茶叶防伪溯源系统设计与研究

赵雷 江西农业大学 南昌市 330045

肖凤莲 乐博昊 华东交通大学 南昌市 330013

0 引言

中国拥有悠久的茶文化，并且经常喝茶也有降低人体内固醇，防治心肌梗塞 的作用，因此饮茶也逐渐成为许多人的一种生活习惯。

由于茶叶的消费量的不断提高，越来越多的消费者投入更多的金钱来消费茶叶。但是好茶叶数量少，并且价格不菲，加上现如今加之目前茶叶污染问题严重，茶叶的价格更是不断攀升。因此许多不良商家看到了巨大的商机，盗用知名品牌，生产假冒伪劣茶叶。假冒伪劣产品以次充好，不但损害消费者的权益，而且破坏了原本正版商品品牌的价值。因此需要一套防伪溯源系统来降低假冒伪劣产品在市场上流通的可能性。现阶段使用的防伪技术的效果并不能很好抑制假冒伪劣产品的流通。现阶段的防伪技术主要是在外包装上进行特殊的标注，这些技术很容易被破解，从而让人把这些“山寨”产品视为正品。

本项目旨在设计一种基于RFID和无线感知网络的茶叶防伪溯源系统，能够实现对茶叶生长环境和运输环境等的数据采集、分析、存储和共享。相较于传统的防伪溯源系统，本系统将记录从茶叶的生长一直消费者获取茶叶手上这整个过程的数据，消费者可以查看茶叶的生长过程的情况，不必担心是否有食品安全的问题。另外每份茶叶都有自己独有的“身份证”，这个“身份证”不会被破解。而假冒伪劣的茶叶不会拥有这个“身份证”，这样可以有效识别正品与山寨品。

因此，使用茶叶防伪溯源系统即可以减轻消费者对的茶叶食品安全问题的顾虑，又可以降低买到假冒伪劣产品的可能性，具有广阔的市场应用价值。

1 设计原理与系统结构

茶叶防伪溯源系统由无线感知网络、RFID防伪平台和溯源信息管理平台三部分组成。系统整体结构如图1所示。无线感知网络可采集茶园环境和传输数据，将数据经路由节点或直接传输至网关的协调器，各节点之间的通信通过ZigBee无线网络实现，网关完成数据信息转换后，通过GPRS模块将数据上传至远程服务器，在服务器端把接收到的数据送至计算机的上位机软件显示，管理员可以在上位机上查看管理数据。RFID防伪平台负责对商品上的RFID电子标签进行防伪溯源信息的写入并上传至溯源信息管理平台。溯源信息管理平台分为溯源信息录入及二维码生成两部分。溯源信息录入主要为茶叶生产商信息及茶叶信息录入；二维码生成部分负责将茶园无线感知网络和RFID防伪平台上传的信息生成二维码。另外顾客也可以通过手机等终端设备登陆系统服务器指定的网页，就可获取所购买的茶叶生长环境等相关数据。

图1 系统结构图

2 系统的硬件设计

2.1 无线感知网络

无线感知网络分为无线传感器网络节点和网关。无线传感器网络节点主要功能是采集茶园的二氧化碳浓度、空气温湿度、光照强度、土壤湿度等相关环境参数并实时上传至协调器。其硬件结构图如图2所示：

图2 无线传感器网络硬件结构图

各网关节点组成了中层GPRS网络。它主要由协调器、ARM处理器、GPRS模块和电源子系统组成。协调器接收底层无线传感器网络传来的数据，经ARM处理器处理后用GPRS模块发射出去。因此，网关主要解决了底层无线传感器网络与中层GPRS网络的协调、通信问题。其硬件结构图如图3所示：

图3 网关硬件结构图

2.2 RFID防伪平台

RFID防伪平台负责对商品上的RFID电子标签进行防伪溯源信息（生产日期、物流信息等）的写入并上传至溯源信息管理平台。为了实现溯源这项功能, 采集成功的RFID标签数据还需要进行相应的处理和数据存储。防伪平台的硬件结构如图4所示：

图4 RFID防伪平台硬件结构图

3 系统的软件设计

茶叶防伪追溯系统软件包括两部分：是硬件驱动程序；二是上位机软件。硬件驱动程序包括无线传感器网络数据采集、传输程序以及ARM网关驱动程序、RFID防伪平台驱动程序三个部分。上位机软件采用这里主要用到的是PHP和HTML开发了一个数据显示、存储查询监测页面，实现人机交互机远程监测。

