基于射频识别技术的粮食供应链跟踪系统的设计

1、第29卷第3期2011年3月文章编号：1004-3918（2011）03-0342-04河南科学HENANSCIENCEVol.29No.3Mar.2011基于射频识别技术的粮食供应链跟踪系统的设计薛海燕1，邹丽霞2（1.郑州航空工业管理学院计算机科学与应用系，郑州450015；2.河南广播电视大学计算机系，郑州450015）摘全面、精确的粮食供应链系统，研究了射频识别（RFID）技术应用在粮食供应链跟踪中的业务要：为建立快速、流程及使用方式，结合粮食流通特点完成了基于射频识别技术的粮食供应链的系统流程分析，进而确定了符合粮食流通管理的软硬件配置，在此基础上设计粮食供应链跟踪体系的系统架构.最

2、后实现系统集成和测试，测试表明本系统连续工作时间为1113.3h，连续完整工作次数为790次，平均工作周期为8.6s，识别准确率达到95.3%.关键词：粮食；射频识别；供应链；跟踪系统中图分类号：TP315文献标识码：A农产品的供应链跟踪在国外已经有了成熟的应用，而中国还处于研究探索和初步应用阶段.近年来，国内专家学者对农产品的供应链跟踪信息化进行了一系列的探索，主要集中在畜禽及水产品等领域1-4.粮粮食的供应链主要包括生产、流通和储藏3个环节.涉及食供应管理中存在的特殊性主要表现在8-9：的数据量大且分散，需要在多部门、多地域的大型广域信息系统中传递并处理信息，使各级管理部门准确及时地掌握基

3、层粮库的粮食情况.目前，缺乏有效的机制使得管理部门实时地掌握粮食流通过程中的实际质量情况.粮食的储运特点决定了粮食供应链的跟踪系统是层次化的，集成多种技术、多种应用的一体化系统.射RFID）技术是解决多层次的网络模式复杂性问题的较好选择之一.本频识别（radiofrequencyidentification，研究基于已有的粮食供应链的业务流程，对其进行系统分析和规约.在此基础上设计架构了专门针对粮食供应链跟踪的RFID软件平台.该平台有助于提高粮食供应链的跟踪体系的系统性，并为RFID技术集成食品和农产品跟踪过程提供依据.1RFID技术RFID技术即无线射频识别技术，是一种非接触的自动识别技术

4、.RFID系统由读写器、电子标签及应用软件系统3个部分组成，如图1所示5.其工作原理是：读写器发射特定频率的无线电波给电子标签，用以驱动电子标签内部的数据送出，此时读写器便依序接收解读数据，送给软件做相应的处理.图1利用RFID技术进行数据管理的基本原理图Fig.1DatamanagementprinciplediagrambasedonRFID22.1基于RFID技术的粮食供应链跟踪系统的架构粮食供应链中的信息流分析粮食供应链包括粮食生产、仓储、加工、运输和销售5个环节，按照生产可记录、信息可查询、流向可跟踪、责任可追溯的基本要求，建设粮食供应链跟踪系统8.系统采用基于RFID技术的方案，以

5、RFID电子标签为基本流动数据载体和基本信息单元.5个环节中，针对不同阶段的特点和需求，选择不同的RFID标签收稿日期：2011-01-11基金项目：河南省社科联调研课题（SKL-2010-2982）作者简介：薛海燕（1976-），女，河南焦作人，讲师，硕士，主研方向为软件工程；），女，河南信阳人，讲师，硕士，主研方向为软件工程.邹丽霞（1976-2011年3月薛海燕等：基于射频识别技术的粮食供应链跟踪系统的设计-343-形式记录不同的信息，并选用不同的标签阅读形式.其业务流程及数据信息如下：1）生产阶段，采用成本较低的RFID无源电子标签，主要记录粮食生产的相关信息，如编号、产地、品种、施用

6、农药记录、生产者信息、运出时间、运输批次等.2）仓储阶段，各粮食收购站从不同生产基地收购的粮食入储藏库前先对其进行质量检验.依据检验结果将粮食按等级以大包装形式混合分仓储藏，其中每个大包装属于不同的生产基地，后期出库运输时也以该大包装为单位进行拆分，避免产生同一等级不同产地原粮混合的问题.以统一的大包装为初始单位标记其信息，提高追溯的透明度.入库时，被写入RFID标签中的初始信息包括原粮的生产信息以及粮食初始检验结果信息.出库时，继续完善RFID标签信息，写入粮食在储藏基地出库时的状态信息和储藏过程中的过程信息，如产地、已储藏时间以及出库前检测的一些理化和品质指标（体积质量、脂肪酸含量等）等.

