基于“互联网+”的个性化智能包装设计

(闽南理工学院实践教学中心，福建 石狮 362700)

0 引言

在互联网技术、物联网技术、RFID技术的带动下，产品包装也经历了无包装-简单包装-精美包装-个性化包装-智能化包装的发展阶段。传统包装形式注重UI设计，仅有华丽的外表未能帮助消费者正确地、全方位地了解产品。若没有一个全面的、多层次的介绍，可能会让消费者误读产品信息，不利于企业的产品推广及公司形象展示。

1 研究现状及发展动态

智能化包装让企业的产品信息获取及成品运输跨入新的时代，大大缩减产品挑拣、分类、运输成本。智能包装不再只是外观呈现，而是能够包含多种产品信息的媒介，适用于几乎所有行业。目前，全球智能包装市场飞速发展，各种类型的智能包装形式层出不穷。相比之下，国内该行业的市场刚处于探索阶段，由于技术及成本的原因，暂时没有形成成熟的且成规模的产业链。基于此现状，国内智能包装市场可挖掘的潜力巨大，相关技术的研发及标准的制定将会是核心关键。

2 设计构想和研究目的

基于“互联网+”的思维和RFID无线射频识别技术，本方案把产品包装从原来的只能提供单一平面设计及书面信息转化成可深入获取产品信息的入口。从产品包装可以获取品名、生产日期、来源等常规信息，运用数据库、云存储、二维码识别和RFID技术，数据库分类管理文字、图片、声音、介绍视频、生产监控视频，通过移动设备扫码(二维码、一维码)或者RFID电子标签识别为入口深入获取产品生产过程、原材料、企业全面介绍、使用方法视频、用户体验报告等丰富多彩的产品信息。二维码识别技术已全面普及，运用智能手机可实现随时随地获取信息。RFID射频识别技术实现远距离无接触识别，可以提高企业产品进出库、运输的效率。

3 研究内容及系统结构

3.1 研究内容

1)云存储、信息平台建设，包括数据库建设、平台前后端开发及与硬件系统信息传输接口设定。

2)RFID无线射频识别技术在包装上的运用研究，包括单片机控制、RFID技术原理研究、读写器研究、无源电子标签制作研究、电子标签测试等。

3)识别码(二维码、一维码)在产品包装上的应用研究，包括技术原理、分类、应用场景等，使用成熟的集成方案。

4)无线网络技术研究，主要以WiFi无线技术为主，搭建射频识别系统的WiFi连接模块。

5)产品信息素材加工研究，包括文案编辑、图片处理、声音处理、视频剪辑等，实现包装信息个性化。

6)包装工业设计，侧重产品包装外观设计的美观及合理性。

3.2 系统结构

1)云端数据库和信息平台，管理存储产品信息，包括文字、图片、声音、视频等素材。

2)系统控制芯片，采用ATMEGA328P U-TH为主控芯片，负责RFID电子标签识别控制。

3)识别终端，采用RC-522集成块作为电子标签识别终端，采用智能手机或其他可扫码设备作为二维码识别终端。

4)显示终端，包括计算机上位机显示、智能手机或平板电脑。

5)识别入口，包括RFID无源电子标签和二维码。

6)信息传输模块，使用4G无线通信、WIFI传输和射频无线传输，也可以使用传统的有线连接传输模式。

系统总体结构如图1所示。

图1 系统总体结构图

4 信息平台设计

4.1 结构设计

信息平台结构如图2所示。

图2 信息平台结构图

4.2 后台编辑权限

信息平台素材编辑通过后台编辑模块进行，平台设置后台管理权限，信息加密及安全验证采用服务器加密主流技术，确保后台信息的安全性。

4.3 素材管理

平台数据库采用云存储管理模式，素材包括文本、网址、文件、图片、音视频、名片、微信号等，每种类别素材都可以单独设置生成二维码。也可以编辑一个完整的产品介绍，内容包括展示图片、文件、音视频等丰富内容，最后生成二维码图案。

4.4 二维码管理

信息平台二维码采用动态二维码，已产生的二维码一次生成永久使用，后台数据的更改无需改变二维码图案。可以同时生成多个二维码，链接平台内部不同素材或产品介绍，生成数量、扫描次数、使用时间都不设限。不同二维码识别及更改可独立设置，不互相影响。

4.5 RFID识别响应

包装电子标签具有单独的编码，由识别终端检测并经主控系统判断，识别无误的标签信息传送到信息平台，信息平台根据对应标签信息向显示终端输出对应商品的信息或链接。

5 电子标签识别系统设计

5.1 原理图设计

标签识别系统原理图如图3所示。

图3 标签识别系统原理图

5.2 主控芯片模块

采用ATMEGA328P U-TH为基于AVR处理器的主控芯片，闪存达到32 KB。其优点是价格便宜，具有合理的IO口排布，开发环境集成功能丰富的库文件，编程简单易上手。集成芯片的开发板通过USB线与电脑连接，功能调试及程序下载比较方便，节约开发时间。

5.3 液晶显示模块

液晶显示屏，显示字符采用点阵图形，显示的容量可分为多行多字，该模块功耗低、体积小、采购方便，在电子设计中普及率较高。LCD1602为设计标配，可根据应用扩展需要采用其他多行多字的LCD显示模块或OLED显示模块。

5.4 RFID识别模块

RC522采用先进的RFID检测技术，适用多种类型的传输协议，检测无需接触电子标签。它可以驱动读写器天线与ISO14443A/MIFARE卡和应答器之间的通信，而不需要借助其他类型电路。RC522能够支持高速的非接触式通信，且与主控芯片的硬件连接简单，特别适合系统的快速开发及调试。

5.5 网络传输模块

ESP8266模块是一款普及率较高的WiFi传输模块，采用串口即可实现与主控芯片的连接。数据在串口及WiFi之间接收与发送，实现主控模块与平台数据库之间的信息互联。

5.6 电子标签

电子标签与二维一样，具有单独的编号信息，本系统采用超高频M89或9662电子标签，成本低廉，尺寸及外形可以个性化定制，结合不同产品包装的特点，制作合适的电子标签。

5.7 系统流程设计

RFID识别系统流程图如图4所示。

图4 RFID识别主流程图

6 测试结果与分析

6.1 二维码生成及扫码测试

信息台后台信息编辑及二维码扫描结果如图5所示。

图5 手机扫码测试图

授权进入信息平台后台编辑，添加测试产品信息，生成二维码。利用智能手机扫码功能，扫取二维码查看产品信息，文字、图片、音视频均可以正常查阅、播放，与后台数据进行比较，信息一致。

6.2 电子标签识别系统运行测试

电子标签识别系统硬件测试形态及测试结果如图6所示。

图6 电子标签识别系统测试图

搭建系统调试模型，用3个电子标签分别代表3种商品包装，RFID识别模块识别对应商品包装。若电子标签有效且系统已录入，控制模块驱动LCD显示商品标签信息，上位机软件可以同步显示商品包装信息。

7 结语

经济发展对商品的信息获取、包装识别及运输、分拣效率有了更高的要求，商品的包装形式也越来越多样化。在物联网技术、射频识别、大数据等技术的带动支持下，智能包装将会是未来商品包装的主流。不断融合新技术，现有的智能包装形式也会持续更新，新的智能包装一定要更符合时代发展、更贴近生产生活实际需求。