基于RFID与二维码技术的畜产品可追溯系统设计
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lSSN 1009—8044 E-maih k蜘@eecc.net.cn ComputerKnowledge and Technology电脑知识与技术 http://www.dnzs.net.cn Vo1.6,No.19,July 2010,PP.5342—5345 Teh+86—55 1-5690963 5690964 基于RFID与二维码技术的畜产品可追溯系统设计 边吉荣t.曾建华 (1.宁夏大学物理电气信息学院,宁夏银川750021;2.宁夏电通实业发展有限公司,宁夏银川750004) 摘要:近年来,国内外各种重大畜禽产品安全事件频繁发生,而运用监控、预警等技术在食品生产、流通等关键环节上进行的质量监 控是有效保障食品质量安全的重要手段。文章介绍了射频识别技术与二维码技术,提出了一种基于RFID射频技术与二维码技术的 畜产品可追溯系统的解决方案.并给出了具体的系统设计方案。该系统不仅为消费者提供详细的畜产品来源信息,而且为实现肉品 预警和追溯提供了可能。 关键词:可追溯系统;RFID电子标签;射频识别;二维码 中图分类号:rI.P311 文献标识码:A 文章编号:1009—3044(2010)19—5342—04 Design of Traceability system for the Food Animal Based on RFID and Two-Dimensional Bar Code Technique BIAN ji—rong ,ZENG Jian—hua (1.College of Physics&Electrical Information,Ningxia University,Yinchuan 750021,China;2.Ningxia DianTong Industries Co Ltcl, Yinchuan 750004,China) Abstract:In recent years food animal sarty fi'equendy occurred at home and abroad,and the quality monitoring Oil key links of food pro- duction with the techniques of surveillance,early waming etc are validated key tools in guaranteeing the securities of food quality.This pa- per recommends the technology of RFID and Two—Dimensional bar code.a design of traceability system for the food animal based 0n RFID and Two—Dimensional bar code technology are put forward,a concrete design scheme is put forward.The system based on RFID not only provides the details abOUt the food animal for the consumers,but also make it possible to early wain and trace back tO the food anima1. Key words:traceabiliyt system;RFID tag;radio frequency idenfficadon;c、vo—dimensional bar code 近年来.国内外各种重大畜禽产品安全事件频繁发生。疯牛病、口蹄疫、猪流感、禽流感等各种食品安全事故和隐患呈迅速扩展 和蔓延之势。