7、3）加工阶段，加工厂把加工和包装的过程信息以及最终的状态信息写入RFID标签，以备下一个加工者对不同等级和不同产地的粮食，采用等级和产地结合的二级加工或消费者使用.为了确保追溯的透明性，方法，即对来自粮库中同一等级的不同产地原粮，按照产地进行分等级加工，加工后按照产地和等级分装成小包装，确保每一小包装产品产地的一致性.避免不同产地同一等级的产品混装，保证追溯的可行性.4）运输阶段，采用900MHz或者2.45MHz的有源电子标签，用于记录集装箱运输的大量粮食的信息.数据内容包括粮食的原有信息、粮食的温度信息、车辆位置信息、运送车辆信息和运送时间等.5）销售阶段，出库分销到地方代理机构，直到超市

8、.由超市或流通中心将其接收过程中的检测和状态将有关粮食信息写入RFID标签，最终形成完整信息.信息写入，实现跟踪链的最后环节.在以上各个环节，其中每个过程中信息的输入被限制在规定的编码位置内（即前一个过程的信息在下一个环节是只读的）.具体实施过程中可以利用两种方法对RFID粮食标签进行追踪：一是从前往后进行跟踪，即从粮食原材这种方法主要用于查找造成质量问题的原因，确定产品的原料供应商加工商运输商销售商销售点，产地和特征；另一种是从后往前进行追溯，也就是消费者在销售点购买的食品发现了安全问题，可以向上层层追溯，最终确定问题所在，这种方法主要用于问题产品的召回.2.2粮食供应链跟踪系统的总体架构本

9、文提出的基于RFID技术的粮食供应链体系的总体架构如图2所示.图2粮食供应链跟踪系统的总体架构Fig.2Frameworkofcrainsupplychaintrackingsystem如图2所示，本文将粮食供应链追踪系统分为5个层次.自底向上依次为网络通讯层（实现信息的传输）、系统设备层（RFID硬件设备包括读写器、电子标签等）、信息资源层（包括由RFID读写器中获取的数、系统业务层（包括RFID中间件开发平台、数据处理和数据管理等）、访问界面层6.据）网络通讯层和系统设备层，负责采集粘贴在粮食及相关产品包装上的标签信息，并传输至位于中间层位7-344-河南科学第29卷第3期性，还具备数据过

10、滤和分析、数据查询等功能.位于顶层的是访问界面层，负责处理接收用户的命令，触发系统业务层的相应事件，并将执行结果传送和发布等方式提供给相应用户.系统业务层作为除了信息发布层和数据采集层的接口.3.1系统设计与实现数据库设计本系统采用SQLServer2000作为后台数据库.由前面的系统分析可知，系统中包含RFID数据中心和粮其中RFID数据中心主要存储由电子标签中读取的原始数据，包括粮食的生产数据、加工信息、运输信食信息共享数据库两个数据库，设计遵守关系数据库表的约束以及规范化设计等要求，采用BCNF范式标准.息、储存信息以及销售信息在内的完整数据.这些数据经过过滤、整理，得到的有效数据被导入

11、粮食信息共享数据库中，供软件平台读取使用.由于涉及表较多，这里仅列出原始数据表的结构，如表1所示.3.2算法设计在完成了以上数据库设计的基础上，进行系统功能设计.本系统采用C#设计驱动演示系统，使用ASP.NET技术设计并实现网络客户端.其中ASP.NET编写的代码文件包括index.asp（负责向用户提供查询面板以及进入其他页面的search.asp（负责处理用户请求，从入口），表中筛选符合要求的记录，按一定的次序排列并把结果返回到客户端浏览器中），dbcon.asp（负责连接数据源，对数据源进行操作）3个部分.RFID电子标签选用无源被动式高频（915MHz）远距离非接触一次写入多次读出的

12、射频卡.读写器采该读写器支持标准网口通信.在与读写器交互信息中，软件采用美国intermec公司的2100915M读写器，用COM通信方式.演示驱动程序部分主要包括操作读写器系统所必须的端口号设置、天线号设置、标签类型的配置、功率设置等参数设置.以及标签的读写、服务器远程连接等功能.本系统使用了读写器的基于COM组件的Interop.系统中使用的主要函数及其主要功能如下所示：vtComRFID.dll动态库文件实现客户端与读写器的通信，1）boolOpenReader（char*xStrReaderNam），其功能是打开读写器，输入参数xstrReaderNam为读写器的名称，当返回值为Tru

13、e时表示打开读写器成功，当返回值为False时表示打开读写器失败2）boolCloseReader（），其功能是关闭读写器，无输入参数，当返回值为True时表示关闭读写器成功，为False时表示关闭读写器失败3）longIdentifyTagID（），其功能是检索标签ID号，无输入参数，当返回值0时为标签的个数，当返回值为0时为检索失败4）longReadTagContent（char*xTagID，char*xGetTagContent），其功能是读取标签的数据，其输入参数输出参数为xGetTagContent得到该标签的数据，当返回值为0表示读取数据成功，非为xTagID标签的ID号，0表

