RFID技术在桶装水追溯系统中的应用

张秋英

摘要：近年来桶装水销量持续增加，市场上也出现了各种成分、特点的产品，几乎关系到广大消费者的所有生活场景，同时，其价格也令人眼花缭乱。而消费者对于这些错综复杂的产品规格和其真正价值内涵很难准确把握；另外水桶作为一种流动资产，水桶的重复灌装效率降低，才是企业真正面临的成本压力。针对这些实际存在已久的问题，运用信息化包装的产品理念，引入RFID技术在水桶内壁植入相应EPC编码的电子标签，在桶装水的各个环节（生产、供应、服务消费以及旧桶回收等）做到相应信息的记录、查询、追溯、监管以及消费者的可快速反馈。采用导电油墨技术来取代传统的电子标签，能做到节约时间，降低成本，减少污染。同时结合Savant技术，完成系统的设计。

关键词：RFID技术；导电油墨技术；Savant系统；桶装水

中图分类号；TP3 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）25-0215-03

Abstract：Bottled water sales continued to increase in recent years， the market also appeared in a variety of ingredients， and characteristics of the product. almost related to the vast number of consumers of all life scenes. At the same time， its price is also dazzling. And consumers for these complex product specifications and their real value are hard to grasp. In addition， the bucket as a current asset， its repeated filling efficiency is reduced. Which is the real cost pressures faced by enterprises. Aims at these problems， using the product concept of information packaging and introducing the technology of RFID implantable RFID tag（corresponding EPC encoding） in barrel wall， thus making bottled water from the production， supply， service consumption to the old barrel recycling all aspects of the information can be recorded， searchable， traceability， regulatory and consumer feedback can quickly. Use conductive ink technology to replace the traditional electronic tags， can save time， reduce costs and reduce pollution. At the same time， combined with the technology of Savant， complete the system design.

Key words： RFID； Conductive ink technology； Savant system； Bottled water

随着人们生活水平的提高，食品以及饮用水的安全得到社会上越来越多的关注，而这部分健康的刚性需求也使得桶装水市场日益繁荣，各种水产品种类也层出不穷。消费者的可选择性多了，但也不乏存在诸多问题。对于消费者面临的主要就是无法保证其质量问题和准确把握其价值内涵从而理性消费；对于生产者来说，无法与消费者直接对话、经营者严重不規范的经营行为直接损害了其利益以及不注重“水桶”这种流动资产的管理。

运用信息化的包装的理念，引入RFID技术，在水桶内壁植入相应EPC编码的油墨标签。使桶装水从最初的生产到最终的空桶回收等各个环节做到信息的可视化，也可利用此手段来标定水产企业以及水产品本身。在此基础上就可以建立起一个信息追溯系统，该系统包括信息的记录、查询、追溯、监管以及反馈等功能。同时，赋予水桶全球唯一的电子身份，使经营者管理起来更规范，便于水桶的回收从而提高重复灌装率，大大降低了企业的损失，保证了企业利益。而引入数据安全协议的电子信息载体（电子标签）又能使假水无孔可入，从最大程度保护了广大消费者的权益。

1 相关技术介绍

1.1 RFID技术

1） 基本概念

RFID（Radio Frequency Identification）技术是一种不需要被识别目标与识别装置之间有任何形式的机械或光学接触的通讯技术，又可称为无线射频识别技术。该技术是通过收发无线电讯号做到识别目标，也可读取芯片里的数据以及往芯片写入相关数据。这种技术一般由专门的电子标签和读写器组合完成，其大致过程是附在目标物上的标签内的相关数据通过频率信号这个载体有电子标签发送给读写器，从而完成数据的收集。

2） RFID系统构成

RFID系统具体由应答器（RFID标签）、RFID阅读器以及RFID应用软件系统构成，从构造上看这种技术是一种无线系统，较为简单，主要是由可写入识别代码的芯片和天线构成。分为有源式、无源式和半有源式，目前用的最多的是无源式。无源式电能来源于天线接收到的电磁波能量，该系统主要用于物体的检测、控制以及跟踪。endprint

RFID系统的基本组成如图1所示：

如图该系统分为硬件部分和软件部分，几乎适用于全部简单或复杂的射频识别方案 。 硬件部分包括：RFID标签、读写器和天线；软件部分包括：应用程序、RFID中间组件、以及RFID系统软件。RFID标签和读写器之间的数据交换和处理以及读写器和主机之间的数据交换和处理是在该系统是软件部分上完成的。

