RFID系統(tǒng)的工作原理及在動(dòng)物食品安全可溯源系統(tǒng)中的應(yīng)用

近幾年發(fā)生的震驚世界的瘋牛病、二惡英中毒、瘦肉精等社會(huì)公共事件，不僅給人類帶來(lái)無(wú)法估量的災(zāi)難和經(jīng)濟(jì)損失，而且使得動(dòng)物性食品安全問(wèn)題成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題之一。加強(qiáng)對(duì)動(dòng)物性食品安全的監(jiān)督管理工作，盡快解決動(dòng)物性食品安全中存在的問(wèn)題，已成為當(dāng)前一項(xiàng)十分緊迫的任務(wù)。目前各畜牧養(yǎng)殖場(chǎng)都在尋找和采取各種手段加強(qiáng)對(duì)動(dòng)物的識(shí)別和跟蹤管理，以提高自身產(chǎn)品的價(jià)值和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

在20世紀(jì)以前人們通過(guò)在動(dòng)物身上烙印來(lái)識(shí)別動(dòng)物，后來(lái)又通過(guò)條形碼標(biāo)簽對(duì)動(dòng)物進(jìn)行管理。前者由于存在對(duì)動(dòng)物虐待的問(wèn)題，因此應(yīng)用越來(lái)越少；后者雖然成本低，但是，要將閱讀器放在條形碼標(biāo)簽上，才能識(shí)別動(dòng)物編號(hào)，所以不適用于全自動(dòng)化的跟蹤管理過(guò)程。無(wú)線射頻識(shí)別（radio frequency Identification，簡(jiǎn)稱RFID）是一種非接觸的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它不僅具有條形碼所不具備的防水、防磁、耐高溫、使用壽命長(zhǎng)、讀取距離大、標(biāo)簽上數(shù)據(jù)可以加密、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)容量更大、存儲(chǔ)信息可更改等優(yōu)點(diǎn)，而且是唯一可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)識(shí)別多個(gè)目標(biāo)的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。因此將RFID技術(shù)應(yīng)用到動(dòng)物食品安全監(jiān)管中成為一種發(fā)展趨勢(shì)。

1 RFID技術(shù)

1.1 RFID系統(tǒng)組成

應(yīng)用RFID技術(shù)組成的自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)稱為RFID系統(tǒng)。RFID系統(tǒng)主要由3部分組成：

（1）射頻卡（tag，也叫電子標(biāo)簽）：由耦合元件及芯片組成，標(biāo)簽含有內(nèi)置天線，用于和射頻天線間進(jìn)行通信。

（2）閱讀器（reader，也叫讀寫器）：讀取電子標(biāo)簽信息的設(shè)備。

（3）計(jì)算機(jī)：進(jìn)行數(shù)據(jù)管理。RFID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1。

1．2 RFID系統(tǒng)工作原理

閱讀器通過(guò)發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號(hào)，當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入發(fā)射天線工作區(qū)域時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流，電子標(biāo)簽獲得能量被激活；電子標(biāo)簽將自身編碼等信息通過(guò)卡內(nèi)置發(fā)送天線發(fā)送出去；系統(tǒng)接收天線接收到從電子標(biāo)簽發(fā)送來(lái)的載波信號(hào)，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到閱讀器，閱讀器對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解碼然后送到后臺(tái)主系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理；主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運(yùn)算判斷該卡的合法性，針對(duì)不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。

1．3 電子標(biāo)簽的分類

電子標(biāo)簽（tag）是射頻識(shí)別系統(tǒng)真正的數(shù)據(jù)載體，tag具有智能讀寫和加密通訊的功能，它的基本構(gòu)成是由IC芯片和一些外圍元件組成。依據(jù)電子標(biāo)簽供電方式的不同，電子標(biāo)簽可以分為有源標(biāo)簽（active tag）和無(wú)源標(biāo)簽（passive tag），有源標(biāo)簽內(nèi)裝有電池，無(wú)源標(biāo)簽內(nèi)沒(méi)有裝電池。按照能量供給方式，RFID系統(tǒng)分為有源與無(wú)源；按照工作頻率，RFID系統(tǒng)有低頻、中頻、高頻、超高頻、微波射頻等幾種 。