3.1 无线传感器网络数据采集及传输程序

无线传感器网络节点主要功能是采集茶园的二氧化碳浓度、空气温湿度、光照强度、土壤湿度等相关环境参数并实时上传至协调器。其工作流程如图5所示：

图5 数据采集工作流程图

3.2 网关驱动程序

各网关节点组成了中层GPRS网络。它主要由协调器、ARM处理器、GPRS模块和电源子系统组成。协调器接收底层无线传感器网络传来的数据，经ARM处理器处理后用GPRS模块发射出去。因此，网关主要解决了底层无线传感器网络与中层GPRS网络的协调、通信问题。网关工作流程如图6所示：

图6 网关驱动程序流程图

3.3 RFID防伪平台驱动程序

RFID防伪平台负责对商品上的RFID电子标签进行防伪溯源信息（生产日期、物流信息等）的写入并上传至溯源信息管理平台。RFID防伪平台工作流程如图7所示：

图7 RFID防伪平台工作流程图

3.4 上位机软件设计

服务器从各网关节点获取采集到的所有相关数据，完成数据解析、处理、存储、查询、统计功能。上位机从数据库服务器获取对应数据，并且与web前端共用一个数据库。上位机软件由数据接收、数据处理、数据管理三个部分组成。数据接收部分实现上位机软件从网口接收数据；数据处理则主要实现了数字信息的网页显示；数据管理利用数据库对数据进行保存，方便未来用户查询相关数据以及后期处理。另外客户端在任何时间地点只要扫描商品二维码或者登陆系统相关的网页，就可获取所购买的茶叶整个环节的相关数据。

溯源信息管理平台分为溯源信息导入及二维码生成两部分。溯源信息导入主要为茶叶生产商信息、茶叶商品信息导入；二维码生成部分负责将茶园无线感知网络和RFID防伪平台上传的信息结合导入的商品信息最终生成二维码。溯源信息管理平台流程图如图8所示：

图8 溯源信息管理平台流程图

4 茶叶防伪追溯系统测试结果

本章主要介绍茶叶防伪溯源的信息管理平台和手机端的演示。

4.1 溯源信息管理平台实现

（1）用户登陆界面

用户登陆界面如图9所示：

图9 登陆界面

（2）生产基地相关配置功能展示

每个生产地包含多个生产片区，生产基地主要记录了联系人，联系电话，所属区域等，如图10所示：

图10 生产地信息显示

（3）种植环节相关信息配置界面展示

生产过程操作记录如图11所示：

图11 生产过程操作记录

（4）二维码生产界面

防伪二维码生成界面如图12所示：

图12 二维码生成界面

4.2 手机端实现

茶叶防伪溯源系统的手机端由与生产相关和与查询防伪相关两部分组成：

（1）生产相关

在传统溯源过程中，使用人工进行手写记录是生产阶段信息监测的常态，人工手写的方式不但效率较为低下并且往往具有一定的错误率。所以本设计将使用二维码扫码进行数据获取，使得数据的记录方式从人工手写记录转为数字化的方式，来提高数据录入效率和准确率。针对相关数据查询的手机端的实现方式通过不同阶段的扫码来与服务器端自动进行数据获取，从而实现茶叶信息的溯源。手机客户端扫码流程实现界面如下所示。

图13 手机端登陆界面

图14 扫码演示图

（2）防伪和溯源信息查询客户端

该客户端主要针对消费者进行开发，主要实现农产品从生产到销售各个阶段的实时溯源信息的查询和展示工作，通过扫码进行信息的自动查询。主要的界面如下图所示：

图15 防伪信息溯源查询界面

图16 产品相关信息界面

5 结论

本系统能够实现对茶叶生长环境信息（如CO2浓度、光照强度、土壤湿度、空气温湿度等）的稳定监测与收集，RFID电子标签与二维码配套使用，使商品具有一定程度的防伪性。应用该系统，能帮助园主更加方便的种植管理茶叶，提高茶叶优产率；让消费者便捷获知商品信息，保障消费者知情权，以购买到优质正品茶叶，实现“优产优购”。