14、示读取数据失败5）longWriteTagContent（char*xTagID，char*xWrtData），其功能是往标签里写的数据，输入参数xTagID为标签的ID号、xWrtData为要写入的数据.当返回值为0时表示写入数据成功，非0时表示写入数据失败.6）char*GetTagID（char*xIndx），其功能是根据索引号，得到标签的ID号，输入参数为索引号Index其返回值为得到标签的ID号7）longGetAnntennaID（char*xIndx），其功能是根据索引号，得到天线号输入参数为索引号Index，其序号1234567名称表1标识符原始数据表的结构类型/值长C/20C

15、/10C/15D/7F/20C/12C/10取值范围0200100157100120任意任意首字符不能为数字不包括外部节点任意对原始数据进行初步处理的数据任意完整的日期时间备注首字符不能为数字Tab.1Structureofrawdatatable设备标识符Device_No设备端口号Port_No原始数据安全码节点号绑定数据时间Data_RawSafeCodeNode_NoData_BindDtime2011年3月薛海燕等：基于射频识别技术的粮食供应链跟踪系统的设计-345-4系统测试为了确定整个系统的工作速度和最大正常工作时间，采用全接触式读写码方式模拟本系统的工作流程10-11，直到其中

16、任意环节监控并记录连续完成读码写码信息反馈网络客户端查询的完整过程的最大次数，出现问题.系统测试条件及参数为：通信数据量：16bit；载波频率：125Hz；调制方式：PSK（移向键控）；通信速度：7.9kbit/s；标签大小：9cm×6cm；读头天线大小：70cm×60cm；识别模式：读&写.测试表明本系统连续工作时间为1113.3h，连续完整工作次数为790次，平均工作周期为8.6s.5结论本文将RFID技术与粮食供应链的业务流程进行整合，完成基于射频识别技术的粮食供应链系统流程分析，设计该系统的总体架构，最后对其进行设计和测试.结果表明该系统具有较高的准确性（识

17、别准确率达到95.3%）和较快的速度（从记入标签到发布信息到互联网上平均时间为8.6s）和较好的稳定性（系统连续正常运行时间大于1000h）.本模型可以作为粮食的跟踪和自动化识别系统构建的内核，可实现正向跟踪和反向追溯，为实现粮食流流通等环节的信息追溯提供了基础.通过程的可追溯性提供了良好的操作平台，并且为后续加工、参考文献：1刘俊荣，陈述平，雷建维我国养殖水产品全链可追溯性系统平台的建设思路J水产科学，2007，26（9）：5185202徐焕良，陆荣和，彭增起，等基于产品生命周期管理的肉品车间生产跟踪及追溯体系研究J农业工程学报，2007，23（12）：1611633谢菊芳，陆昌华，李保明，

18、等基于NET构架的安全猪肉全程可追溯系统实现J农业工程学报，2007，23（12）：1611634任晰，傅泽田，穆维松，等基于Web的罗非鱼养殖质量安全信息可追溯系统J农业工程学报，2009，25（4）：1631655RiebackMR，SimpsonPND，CrispoB，etalRFIDmalware：DesignprinciplesandexamplesJPervasiveandMobileComputing，2006，4（2）：4054266AnagnostopoulosAP，SoldatosJK，MichalakosSGREFiLL：Alightweightprogrammablem

19、iddlewareplatformforcosteffectiveRFIDapplicationdevelopmentJPervasiveandMobileComputing，2009，5（1）：49637ChenRShun，TuMRuDevelopmentofanagentbasedsystemformanufacturingcontrolandcoordinationwithontologyandRFIDtechnologyJExpertSystemswithApplications，2009，36（4）：758175938刘鹏，屠康基于UMLB/S模式的粮食安全追溯MIS的设计与实现J中

20、国粮油学报，2008，23（5）：1641679刘鹏，屠康，陈继昆射频识别技术在粮食供应链体系中的应用研究J粮食储藏，2007，36（4）：232610TzengCTa，ChiangYChang，ChiangCMing，etalCombinationofradiofrequencyidentification（RFID）andfieldverificationtestsofinteriordecoratingmaterialsJAutomationinConstruction，2008，18（1）：162311AbadE，PalacioF，NuinM，etalRFIDsmarttagfortr

21、aceabilityandcoldchainmonitoringoffoods：Demonstrationinaninter-continentalfreshfishlogisticchainJJournalofFoodEngineering，2009，93（4）：394399DesignofGrainSupplyChainTrackingSystemBasedonRFIDTechnologyXueHaiyan1，ZouLixia2（1.DepartmentofComputerScienceandApplication，ZhengzhouInstituteofAeronauticalIndustryManagement，Zhengzhou450015，China；2.DepartmentofComputer，HenanRadioandTelevisionUniversity，Zhengzhou450015，