基于NFC的农产品溯源技术研究

李学锋，赵雪平

（湖北文理学院数学与计算机科学学院，襄阳 441053）

基于NFC的农产品溯源技术研究

李学锋，赵雪平

（湖北文理学院数学与计算机科学学院，襄阳 441053）

NFC技术是当前在手机中广泛支持的一种无线近距离通信技术，基于NFC的溯源技术比RFID与二维码有更好的适用性。在分析NFC技术特点的基础上，提出基于NFC的农产品溯源系统的信息模型，进行溯源系统的架构设计，并对NFC标识、数据采集、溯源软件设计等关键技术进行深入分析与研究。

NFC；农产品；溯源系统；质量安全

0 引言

近年来，随着物联网的兴起，溯源技术又有了新的发展[1-4]，如RFID、二维码，并且涌现出许多实际应用案例，如文献[5-8]。但在使用中也发现了一些问题，例如：基于无线的RFID技术，信息的读写需要专用RFID读写器，对于普通用户而言，难以随时随地地进行溯源查询；二维码技术存在扫描对焦相对麻烦、二维码易被污损而不能扫描的问题。

针对存在的问题，我们将NFC技术引入到的溯源系统中，并对基于NFC的农产品溯源系统的架构设计及关键技术进行了分析与研究。

1 NFC技术及其特点

1.1 NFC技术简介

NFC（Near Field Communication，近场通信），又称为近距离无线通信，是一种近距离非接触式的高频无线通信技术，允许电子设备之间进行非接触式点对点数据传输（有效距离一般在4cm之内）。

NFC技术由非接触式无线射频识别（RFlD）技术和数据采集技术的融合演变而来。NFC技术最开始由飞利浦、诺基亚、索尼等著名厂商联合推出，随后NFC技术被规范成为国际标准（ISO标准与ECMA标准）。NFC支持非接触的双向识别、连接和相互通信；NFC的速率可为106 kbps，212 kbps，424 kbps，甚至可提高到848 kbps以上[9]；支持三种不同的工作模式：读卡器模式、卡模拟模式、点对点模式。

1.2 NFC与现有溯源技术的比较

NFC技术具有RFID的非接触式数据传输方式、任意方向读取、环境适用性好等优点之外，NFC采取了独特的信号衰减技术，能耗低，传输范围比RFID小，一定程度上解决了标签碰撞的问题。NFC的传输速率高于RFID。目前三大移动平台Android、iOS、Windows Phone都支持NFC[10-11]。NFC作为手机标配功能已成为一种趋势，相对于RFID读写需要用专用读写器，基于移动设备的NFC更方便普通用户的使用。

与二维码相比，NFC采用无线通信技术，避免了二维码的易受污损、标签扫描的光线要求与对焦要求、读取速度慢等问题，且现在NFC标签贴纸价格相对便宜，适合低成本、大批量使用。

2 基于NFC的农产品溯源系统

农产品溯源系统是一个为各种农产品提供产品溯源、质量监控和品牌推广的平台。其主要功能是将生产供应链的各个环节的信息公开共享给消费者，消除消费者对农产品质量安全的疑虑。此平台面向的对象主要有进行农产品的生产、加工、物流与销售等环节的企业，质量监管部门，最终消费者。

2.1 基于NFC的农产品溯源系统的追溯流程

在农产品溯源系统中，农产品的信息数据在其生产供应链中各个环节产生，并由相应环节采集、添加到系统中。农产品的生产供应链包含了农产品从生产到销售的所有环节，主要有：生产、加工包装、物流仓储、销售超市等环节。根据供应链，可建立溯源系统的追溯的信息模型，如图1所示。

图1 农产品供应链及溯源系统的信息模型

在信息模型中的每个环节上，都要对农产品的处理信息进行记录，以保证可以进行全程追溯。消费者通过查询追溯得到这些数据，以了解产品的详细信息。这些数据也是监管机构对整个生产与供应流程进行监管的主要对象。

2.2 基于NFC的溯源系统的架构设计

基于NFC的农产品溯源系统的系统架构主要由数据采集、监管、溯源查询、质量安全数据中心等部分构成，如图2所示。其中数据采集负责对各环节产生的信息进行收集上传到质量安全数据中心，监管机构负责对生产供应链的各环节的操作流程进行监管，对产品进行抽样检查，以确保产品的质量。

图2 农产品溯源系统架构

3 基于NFC的溯源系统的关键技术

3.1 NFC标签及产品标识

在溯源系统中产品标识是供应链中各环节根据企业编号、农产品类型、日期、批次等参数综合生成，产品标识在溯源系统是唯一的，并由企业写入到NFC标签中。生产供应链各环节需要以产品标识为对象，将农产品在本环节处理流程中的关键信息上传到质量安全数据库。产品标识是农产品溯源的唯一追溯码。