为了保障消费者健康,国际标准化组织(1so)、欧盟委员会、食品标准委员会等组织相继提出了食品安全的“可追溯性” 概念。食品安全追溯制就是对食品生产、流通过程中各关键环节的信息加以有效管理,通过对这种信息的监控管理,来实现预警和 追溯,预防和减少问题的出现,一旦出现问题即可以迅速追溯至源头l】I。 澳大利亚“全国牲畜识别计划”(NLIS) ̄0用RFID电子标签取代传统的尾签来改善追查性,使澳大利亚的肉类市场符合国际惯 例。识别系统能跟踪牲畜从出生到屠宰整个生产过程.确保食品安全和产品完整性。不遵守NLIS规定的人都将面临罚款处理。新 南威尔士、西澳大利亚和南澳大利亚的牛在离开牧场时,都必须带有规定的NLIS电子标签。出售牲畜寄养场和屠宰场的所有交易 也必须在NUS国家数据库中记录。 New ZeMand S Stuff报道称,人口达400万的新西兰岛将在2011年给所有农场上的牛群和鹿群都用上RFID标签。贴标项目带 来的益处除了可遏制疫情爆发外.还可改善牲畜管理以及向消费者提供更多肉类来源地等信息。 2004年初,美国北达科他州立大学(NDSU)的科研人员就研究出了使用RFID技术来检测疯牛病的方法,为美国公众食品安全 提供了新的技术保证。通过在牛的耳朵上植入RHD标签,可以记录下这头牛的详细资料,如它的饲养、年龄、体重及患病情况。同时 这些标签可以自动读取数据,并能将这些数据直接送人到计算机数据库中去。现在美国的许多农场已经开始使用这项技术。 目前,我国畜产品质量监控能力低下,难以适应社会发展的要求,更难以适应加入世贸组织后对动物及其产品的卫生质量要 求。美国、欧盟、Et本、韩国等国家和地区也以疫病和残留超标为由,拒绝我国畜产品的进口。多年来,我国每年畜产品出口量基本维 持在不到总产量的l%,近期也很难有大的增加。 食品安全控制机制要求建立有效的动物和动物产品追踪系统,以便对动物产品的生产、加工等环节实施全过程、全方位的监督 管理与控制.而近年来快速发展的RHD无线射频识别技术则成为当前各国建立可追溯性体系的最佳选择阁。 1咖射频识别技术及其在应用中需要解决的关键技术 RFID是Radio Frequency Identification的缩写,即射频识别,俗称电子标签。RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术, 它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据.识别工作无须人工干预,可工作于各种恶劣环境。RHD技术可识别高速运动 收稿日期:2010—03—10 作者简介:边吉荣(1974-),女,宁夏大学物理电气信息学院,讲师,硕士,研究方向为计算机及其应用;曾建华(1975-),男,宁夏电通 实业发展有限公司RFID项目开发部,学士,研究方向为RFID项目开发。 5342 计算机工程应用技术 ~ s 本栏目责任编辑:粱书 第6卷第19期(2010年7月) ComputerKnowledge and Technology电脑知识与技术 物体并可同时识别多个标签,操作快捷方便。其关键技术主要表现在以下几个方面_引 1.1 RFID分类 RFID按应用频率的不同分为低频(LF)、高频(HF)、超高频(UHF)、微波(Mw),相对应的代表性频率分别为:低频135KHz以下、高 频13.56MHz、超高频860M、960MHz、微波2.4G,5.8G。 RFID按照能源的供给方式分为无源RFID,有源RFID,以及半有源RFID。无源RFID读写距离近,价格低;有源RFID可以提供 更远的读写距离,但是需要电池供电,成本要更高一些,适用于远距离读写的应用场合。 1.2 RFID的基本组成部分 电子标签(rI1ag):由耦合元件及芯片组成,每个标签具有唯一的电子编码(EPC),保存有约定格式的电子数据,附着在待识别物体 表面,用于追溯系统中畜产品的标识。 读写器(Reader):读取(还可以写入1电子标签信息的设备,可设计为手持式或固定式。 