3） RFID特点与优势

RFID电子标签与条形码、二维码这些传统的识别方式相比具有很大的优势，具体列举如下：

a） 比较高的安全性

采用RFID电子标签对数据进行存储有效地保护了数据，使其中内容不容易被篡改，被伪造。弥补了传统条形码的诸多缺点，例如易被仿制、操作过于简单以及过差的保密性等

b） 较强的抗污损能力

RFID电子标签数据的载体是芯片，在没有光和受到污损的时候照样可以识别读取其中信息。而一般传统的条形码是纸质的，受损几率大不说，污损的条形码还不能进行正确识别。

c） 较大容量

RFID电子标签的容量比条形码的容量要大得多，能真正实现一物一码。既能满足不断增大的信息流需求，又能做到快速正确处理信息。

d） 远距离可同时识别多个电子标签

RFID采用的是无线电波技术，能够做到较远距离同时准确识别多个物体。而传统条形码识别的时候一个读写器只能识别一个物体，且必须近距离光学识别。

1.2 导电油墨技术

RFID电子标签由标签天线和标签芯片组成，而标签天线在整个RFID系统中的作用极为重要，它不仅要调制反射RFID电子标签芯片中所存储的信息，同时还要通过接收阅读器发射的无线电波，为标签芯片提供能量。从而电子标签天线是印刷制作工艺就尤为重要，本文采用导电油墨印刷法进行印制。工艺流程图如图2所示。

1） 导电油墨技术基本概念理论

导电油墨（electrically conductive printing ink）是由导电材料如金、银、铜等制成的糊状油墨，具有一定的导电性质。其导电原理是：印刷在承印物上的导电油墨干燥后，导电离子之间的距离会变小，因此在外加电场的作用下自由电子按照一定方向移动进而形成电流，这样就具有了良好的导电性。本文借助导电油墨印制RFID天线，用来接受RFID专用的无线电波信号。

导电油墨技术有多种不同的印刷方式，RFID电子标签天线的印刷方式主要有4种：网版印刷、凹版印刷、凸版印刷和喷墨印刷，可根据膜厚度的不同要求来选择印刷方式。

2） 导电油墨技术特点与优势

与金属天线制作电子标签的方法相比，导电油墨印刷法的工艺更为简单，制作起来更为快速，更为节省材料，成本更为低廉，更为绿色环保等优点。具体体现在以下几个方面：

a） 低成本：导电油墨的原材料要比原先的金属线圈价格低廉

b） 容易操作：导电油墨技术是一种加成法制作技术，容易控制且一步到位。

c） 无污染：导电油墨技术不需要使用化学试剂，是直接在基材上进行印刷， 因而无污染。

d） 强抗压性能：导电油墨具有更好的弹性和更高的可靠性。

2 桶装水追溯系统设计与实施

本文的桶装水追溯系统主要包括水源地生产信息的采集、运输信息的记录传输以及信息透明化上传三个物联网方面结构。具体又细分为包括从生产到供应到运输到服务到空桶回收这五个部分的信息追溯。整体系统的核心是Savant系统，为了实现自动化的信息交换，利用桶装水流通的各个节点安装的RFID阅读器自动的采集桶装水在此节点的相应信息，然后将阅读器收到的信息经过相关的设备发送给Savant系统，Savant系统再对信息进行筛选整理。从而达到桶装水信息的透明化、规则化、准确化以及自动化的要求。

2.1 系统设计原则

系统设计原则应遵循四个原则，分别是实用性、唯一性、安全性以及识别性。

实用性：在设计系统方案确定之前首先要考虑的是系统的实用性，使得在现实社会上发挥可行的作用，解决桶装水种类繁多无法正确选择以及空桶回收率极低的现实问题。

唯一性：標签编码能保证其具有全球唯一性，能从根本上解决问题。

安全性：对标签内写入的信息进行加密从而保证其安全性。

识别性：满足不同用户的不同要求，识别过程要简单快捷，且消费者也能对查询结果一目了然。

2.2 系统总体架构及组成

基于RFID的桶装水追溯系统主要由以下系统组成：业务追溯系统和Savant系统

业务追溯系统包括生产追溯系统、库存追溯系统、物流信息追溯系统以及销售追溯系统。

生产追溯系统主要业务是进行桶装水的生产（水源）和包装，涉及RFID标签防伪方面，重点完成工作：导电油墨标签赋相应EPC编码、标签植入桶内壁、装水封装后传导油墨标签的检测读写等业务。