2 基于RFID技術(shù)的動(dòng)物食品安全可溯源系統(tǒng)

動(dòng)物食品安全可溯源系統(tǒng)在動(dòng)物食品安全控制中的應(yīng)用，不僅包括對(duì)動(dòng)物從出生到進(jìn)入屠宰場(chǎng)整個(gè)飼養(yǎng)過(guò)程（飼養(yǎng)管理、獸醫(yī)預(yù)防、疾病治療、飼料使用）的記錄與監(jiān)控，還包括畜產(chǎn)品進(jìn)入消費(fèi)市場(chǎng)（超市等）后，消費(fèi)者可通過(guò)每一頭動(dòng)物的唯一識(shí)別碼，查詢?cè)搫?dòng)物產(chǎn)品的整個(gè)飼養(yǎng)、屠宰、加工和流通過(guò)程。

實(shí)施動(dòng)物食品安全可溯源系統(tǒng)有利于畜產(chǎn)品質(zhì)量的安全與健康保障。一方面它可以確保任一有質(zhì)量安全隱患的被指定目標(biāo)退出市場(chǎng)，便于對(duì)有害食品實(shí)行“召回制度”。同時(shí)也對(duì)畜產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)的行為進(jìn)行防范，防止企業(yè)有故意隱瞞的行為，督促企業(yè)及早采取措施，盡可能地將缺陷產(chǎn)品對(duì)民眾安全造成的損害降到最低。另一方面也可以給消費(fèi)者及相關(guān)機(jī)構(gòu)提供信息，及時(shí)避免混亂的擴(kuò)大。

動(dòng)物食品安全可溯源系統(tǒng)構(gòu)成包括硬件構(gòu)成與軟件構(gòu)成兩部分。

2．1 硬件構(gòu)成

針對(duì)動(dòng)物養(yǎng)殖過(guò)程的特點(diǎn)，本系統(tǒng)選用有源的電子標(biāo)簽，這樣可以使識(shí)別距離達(dá)到50 m范圍，在養(yǎng)殖區(qū)域內(nèi)通過(guò)配套的讀寫器，即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速讀取。無(wú)須動(dòng)物集中到專用的識(shí)別通道，可減少動(dòng)物因驅(qū)趕而出現(xiàn)的應(yīng)激反應(yīng)。動(dòng)物食品安全可溯源系統(tǒng)硬件由計(jì)算機(jī)、電子標(biāo)簽、讀寫器等組成，本系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2 所示。

在動(dòng)物食品安全可溯源系統(tǒng)中，射頻標(biāo)簽和讀寫器通過(guò)天線磁場(chǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的相互傳輸，根據(jù)養(yǎng)殖場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用需要，其它傳感器也可以應(yīng)用到本系統(tǒng)。比如自動(dòng)飼喂系統(tǒng)的稱料傳感器可以將動(dòng)物進(jìn)食數(shù)據(jù)傳人計(jì)算機(jī)，本系統(tǒng)讀寫器與計(jì)算機(jī)之間的通信可采用RS232／485接口，或者USB接口，計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)調(diào)制解調(diào)之后，與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心之間的通信方式根據(jù)企業(yè)情況可以采用GSM，DDN，或者PSDN方式都能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞和鏈接功能。

2．2 軟件構(gòu)成

要確保高質(zhì)量的食品安全信息交流，徹底實(shí)現(xiàn)在食品的生產(chǎn)、加工、流通各環(huán)節(jié)100％ 的追蹤及完全的透明度。再結(jié)合動(dòng)物從出生、養(yǎng)殖、屠宰到銷售的整個(gè)流程，動(dòng)物食品安全可溯源系統(tǒng)軟件的總體框圖如圖3所示。

（1）養(yǎng)殖場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心

動(dòng)物的飼養(yǎng)是整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中周期最長(zhǎng)的一個(gè)環(huán)節(jié)。與家畜身份有關(guān)的檔案有家畜身份標(biāo)識(shí)編碼、進(jìn)出場(chǎng)日期，養(yǎng)殖戶信息等；根據(jù)分析，養(yǎng)殖階段主要對(duì)獸藥、飼料、免疫情況進(jìn)行記錄和監(jiān)測(cè)。具體結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