计算机(上位机):通过采集、传输、分析和处理、评测等环节进行数据处理,主要处理静态和动态两种类型的数据。 1.3 RFID技术的基本工作原理 .在实际应用中,读写器与计算机相连,读写器发送出~定频率的射频信号,附着在待识别物体表面的电子标签进入磁场后接收 射频信号,并根据具体指令进行操作,同时会回送自身编码等信息给读写器。读写器收到回送信息后,进行解码并送至上位机进行 相关处理,从而达到自动识别个体的目的[41。 1.4 I ID技术在应用中需要解决的关键技术 1)在畜产品物流追溯环节中,RFID技术主要运用在畜产品养殖和屠宰过程。通常畜产品是采用电子耳标的方式将RFID电子 标签挂在猪、牛、羊的耳朵上。电子耳标的大小和形状会有所不同,因此电子耳标的天线设计就要根据动物的特点个性化设计。 2)动物特性的不同,特别是猪,对新鲜事物比较好奇,故电子耳标挂在猪耳上,猪会相互撕咬电子耳标,导致掉标率很高,所以 系统需要对电子耳标的形状和大小作深入研究和广泛测试。 31动物身体对RFID射频能量有吸收的问题。在实验室中超高频电子标签读写距离可以达到10米以上,但是将电子耳标佩戴 在动物耳朵上之后.能量被动物身体吸收后读写距离只有几十厘米。因此需要解决能量吸收的问题。需要对读写器天线做技术改 进,同时要对电子耳标作进一步技术改造,增加对抗动物身体射频能量吸收的技术[51。 2二维码技术的运用 RFID技术在家畜的养殖过程中,由于其特有的实时读写数据功能,可以发挥非常大的作用。但是目前,RFID还存在单位价值较 高的实际情况,对于单位发售的畜产品小包装来说,明显有成本负担。二维码此时可以弥补这一缺陷。二维码不但可以将RFID数据 无缝转移,而且很好地解决了消费者识别的问题。 近年来二维码在国际上的应用越来越普及。手机内置的二维码解码软件可以让更多的消费者了解、使用基于二维码所提供的 服务;中国移动现也已经把二维码作为其核心创新业务,推出了二维码的离线业务,此举使二维码从企业级的应用走向了平民的生 活;中国联通的IPHONG手机也预置了此项功能;在通信迈人3G时代后,所有的3G手机都将支持二维码识别。可以预见在不久的 将来,二维码将会越来越贴近普通人的生活 。 2.1二维码的概念 根据个人习惯的不同,二维码也叫二维条码或二维条形码,是在普通条形码基础上发展起来的大容量条码,是用某种特定的几 何图形按一定规律在平面(二维方向上)分布的黑白相间的图形记录数据符号信息的,如图1所示。在代码编制上巧妙地利用构成 计算机内部逻辑基础的“0”、“l”比特流的概念,使用若干个与二进制相对应的几何形体来表示文字数值信息,通过图像输入设备或 光电扫描设备自动识读以实现信息自动处理。它具有以下特点: 1)高密度编码,信息容量大。该条码可容纳多达1850个大写字母或2710个数字或1108个字节,或500多个汉字,比普通条码 信息容量约高几十倍。 2)编码范围广。该条码可以把图片、声音、文字、签字、指纹等可以数字化的信息进行编码,用条码表示出来;可以表示多种语言 文字;可表示图像数据。 3)容错能力强,具有纠错功能。这使得二维条码因穿孔、污损等引起局部损坏时,照样可以正确得到识读,损毁面积达50%仍可 恢复信息。 4)译码可靠性高。它比普通条码译码错误率要低得多,误码率不超过千万分之一。 5)可引人加密措施。因此保密性、防伪性好。 6)成本低,易制作,持久耐用。 71条码符号形状、尺寸大小比例均可变。 81二维条码可以使用激光或CCD阅读器识读。 2.2二维码技术在应用中需要解决的关键技术 二维码在本系统中主要运用在畜产品屠宰后,分割包装时使用。但由于二维码的编解码是公开 图1 二维码 本栏目责任编辑:梁书 * 计算机工程应用技术 t 5343 ComputerKnowledgeandTechnology电脑知识与技术 第6卷第19期(2010年7月) 的算法。因此二维码的防伪和防复制就是需要解决的问题。