基于NFC的農產品溯源技術研究

李學鋒，趙雪平

（湖北文理學院數學與計算機科學學院，襄陽 441053）

基于NFC的農產品溯源技術研究

李學鋒，趙雪平

（湖北文理學院數學與計算機科學學院，襄陽 441053）

NFC技術是當前在手機中廣泛支持的一種無線近距離通信技術，基于NFC的溯源技術比RFID與二維碼有更好的適用性。在分析NFC技術特點的基礎上，提出基于NFC的農產品溯源系統的信息模型，進行溯源系統的架構設計，并對NFC標識、數據采集、溯源軟件設計等關鍵技術進行深入分析與研究。

NFC；農產品；溯源系統；質量安全

0 引言

近年來，隨著物聯網的興起，溯源技術又有了新的發展[1-4]，如RFID、二維碼，并且涌現出許多實際應用案例，如文獻[5-8]。但在使用中也發現了一些問題，例如：基于無線的RFID技術，信息的讀寫需要專用RFID讀寫器，對于普通用戶而言，難以隨時隨地地進行溯源查詢；二維碼技術存在掃描對焦相對麻煩、二維碼易被污損而不能掃描的問題。

針對存在的問題，我們將NFC技術引入到的溯源系統中，并對基于NFC的農產品溯源系統的架構設計及關鍵技術進行了分析與研究。

1 NFC技術及其特點

1.1 NFC技術簡介

NFC（Near Field Communication，近場通信），又稱為近距離無線通信，是一種近距離非接觸式的高頻無線通信技術，允許電子設備之間進行非接觸式點對點數據傳輸（有效距離一般在4cm之內）。

NFC技術由非接觸式無線射頻識別（RFlD）技術和數據采集技術的融合演變而來。NFC技術最開始由飛利浦、諾基亞、索尼等著名廠商聯合推出，隨后NFC技術被規范成為國際標準（ISO標準與ECMA標準）。NFC支持非接觸的雙向識別、連接和相互通信；NFC的速率可為106 kbps，212 kbps，424 kbps，甚至可提高到848 kbps以上[9]；支持三種不同的工作模式：讀卡器模式、卡模擬模式、點對點模式。

1.2 NFC與現有溯源技術的比較

NFC技術具有RFID的非接觸式數據傳輸方式、任意方向讀取、環境適用性好等優點之外，NFC采取了獨特的信號衰減技術，能耗低，傳輸范圍比RFID小，一定程度上解決了標簽碰撞的問題。NFC的傳輸速率高于RFID。目前三大移動平臺Android、iOS、Windows Phone都支持NFC[10-11]。NFC作為手機標配功能已成為一種趨勢，相對于RFID讀寫需要用專用讀寫器，基于移動設備的NFC更方便普通用戶的使用。

與二維碼相比，NFC采用無線通信技術，避免了二維碼的易受污損、標簽掃描的光線要求與對焦要求、讀取速度慢等問題，且現在NFC標簽貼紙價格相對便宜，適合低成本、大批量使用。

2 基于NFC的農產品溯源系統

農產品溯源系統是一個為各種農產品提供產品溯源、質量監控和品牌推廣的平臺。其主要功能是將生產供應鏈的各個環節的信息公開共享給消費者，消除消費者對農產品質量安全的疑慮。此平臺面向的對象主要有進行農產品的生產、加工、物流與銷售等環節的企業，質量監管部門，最終消費者。

2.1 基于NFC的農產品溯源系統的追溯流程

在農產品溯源系統中，農產品的信息數據在其生產供應鏈中各個環節產生，并由相應環節采集、添加到系統中。農產品的生產供應鏈包含了農產品從生產到銷售的所有環節，主要有：生產、加工包裝、物流倉儲、銷售超市等環節。根據供應鏈，可建立溯源系統的追溯的信息模型，如圖1所示。

圖1 農產品供應鏈及溯源系統的信息模型

在信息模型中的每個環節上，都要對農產品的處理信息進行記錄，以保證可以進行全程追溯。消費者通過查詢追溯得到這些數據，以了解產品的詳細信息。這些數據也是監管機構對整個生產與供應流程進行監管的主要對象。

2.2 基于NFC的溯源系統的架構設計

基于NFC的農產品溯源系統的系統架構主要由數據采集、監管、溯源查詢、質量安全數據中心等部分構成，如圖2所示。其中數據采集負責對各環節產生的信息進行收集上傳到質量安全數據中心，監管機構負責對生產供應鏈的各環節的操作流程進行監管，對產品進行抽樣檢查，以確保產品的質量。

圖2 農產品溯源系統架構

3 基于NFC的溯源系統的關鍵技術

3.1 NFC標簽及產品標識

在溯源系統中產品標識是供應鏈中各環節根據企業編號、農產品類型、日期、批次等參數綜合生成，產品標識在溯源系統是唯一的，并由企業寫入到NFC標簽中。生產供應鏈各環節需要以產品標識為對象，將農產品在本環節處理流程中的關鍵信息上傳到質量安全數據庫。產品標識是農產品溯源的唯一追溯碼。

用來存放產品標識的NFC標簽的形式有多種多樣，既有支持一次性寫入的，也有支持簡單的讀寫操作的，還有一些復雜的NFC標簽，例如，通過硬件加密的方式限制對某一區域的訪問。用于溯源系統的可以選擇貼紙式一次性寫入的NFC標簽，因為其價格低廉，可以在任意平面或曲面上使用。