库存追溯系统主要完成的工作是桶装水的入库、出库以及实时显示库存情况等业务。

物流信息追溯系统主要完成处理订单、配送货物以及跟踪物流信息并反馈给消费者等业务。

销售追溯系统主要完成桶装水的订单接收、自主结账等业务。

查询系统主要面对消费者完成桶装水信息查询以及销售者及时回收空桶。

2.3 Savant系统的设计

Savant系统是处于阅读器和Internet的中间件，阅读器将导电油墨标签上的信息读取出来，由Savant系统完成数据的平滑处理、校验和存储之后传送到Internet，需要包含像数据库、数据的校对和数据的传输等基本功能模块。

Savant系统的每个节点需要同阅读器连接在一起，尤其是边界节点，需要对RFID阅读器读到的信息做出快速反应。因此，为了提高这个反应速度，采用的是即时数据库。Savant系统拥有采用JMS消息机制构建的数据传输模块，可以完成对外数据交互。endprint

2.4 桶装水追溯系统的实施

当桶生产的时候，都会在桶内壁植入相应EPC编码的导电油墨标签，形成信息化包装。从装水、入库、出库、运输到回收空桶都会在标签写入相应的信息，在每个流通节点处安装RFID阅读器，通过阅读器获取桶装水的相关信息，经由无线通信方式自动发送给本地服务器的Savant系统，Savant系统会将这些数据在EPC信息服务器中记录下来，然后通过访问PML服务器生成PML文件。当PML服务器中有新的记录时，前一个记录对应的EPC编码和PML服务器的IP地址会被同时保存到ONS服务器里，形成一一对应的关系。进而可以通过Internet使得每个节点处的Savant系统在任意的时刻和地点可查询此桶装水的相关信息，达到信息可视化目的。追溯流程如图4所示：

为提高桶装水流通的效率，本追溯系统是将Savant系统、ONS服务器与PML服务器两两建立相关联系，在每个节点生成桶装水的PML文件，方便节点的RFID阅读器进行读取、验证和写入信息。同时库存情况，空桶回收情况也可实时查询，消费者也可通过查询系统来验证桶装水的真正价值，从而选择更适合自己的产品。

2.5 桶装水追溯系统测试以及效果展示

为了验证该桶装水追溯系统的可行性以及准确度，测试实验拟选取油墨标签的录入信息与追溯到的信息进行比对，来考察该系统的准确度。

测试时，先用RFID阅读器去读取一个信息为空白的油墨标签，等到标签通过装有阅读器的节点时，听到识别的声音之后，点击系统的信息录入界面录入信息时信息为空，与事先预期相同。接着，用相同的方法去读取一个录入信息的标签，点击系统的信息录入界面能看到该桶装水的生产信息、库存信息、物流信息等详细信息。

本桶装水追溯系统对桶装水信息的追溯是通过操作Savant的数据库模块来实现的，当点击桶装水追溯时出现详细信息的追溯界面。桶装水追溯时利用Savant系统进行注册管理各个节点信息，能高效快速的监控每一个节点，从而桶装水追溯系统的效率也得到了大大的提高。

测试中，我们拟选取的对比数据是桶装水的实际信息数据与该系统追溯到的信息数据，选取的信息对比指标包括水源地、生产日期、发货日期、物流位置、空桶回收、EPC编码这6个指标，分别进行准确度对比分析，结果用Matlab软件进行绘制对比图，如图5所示：

图中实线代表追溯到的信息，虚线代表实际信息。 从图中看出，两条曲线几乎是重合的，证明信息的准确度还是极高的，该桶装水追溯系统追溯到的信息是准确的，有较强的可靠性。

3 结束语

随着生活水平的提高，以及食品安全问题的严峻性，消费者对桶装水的需求与日俱增，对水的质量要求也越来越高，但市场上鱼龙混杂的种类以及混乱的价格让消费者很难做出正确选择，也对桶装水的质量以及真正价值不能准确了解。此外，本文对RFID标签的关键部件天线的制作工艺进行了相应的优化，采用的传导油墨技术大大降低了标签成本。由于传导油墨的特殊性能，可用于制作智能标签，生产商和经销商可以通过智能标签实时的监控桶装水的库存情况、质量状况以及物流去向；消费者则可通过智能标签验证桶装水的价值、质量状况以及物流信息。

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