基于RFID技术的蔬菜供应链溯源系统设计

我国现有的溯源蔬菜供应链一般由多家彼此独立且分散的中小型企业构成,溯源标签编码信息不统一,难以实现可全程追溯。为此,基于RFID技术设计了一种中小型企业蔬菜溯源系统,对蔬菜生产、物流、仓储、销售环节中的各企业采用统一的编码定义和数据库集中管理方式,保证了不同企业的标签信息一致性,实现了分散企业的统一监管。同时,基于C#语言和SQL Sever数据库进行了系统开发,实现了蔬菜溯源各个环节的管理功能。 【作者】 蒲皎月； 张海辉；【机构】 西北农林科技大学机械与电子工程学院

0 引言

近年来,射频识别技术( Radio Frequency Identification,RFID) 作为一项易于操控、简单实用、灵活的应用技术,已被广泛应用于交通管理、物流运输、医药及食品生产等行业,其在食品追溯系统中的应用已成为食品安全的重要保障。RFID 所具备的优越性是条码、磁卡、IC 卡等其他识别技术无法企及的。目前,国内外学者已在价值较高的畜禽产品如鸡蛋、生猪、水产品、水果等上开展基于RFID 技术的应用研究;而目前我国的蔬菜供应链主要是由众多分散的彼此独立的中小企业组成,现有集中溯源系统难以满足统一溯源的需求。本文基于RFID 技术提出一种规范和集中管理的中小企业蔬菜溯源系统,根据统一的编码规范,为不同类型和功能的企业分配相应的EPC 编码;通过系统建立的统一信息库,将蔬菜产生的各环节信息与企业EPC 编码进行匹配融合,形成产品编码。该系统保证了不同企业与不同产品之间信息的共享和一致,实现分散中小型溯源企业的统一管理。

1 系统需求分析

蔬菜溯源流通过程通常由生产、加工、仓储、运输和销售5 个环节组成,如图1 所示。保证各环节信息一致、流通是溯源系统能够稳定及准确运行的关键。

图1 蔬菜溯源流通模型

将RFID 技术运用到蔬菜溯源过程中,利用RFID标签记录蔬菜从生长开始到超市消费的全部信息。在蔬菜生长阶段,以每块地或每个品种为生产单位,设定一个RFID 标签进行唯一标识,对作物进行初始信息的录入;产品成熟后,进入加工环节,由操作人员录入产品的加工信息;在商品离开生产加工环节进入仓储环节时,记录仓库编号、存储条件等信息;在物流环节,记录蔬菜的装箱时间、是否启用冷链运输、运输车辆信息、运输人员等运输信息;最后进入超市销售,利用RFID 标签的批量、远距离读写特性,通过手持式读写器对蔬菜产品进行盘点。

2 蔬菜溯源系统设计

中小企业溯源系统分为统一管理模块、产品流通信息采集模块和消费者查询3 个模块,其整体架构如图2 所示。

2. 1 统一管理模块

系统管理员对商家信息的管理是整个系统正常有效运行的基础。它通过规范和定义EPC 编码,将多家彼此独立的企业信息送入统一数据库管理,实现系统的统一管理和信息的流通共享。

图2 系统整体结构图

2. 1. 1 商家注册

蔬菜溯源系统中涉及到的生产商、加工企业、物流公司、仓储公司和超市卖场等商家需要向系统持有者提交申请,获得系统的使用权。系统持有者对商家的基本信息( 如企业名称、企业类型、法人代表、企业地址及联系方式等)进行登记。

2. 1. 2 统一编码

统一编码是指系统持有者对注册商家进行系统内产生的相应编码进行定义和分配,同时也负责商家信息的添加、修改和删除工作,以此完成整个数据库的更新。注册后的商家将获得分配的唯一编码,此编码对应标签中EPC 编码。

2. 1. 3 数据库更新

系统数据库主要存储内容是产品在流通过程中产生的信息对应标签EPC 编码。根据标签情况,系统采用十六进制(Hex) 编码,由人工进行输入。一旦有商家加入、退出系统或信息更改,系统持有者通过权限登录,对数据库的内容进行更新和维护。