3.2 農產品溯源數據采集和數據管理

產品溯源就是對生產供應鏈各環節采集的數據進行查詢以了解產品的生產物流的詳細過程，所以數據采集是整個溯源系統的基礎?；贜FC的數據采集就是使用支持NFC的手機、平板或專用讀取設備上的數據采集App，讀取NFC標簽的產品標識，將相關環節的具體參數上傳到數據庫的過程。

數據的采集與上傳，是受權限限制的，只有企業用戶才擁有數據的采集與上傳權限，且只能對生產供應鏈上本企業所在環節進行數據采集與上傳權限。

各環節數據采集參數的設置，必須要能反映本環節的主要指標。比如，在生產企業中除了企業的基本信息之外，還有農產品的品種（種子）名稱、產品基本介紹、產品認證信息、生產地點、生長期圖片以及隨時可查看的現場視頻、生產環境數據、肥料使用記錄、農藥使用記錄、采摘日期、采摘人員等等。包裝環節的信息主要可以有包裝形式、日期、包裝人員等。物流環節包括運輸車輛信息、日期等。倉儲與銷售環節的主要信息有入庫時間、出庫時間、倉儲環境參數，賣場信息、日期等。

圖3 數據信息鏈

供應鏈各環節上傳信息到質量安全數據庫，并形成一個完整的數據信息庫，如圖3所示。

3.3 基于NFC的溯源App

基于NFC的溯源App，安裝在支持NFC的移動設備（如手機、平板等）上，供應鏈企業可以向NFC標簽寫入產品標識，終端用戶通過讀取NFC標簽內的產品標識，并以此為追溯碼，并按照圖3的信息鏈向上溯源到關于此產品的所有信息。

Android系統中對NFC標簽的操作有標簽分發方式和前臺分發方式二種機制。標簽分發方式是標簽主導，在非鎖屏狀態下NFC適配器掃描到NFC標簽時，將標簽中的負載數據和標簽類型封裝到Intent，根據不同的Internt啟動相應的應用程序來處理這張標簽。前臺分發方式是由App起主導作用，在Activity主動掃描，并攔截Intent。相當于在標簽分發的基礎上加一層過濾，避免彈出Activity列表給用戶選擇。

NFC標簽的讀取與溯源。首先，獲取NfcAdapter對象；其次，獲取NdefMessage信息，對NdefMessage對象進行解析，獲取相關的文本信息（然后產品標識）。然后，根據產品標識對產品信息進行溯源查詢與展示。

NFC標簽的寫入操作。首先，獲取NfcAdapter對象與Tag對象，并通過Tag創建Ndef對象；其次，將要寫入標簽的數據（產品標識）封裝成NdefMessage；然后，建立與標簽連接，調用ndef.writeNdefMessage(NdefMessage)方法將數據寫入。

4 結語

本文分析了NFC技術的特點，提出基于NFC的農產品溯源系統的信息模型與系統設計，并對其關鍵技術進行了深入的分析與研究。相比RFID與二維碼的溯源技術，基于手機NFC的溯源技術不僅解決了RFID專用讀寫器的問題，也避開了二維碼標簽的易污損、讀取速率慢的問題，在實際使用上更加便捷。

[1]Simon T，Thibaud M，Nathalie S.Deliveries Optimization Byexploiting Production Traceability Information［J］.Engineering Applicationsof Artificial Intelligence，2009(2):1-12.

[2]董雪.有機蔬菜質量控制及可追溯體系研究綜述[J].吉林農業科學,2010,35(3):51-56.

[3]白紅武,孫愛軍,陳東等.基于物聯網的農產品質量安全溯源系統[J].江蘇農業學報,2013,29(2):415～420.

[4]馬奕顏,郭波莉,魏益民,趙海燕.植物源性食品原產地溯源技術研究進展[J].食品科學,2014,35(5):246-249.

[5]李永彬,張立新,胡蓉.基于RFID的棉種質量安全溯源系統的構架與分析[J].中國農業科技導報,2014,16(1):91-97.

[6]劉越暢,陳世文,馮進達.基于貝葉斯網絡的蔬菜質量安全溯源與預警[J].廣東農業科學,2012,20:188-190.

[7]蒲皎月,張海輝.基于RFID技術的中小型企業蔬菜溯源系統設計[J].農機化研究,2015,4:207-210.

[8]李彪,蔣平安,寧松瑞等.基于RFID和二維碼技術的新疆哈密瓜溯源系統[J].農機化研究,2014,8:196-200.

[9]ECMA-340.Near Field Communication Interface and Protocol(NFCIP-1)[S].2nd ed.2004.

[10]石旭東.基于Android平臺的NFC技術的研究與實現[J].軟件,2013,34(1):64-68.

[11]胡星波,晏渭川.基于Android的NFC實現與應用[J].電視技術,2011,21(17):84-88.

Research on Traceability System of Agricultural Products Based on NFC

LI Xue-feng，ZHAO Xue-ping
（School of Mathematics and Computer Science,Hubei University of Arts and Science,Xiangyang 441053）

NFC technology is a kind of wireless near distance communication technology which is widely supported in mobile phone at present.The traceability technology based on NFC has better applicability than RFID and two-dimensional code.Based on the analysis of characteristics of NFC technology,puts forward the information model of agricultural products traceability system based on NFC,the traceability system architecture design,and in depth analysis and research on the key technologies,such as NFC identification,data acquisition,software design and so on.

NFC;Agricultural Products;Traceability System;Quality and Safety

1007-1423（2016）36-0026-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2016.36.006

李學鋒（1968-），男，湖北隨州人，本科，講師，研究方向為計算機網絡物聯網

2016-10-11

2016-12-15

趙雪平（1993-），女，湖北宜城人，本科生，研究方向為物聯網