由于二维码最大可以存 储一千个左右的汉字,存储空间相对较大,因此我们采用信息加密的方式解决防伪 和防复制的问题,加密后的二维码必须通过相应的解密算法才能读取到相应的信 息,否则读取到的将是一堆乱码,从而无法使用。因此只有我们的畜产品追溯系统才 能解读该码.其他系统无法读取该码并进行复制。 3畜产品可追溯系统方案的设计 系统主要分为六个部分,其结构见图2。 3.1畜产品质量安全追溯综合公共服务平台 图2 畜产品可追溯系统结构图 此平台为以下五个系统的基础平台,是可追溯系统的核心,也是整个畜产品可追溯系统的数据存储处理中心。通过此平台可将 养殖场记录、屠宰检验检疫记录、运输记录、分割加工记录、消费查询追溯系统中产生的各种数据进行统一分析处理,相当于整套系 统的中央处理器。 本系统担负着整套系统的静态基础数据、动态记录数据的存储与处理、统计报表、实时数据调整与查校等功能。选用SQL Server 2000建立数据库。采用C/S体系结构来开发该信息平台。该模式充分利用了客户端和服务器端硬件环境的优势,将任务合理 分配到Client端和Server端来实现,在网络上传送的仅仅是请求信息和处理结果,降低了系统的通信开销,实现了对畜产品生产过 程的科学指导,优化管理,并为建立消费查询追溯系统建立数据基础。系统还能对数据库按照需要进行备份还原,提高系统的健壮 性和安全性。 3.2养殖场信息管理系统 养殖场子系统指的是整个追溯过程中在养殖场环节使用的信息管理系统。其主要功能是记录猪、牛、羊等畜产品在养殖场中生 长发育、饲料配方、防疫用药等信息,并将该信息提供给追溯系统的下一个环节。畜产品生长批次信息、个体信息、防疫用药信息和 销售信息将成为养殖场子系统关注的重点。畜产品个体将通过RFID电子耳标进行标识,每个电子耳标将唯一标识一头(只)畜产 品。而畜产品个体、防疫用药等信息的采集、更新等功能的实现将通过固定或移动式的读写器对电子耳标的读写来完成。 在养殖环节,系统将特制的携带RFID芯片的电子耳标嵌入刚出生仔畜的耳朵,赋予每头仔畜全球唯一的“身份证ID”,RnD 中记录饲养人、饲养地址等信息,记录仔畜的个体信息(谱系、品种品系、出生日期、出栏日期、编号)、用药记录、饲料配方、检疫信息、 销售信息等。并将信息记录于追溯与安全监管平台,以供追溯、查验及监管。养殖信息的实时提交完成了养殖阶段的数据采集与信 息跟踪、追溯,同时提供了饲养监管、用药防疫监管所必需的数据信息。 3.3屠宰检疫信息记录系统 根据《生猪屠宰管理办法》和《牛羊屠宰办法》的相关规定,实行定点屠宰、集中检疫。动物出栏后,在指定屠宰厂进行屠宰,屠宰 是畜产品生产的第二个环节,该子系统的重要功能是维护整个追溯系统信息链的完整,使屠宰厂生产出库的肉品信息能够与养殖 场动物个体信息保持正确的关联 。保证活体信息与其宰后胴体信息的正确对应是本系统成功的关键。 活畜到达屠宰厂后,系统会监控整个屠宰过程,系统首先将通过识读每个个体的电子耳标来确认活畜个体,检测养殖环节,对 于未达到标准的活畜,系统会主动根据其对应的RFJD电子标签,自动发出警告信息,退回活畜并且不予屠宰。 由于屠宰车问湿度大、血污较多,所以对设备的防水等性能有一定的要求。我们使用满足屠宰生产工艺要求的特殊RFID电子 标签读写器固定在屠宰生产线的挂钩上、电子秤等生产线的重要工序位置,读取宰前活体的RFID电子标签中的信息;使用电子秤 等设备称重,并使用满足屠宰生产工艺要求的二维条码打印机将宰前活体的RFID电子标签中的信息、宰后胴体的重量、屠宰单位、 屠宰日期等信息一并自动打印于二维条码中,此二维条码与宰后的胴体一并进入检疫环节,从而保证了屠宰过程中宰前活体身份 信息与宰后胴体标识的一一对应。这些设备全部通过网络与后台计算机连接起来.各项数据统计记录实时更新。 屠宰结束后的肉品接受检验检疫部门检疫。在肉品进入检验检疫环节后,检验检疫部门可以首先读取该肉品的二维码信息。并 将检疫结果也上传至服务器。对于检疫不合格的肉品系统自动发出警告信息,使有问题的肉在进入流通环节之前就被及时发现。避 免出现亡羊补牢的情况;对于检疫合格的肉品,由于二维条码可以方便地添加信息,系统可根据要求将检疫检测结果、检疫单位、检 疫日期等相关信息添加到二维码中。