图1所示。

（1）信息管理：创建客商的基本信息、客户的基本信息、产品的基本信息，对客商、客户与产品进行信息管理。

（2）产品入库管理：认证管理中心通过中心管理机来获取RFID 标签数据，并进行入库操作。

（3）农产品育电子标签绑定发放：首先通过认证管理中心向生产养育基地发放标签，然后将待售卖的农产品与标签通过客户机管理应用软件进行绑定并录入数据库中心，最后将标签装在实体农产品上。

（4）终端设备发放：将终端设备特定的设备编号与要发放的网点（如：生产养育基地、批发流通、零售地点）建立对应的捆绑关系，可实现追溯农产品的流通信息。

（5）终端设备使用：各网点使用终端设备能够读取安装在农产品上的电子标签的信息数据，然后通过运用终端设备与数据中心服务器的远程通信功能，将当前的批发流通或零售数据（如：时间、地点等）存入数据库中心，再从数据库中心获取农产品生产养育信息、流通过程信息等，通过发送短信手机端及打印纸张的方式提供给消费者。

（6）查询与追溯：管理者、客商、客户能够通过客户机管理应用软件对安装了电子标签的农产品的生产养育信息、流通过程信息等进行单个或批量的查询追溯。消费者能够在选购过程中，通过终端设备来读取农产品上的电子标签，对农产品的生产养育和流通过程信息进行查询追溯。

3 系统硬件设计

系统硬件电路包括系统主控电路、RFID 模块电路、GPRS 模块电路。其中RFID 模块电路是系统硬件电路设计的核心。因为所设计、制作的读写器频率决定了系统的工频，然后射频识别的距离也跟读写器设计有关，由读写器的功率决定。

3.1 RFID模块电路设计

RFID 读写器[6,7]主要由射频模块、天线、主控模块及接口电路等组成。RFID 读写器功能是控制射频模块和天线发射出电磁场或电波向电子标签读取信号，然后通过非接触式接收电子标签的应答信号，将接收到的信号进行解码处理，将解码得到的电子标签所存储的信息和识别信息一并传送给主机，根据操作程序的不同，主机做出相应的处理。RFID 读写器结构框图如图2所示。

图1：系统拓扑结构图

图2：RFID 读写器结构框图

图3：RFID 射频读写器硬件电路原理图

图4：GPRS 模块结构框图

图5：产品信息管理图

图6：RFID 标签入库图

图7：RFID 标签与产品绑定图

图8：终端机与网点绑定图

图9：单个标签查询图

RFID 读写器可由射频模块和控制系统两大部分组成。射频模块，对将要发射的信号进行调制，然后通过天线发射出高频电磁能量，与电子标签采用非接触式激活并为其提供能量源，此外将数据传送给电子标签。射频模块还可以接收来自电子标签发射回来的应答信号，并对信号进行解调。控制系统，由微处理器控制与电子标签通信；电子标签信号的解码和编码；由微处理器对读写器和电子标签间进行身份验证；由微处理器对读写器与电子标签间传送的信息进行加密和解密；由微处理器与后台应用系统进行通信；执行后台应用系统所发送的各类程序指令。

电子标签与读写器发射出的频率须相同，电子标签内含有一个由LC 组成的串联谐振电路，而RFID 读写器则在一定范围内发射出电磁场，其磁场范围由系统工作频率和天线的长度决定。当电子标签在读写器发射出的电磁场的范围内，在电磁场的激励下，电子标签内部的LC 串联谐振电路会与之产生共振，因此会产生并累计感应电荷，当达到一定程度时，电路中的C 可作为电源提供工作电压，可通过采集器将数据采集到电子标签内保存或电子标签将数据发射给读写器接收、读取，然后解码并错误校验。最后通过GPRS模块电路将数据传送到后台的服务器上，进行数据的采集、处理。

本系统所设计的RFID 射频读写器硬件电路原理图如图3所示。RFID 读写器选用的是MF RC 500 芯片，MF RC 500 芯片1 号和32号引脚连接一个13.56MHz 的能量载波，以此来驱动天线，经过天线的匹配电路将天线获取的信号送至MF RC 500 芯片RX 引脚。RFID 射频采用负载调制响应，通过设定寄存器，调制发送数据从而得到发送的信号。依据寄存器的设定，MF RC 500 芯片内部接收器对信号进行解调和检测，然后将处理好的数据通过并行口发送到微处理器AT89C52。

3.2 GPRS模块电路设计

本系统单片机主控芯片采用AT89C52，GPRS 移动通信模块采用SIM300C，电平转换采用MAX221 芯片。以AT89C52 为本系统的主控制器，内嵌有TCP/IP 协议的GPRS 无线通信模块，实现电子标签数据的采集和远程传输两大功能。AT89C52 芯片将采集到的数据通过串口发送给SIM300C 无线通信模块中，模块会自动地将要发送的数据打包成TCP/IP 的数据包，并通过GPRS 无线网络与互联网上的服务器建立连接，将采集的数据通过GPRS 无线网络发送至互联网服务器上。GPRS 模块结构框图如图4所示。

4 追溯管理应用软件

追溯管理应用软件主要包括客户和产品基本信息输入、产品入库管理、产品发放管理、查询统计管理等。主要功能：

（1）对终端机监控，接收和向终端机发送数据；

（2）建立基本信息档案如：客商、客户、产品档案等；

（3）电子标签入库；

（4）产品与电子标签的绑定；

（5）产品的追溯查询。产品信息管理图如图5所示。

4.1 后台管理

4.1.1 客户与产品基本信息输入

（1）客商信息管理：客商信息输入、修改、删除。客商是指产品生产商。

（2）客户信息管理：客户信息输入、修改、删除。客户是指经销商商，包括批发商和零售商。

（3）产品信息管理：产品信息输入、修改、删除。

4.1.2 产品入库管理

（1）RFID 标签入库。计算机和读卡机连接好后，刷卡，屏幕界面将显示卡号及刷卡数量，刷卡完成，按“入库“键，所刷过的标签将存入数据库备用。RFID 标签入库图如图6所示。

（2）入库批号查询：按批号显示目前库存的标签数量。

计算机和读卡机连接好后，刷卡，屏幕界面将显示卡号及刷卡数量，刷卡完成，按“入库“键，所刷过的标签将存入数据库备用。

4.2 终端机管理

4.2.1 产品发放管理

（1）标签商品绑定。把待销售的产品与标签进行绑定，输入相关内容后，按确定绑定按钮即完成。RFID 标签与产品绑定图如图7所示。

（2）终端机发放：输入终端机编号，选择要发放的网点（包括生产基地，流通、销售网点），终端机即与具体网点建立对应关系，如此可以追溯产品的流通地点。终端机与网点绑定图如图8所示。

4.2.2 查询统计管理

RFID 追溯查询：输入标签号，查询单个产品的生产、流通信息。单个标签查询图如图9所示。

5 结论

本系统开发的食品安全流通RFID 追溯系统，通过RFID（无线射频识别技术）实现产品质量追溯的系统，特别适合于无计算机或互联网络条件的农业养殖/种植基地和农贸市场网点使用。针对目前信息追溯过程所存在的问题，本项目通过RFID 标签用于物品身份标识的防伪可靠性，以及GPRS 无线通信技术，设计独特的管理流程。

本系统优点和特点是多项技术（RFID 无线射频识别技术、嵌入系统软件技术、无线网络接入技术、计算机管理软件开发、计算机数据库技术等综合）在物流领域中成功的集成应用。