2. 2 产品流通信息采集模块

蔬菜溯源系统一共要经历生产、加工、仓储、物流和销售5 个流通环节。为保证消费者能够精确地追溯产品信息,系统需要对各流通环节的信息进行更新,具体包括标签识别、环节信息采集及标签信息保存。

2. 2. 1 标签识别

标签识别是指对RFID 电子标签的UID( 唯一标识符)进行识别,具体工作包括串口通信设置、套件连接和标签识别,这是系统启动工作的第1 步。利用RFID 技术远距离和批量读写的特性,当产品进入识别范围,系统对标签进行识别。通过调用RFID 套件的API 函数,启动系统将识别到的标签号上传到前台操作界面。

2. 2. 2 环节信息采集

用户完成标签识别工作后,通过权限登录到相应界面,经ComBox 下拉框选择产品对应信息,利用SQLSever 中String ConnectionString 语句连接后台数据库,并由String SqlString 对前台信息所对应的EPC 编码进行筛选、反馈和保存。

2. 2. 3 标签信息保存

完成产品各环节信息采集之后,系统需要进行标签信息保存工作。首先,系统对ptr 指针赋予不同值,完成标签不同区域的读写工作;再通过调用套件API中的RmuWriteDataSingle 函数,将上一环节数据库返回的信息EPC 编码存储到标签中。

2. 3 消费者查询模块

消费者查询是指消费者对所购买的产品通过相应平台进行溯源信息的查询。消费者需要输入所购买产品的编号即RFID 标签的UID 号,然后点击查询按键即可获得产品的溯源信息,具体工作流程如图3所示。各流通环节完成产品相应信息的采集,访问彼此独立的数据库获得对应信息EPC 编码,前台调用函数将EPC 编码存到标签相应分配区域。在消费者查询时,调用RmuReadDataSingle 函数获得标签内的EPC编码,系统通过筛选总数据库中的内容返回EPC 编码所对应的产品信息并显示。

图3 消费者查询模块工作流程示意图

3 系统编码设计

RFID 标签一般分为TID( 标签的唯一识别号)、UII(标签识别号)、USER( 用户操作数据)3 个区。UII和USER 区可通用户修改。系统定义标签UII 和USER字段内容,并通过C#中Read 指令对相应区域进行读写工作。标签采用十六进制编码,1byte 的存储空间可提供00(H) ~ FF(H)256 种唯一编码,系统持有部门仅需在存储范围内进行不同企业以及相应分工编码。RFID 标签存储内容为数字信息,在应用中需要对可视化信息进行转换,即对信息进行EPC 编码。根据本系统的设计需求,存储信息的EPC 编码如表1所示。

表1 信息EPC 编码

4 系统实现

系统目前已在多个中小企业得到初步应用。图4显示了蔬菜溯源系统的生产加工环节的界面,用于产品从生产基地到成品包装的过程信息的记录和显示,包括厂家信息、作物初始信息、生长信息、包装信息和有关人员信息等。用户在完成连接套件和读取标签的动作后,通过下拉框对产品的相应信息进行选择,最后点击保存按键将信息保存到RFID 标签。其余蔬菜流通环节信息管理系统的子系统与之类似。

图4 蔬菜溯源系统生产加工环节信息管理系统

POS 终端查询与各环节子系统的工作原理相反。首先,点击连接按键连接读写套件;然后,进行标签识别。此时,界面将显示产品从生产到销售所有环节的相关信息。

5 结论

针对现有蔬菜溯源信息系统中各环节多家企业产品编码不统一的问题,完成了基于RFID 技术的中小企业蔬菜溯源系统设计,提出了统一的EPC 编码规则,保证产品在各环节信息的一致性和流通性,并采用集中数据库管理模式,保障中小企业分散自治管理与统一信息追溯的有机融合。系统可实现中小企业蔬菜在生产、加工、物流、仓储和销售等各个环节的信息有效追溯,具有实时更新、全局共享的特点。