经过检验检疫部门的数据充实后,肉品的来源信息、屠宰加工信息及检疫检验信息都已经存储 在肉品的二维码中,该二维码将同肉品一并封存进入下一环节。 3.4运输信息记录系统 进入运输环节.首先用手持RFID读写器读取运输车辆的车载检验检疫RFID卡,其上记载了该车的车牌号、运输单位、是否检 疫检验消毒、检疫消毒日期等车辆的基本信息,如读取到不合法的数据时自动报警。在装车过程中用二维码识读设备对胴体肉二维 码标签逐一扫描.对于有问题的肉品系统自动报警,坚决不予装车。 当装车完毕.监装人员在系统中填写监装单。系统自动记录装车时间、发车时间、出发地、目的地和车载检验检疫RFID卡中车 辆的基本信息等,并根据这些数据产生封识号。运输实行全程铅封处理,在肉品装入冷藏车后,实行铅封。下一环节接收肉品时,检 查铅封,并核对车牌号、封识号,完好无误后放行。 3.5分割、加工记录系统 肉品进入销售环节后,经营户对其进行分割、包装、出售。对于每一份分割品,经营户可用手持二维码识读设备读取肉品信息 本栏目责任编辑:粱书 第6卷第19期(2010年7月) ComputerKnowledge andTechnology电脑知识与技术 (如:“猪肉来源:大邑县沙渠镇;动物产品检疫:合格;肉品品质检验:合格;定点屠宰场:成都明渲畜牧发展有限公司;屠宰日期: 2009—12—30;”),并与自己的商户信息(如:“销售点:城西市场02号摊位;经营户:汤荣强;进货渠道:成都明渲畜牧发展有限公司; t。 t。 t。+销售日期:2010—1一l”)一并赋予一追溯码,此追溯码会同分割包装一起交到消费者手上。或对于不需要包装的情况,经营户可在肉品 .;.十。 出售时把追溯码信息用溯源电子秤打印于收银条上交给消费者。 3.6消费查询追溯系统 在消费环节,为了让消费者清楚地了解肉品的生产模式,以及肉品的质量,需要为消费者提供多种不同的查询手段,实现畜产 品的质量追溯。结合中国国情,系统集成了智能手机二维码识读、二维条码扫描设备识读、专用触摸查询平台、80o免费电话、web网 站、手机短信等6种个性化便捷的查询方式。消费者可以根据自己购买的肉产品的安全追溯码查询到肉产品来源的各种信息;检验 检疫监管部门可以准确、及时、高效地监控屠宰加工部门、查询信息、发布预警,一旦发现问题,就可以进行问题根源追溯;屠宰加工 部门利用先进信息采集和识别技术,可以提高肉产品生产安全质量水平,达到国际化肉类加工标准。消费查询追溯平台的建立具有 必要性和紧迫性。 目前大部分的手机都支持摄像头并支持JAVA程序,因此我们的查询追溯系统需要提供手机二维码追溯的查询终端程序,该终 端程序要能够驱动摄像头并拍照,将拍到的图片通过二维码解码算法解码,并解密,将追溯码通过wap方式发送到后台数据库中, 从而实现追溯。手机短消息、电话语音、网站防伪查询技术都比较成熟。做相应的技术开发即可完成,在此不再赘述。 4结束语 畜产品可追溯系统是针对畜产品的全过程追溯系统。系统在设计及实施过程中充分考虑到了当前国内畜产品的养殖、屠宰、运 输、销售等各个环节,利用RFID、二维码等先进技术并依托网络技术及数据库技术,实现信息融合、查询、监控,为实现肉品安全预 警机制提供了可能,为肉品生产企业提供了一套完整的解决方案,其应用前景将十分宽广。 参考文献: 【l】于维军.建立质量安全追溯制提升我国农畜产品国际竞争力【J】.动物科学与动物医学,2004,21(9):46-48. 【2】周元军.电子标签(RFID)在动物产品安全监控中的应用【J].中国动物检疫,2007,24(3):13—14. 【3】Finkenzeller K.射频识别(RFID)技术【M】.北京:电子工业出版社,2001. f4】郝玲艳.射频识别关键技术及其在学生管理中的应用『J1.现代教育技术,2007(1):80—82. 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