（2）屠宰場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心屠宰階段是整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中最復(fù)雜的一個(gè)環(huán)節(jié)，時(shí)間短，環(huán)節(jié)多。該環(huán)節(jié)信息要與養(yǎng)殖場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)中心數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)接，再加上屠宰記錄：屠宰廠信息、進(jìn)出屠宰場(chǎng)時(shí)間，檢疫合格證明信息、以及相關(guān)檢疫人員姓名等。根據(jù)分析，屠宰階段主要對(duì)生豬的運(yùn)輸、生豬檢疫、豬肉檢驗(yàn)、屠宰環(huán)境、以及豬肉的運(yùn)輸進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)違規(guī)現(xiàn)象預(yù)警。具體結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

（3）肉類加工廠網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心該部分主要是在養(yǎng)殖場(chǎng)和屠宰場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，增加加工廠信息、進(jìn)出加工廠時(shí)間和產(chǎn)品保質(zhì)期等相關(guān)信息即可。

（4）物流與分銷網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心該部分主要是對(duì)歷史記錄的查詢，需要記錄的信息不是太多。關(guān)鍵是與其它網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心的聯(lián)接，以及相應(yīng)的信息轉(zhuǎn)換對(duì)應(yīng)關(guān)系。比如：條碼與標(biāo)簽信息的轉(zhuǎn)換關(guān)系。

這4個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)最終通過(guò)一個(gè)總的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行鏈接和相關(guān)的管理。不同網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心可以通過(guò)家畜身份標(biāo)識(shí)編碼進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的鏈接查詢。

整個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)采用C／S技術(shù)，數(shù)據(jù)庫(kù)使用SQL Server 2000處理系統(tǒng)內(nèi)部事務(wù)。前段開(kāi)發(fā)平臺(tái)采用Visual C#．NET設(shè)計(jì)，系統(tǒng)采用多線程技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)養(yǎng)殖場(chǎng)內(nèi)RFID標(biāo)簽讀寫器使用狀況的檢測(cè)。

3 小結(jié)

我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，畜產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的流通領(lǐng)域中具有重要的地位。在動(dòng)物食品安全可溯源系統(tǒng)中應(yīng)用RFID技術(shù)，將會(huì)確保在食品的生產(chǎn)、加工、流通等各環(huán)節(jié)高質(zhì)量的食品信息及數(shù)據(jù)交流，對(duì)徹底實(shí)現(xiàn)食品的“源頭” 追蹤和提供食品安全的透明化管理提供技術(shù)支撐，從而大大提高畜產(chǎn)品的質(zhì)量管理能力、物流管理能力以及國(guó)際貿(mào)易中的競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)也有利于規(guī)范和凈化畜產(chǎn)品市場(chǎng) 。

盡管在動(dòng)物食品安全可溯源系統(tǒng)中應(yīng)用RFID技術(shù)有很多的優(yōu)勢(shì)和便利之處，但目前仍有一些問(wèn)題需要注意和解決。首先統(tǒng)一物品編碼問(wèn)題及頻段問(wèn)題。如果編碼不統(tǒng)一，或者是食品供應(yīng)鏈上的頻段不統(tǒng)一，勢(shì)必給讀寫、查詢、跟蹤、追溯帶來(lái)很大的不便。其次是成本問(wèn)題。如果要做到單件產(chǎn)品不論豬肉、牛肉、雞蛋都貼有RFID標(biāo)簽，勢(shì)必要求tag價(jià)格非常低。本系統(tǒng)采用的有源電子標(biāo)簽，采用進(jìn)口的主芯片，相對(duì)價(jià)格較高，不適合小型動(dòng)物（比如雞、鴨）使用。

盡管RFID在食品安全領(lǐng)域的規(guī)?；瘧?yīng)用還有一段路要走，但隨著數(shù)字信息技術(shù)的快速發(fā)展，以RFID為標(biāo)識(shí)手段，使用全球統(tǒng)一標(biāo)識(shí)的編碼體系，結(jié)合“危害分析與關(guān)鍵控制點(diǎn)（HACCP）”，應(yīng)用于動(dòng)物食品安全可溯源系統(tǒng)，必可為食品安全的控制和監(jiān)管更好地服務(wù)，為消費(fèi)者提供更加安全、放心的食品。