用来存放产品标识的NFC标签的形式有多种多样，既有支持一次性写入的，也有支持简单的读写操作的，还有一些复杂的NFC标签，例如，通过硬件加密的方式限制对某一区域的访问。用于溯源系统的可以选择贴纸式一次性写入的NFC标签，因为其价格低廉，可以在任意平面或曲面上使用。

3.2 农产品溯源数据采集和数据管理

产品溯源就是对生产供应链各环节采集的数据进行查询以了解产品的生产物流的详细过程，所以数据采集是整个溯源系统的基础。基于NFC的数据采集就是使用支持NFC的手机、平板或专用读取设备上的数据采集App，读取NFC标签的产品标识，将相关环节的具体参数上传到数据库的过程。

数据的采集与上传，是受权限限制的，只有企业用户才拥有数据的采集与上传权限，且只能对生产供应链上本企业所在环节进行数据采集与上传权限。

各环节数据采集参数的设置，必须要能反映本环节的主要指标。比如，在生产企业中除了企业的基本信息之外，还有农产品的品种（种子）名称、产品基本介绍、产品认证信息、生产地点、生长期图片以及随时可查看的现场视频、生产环境数据、肥料使用记录、农药使用记录、采摘日期、采摘人员等等。包装环节的信息主要可以有包装形式、日期、包装人员等。物流环节包括运输车辆信息、日期等。仓储与销售环节的主要信息有入库时间、出库时间、仓储环境参数，卖场信息、日期等。

图3 数据信息链

供应链各环节上传信息到质量安全数据库，并形成一个完整的数据信息库，如图3所示。

3.3 基于NFC的溯源App

基于NFC的溯源App，安装在支持NFC的移动设备（如手机、平板等）上，供应链企业可以向NFC标签写入产品标识，终端用户通过读取NFC标签内的产品标识，并以此为追溯码，并按照图3的信息链向上溯源到关于此产品的所有信息。

Android系统中对NFC标签的操作有标签分发方式和前台分发方式二种机制。标签分发方式是标签主导，在非锁屏状态下NFC适配器扫描到NFC标签时，将标签中的负载数据和标签类型封装到Intent，根据不同的Internt启动相应的应用程序来处理这张标签。前台分发方式是由App起主导作用，在Activity主动扫描，并拦截Intent。相当于在标签分发的基础上加一层过滤，避免弹出Activity列表给用户选择。

NFC标签的读取与溯源。首先，获取NfcAdapter对象；其次，获取NdefMessage信息，对NdefMessage对象进行解析，获取相关的文本信息（然后产品标识）。然后，根据产品标识对产品信息进行溯源查询与展示。

NFC标签的写入操作。首先，获取NfcAdapter对象与Tag对象，并通过Tag创建Ndef对象；其次，将要写入标签的数据（产品标识）封装成NdefMessage；然后，建立与标签连接，调用ndef.writeNdefMessage(NdefMessage)方法将数据写入。

4 结语

本文分析了NFC技术的特点，提出基于NFC的农产品溯源系统的信息模型与系统设计，并对其关键技术进行了深入的分析与研究。相比RFID与二维码的溯源技术，基于手机NFC的溯源技术不仅解决了RFID专用读写器的问题，也避开了二维码标签的易污损、读取速率慢的问题，在实际使用上更加便捷。

[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.有机蔬菜质量控制及可追溯体系研究综述[J].吉林农业科学,2010,35(3):51-56.

[3]白红武,孙爱军,陈东等.基于物联网的农产品质量安全溯源系统[J].江苏农业学报,2013,29(2):415～420.

[4]马奕颜,郭波莉,魏益民,赵海燕.植物源性食品原产地溯源技术研究进展[J].食品科学,2014,35(5):246-249.

[5]李永彬,张立新,胡蓉.基于RFID的棉种质量安全溯源系统的构架与分析[J].中国农业科技导报,2014,16(1):91-97.

[6]刘越畅,陈世文,冯进达.基于贝叶斯网络的蔬菜质量安全溯源与预警[J].广东农业科学,2012,20:188-190.

[7]蒲皎月,张海辉.基于RFID技术的中小型企业蔬菜溯源系统设计[J].农机化研究,2015,4:207-210.

[8]李彪,蒋平安,宁松瑞等.基于RFID和二维码技术的新疆哈密瓜溯源系统[J].农机化研究,2014,8:196-200.

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

[10]石旭东.基于Android平台的NFC技术的研究与实现[J].软件,2013,34(1):64-68.

[11]胡星波,晏渭川.基于Android的NFC实现与应用[J].电视技术,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

李学锋（1968-），男，湖北随州人，本科，讲师，研究方向为计算机网络物联网

2016-10-11

2016-12-15

赵雪平（1993-），女，湖北宜城人，本科生，研究方向为物联网