基于RFID技術(shù)的動(dòng)物食品安全可溯源系統研究

　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(lèi)帶來(lái)無(wú)法估量的災難和經(jīng)濟損失，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。加強對動(dòng)物性食品安全的監督管理工作，盡快解決動(dòng)物性食品安全中存在的問(wèn)題，已成為當前一項十分緊迫的任務(wù)。目前各畜牧養殖場(chǎng)都在尋找和采取各種手段加強對動(dòng)物的識別和跟蹤管理，以提高自身產(chǎn)品的價(jià)值和市場(chǎng)競爭力。

　　在20世紀以前人們通過(guò)在動(dòng)物身上烙印來(lái)識別動(dòng)物，后來(lái)又通過(guò)條形碼標簽對動(dòng)物進(jìn)行管理。前者由于存在對動(dòng)物虐待的問(wèn)題，因此應用越來(lái)越少；后者雖然成本低，但是，要將閱讀器放在條形碼標簽上，才能識別動(dòng)物編號，所以不適用于全自動(dòng)化的跟蹤管理過(guò)程。無(wú)線(xiàn)射頻識別(radio frequency Identification，簡(jiǎn)稱(chēng)RFID)是一種非接觸的自動(dòng)識別技術(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(cháng)、讀取距離大、標簽上數據可以加密、存儲數據容量更大、存儲信息可更改等優(yōu)點(diǎn)，而且是唯一可以實(shí)現同時(shí)識別多個(gè)目標的自動(dòng)識別技術(shù)。因此將RFID技術(shù)應用到動(dòng)物食品安全監管中成為一種發(fā)展趨勢。

1 RFID技術(shù)

1.1 RFID系統組成

　　應用RFID技術(shù)組成的自動(dòng)識別系統稱(chēng)為RFID系統。RFID系統主要由3部分組成：

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

　　(2)閱讀器(reader，也叫讀寫(xiě)器)：讀取電子標簽信息的設備。

　　(3)計算機：進(jìn)行數據管理。RFID系統結構圖如圖1。

圖1 RFID系統結構圖
Fig、1 Structure ofRFID system
1．2 RFID系統工作原理

　　閱讀器通過(guò)發(fā)射天線(xiàn)發(fā)送一定頻率的射頻信號，當電子標簽進(jìn)入發(fā)射天線(xiàn)工作區域時(shí)產(chǎn)生感應電流，電子標簽獲得能量被激活；電子標簽將自身編碼等信息通過(guò)卡內置發(fā)送天線(xiàn)發(fā)送出去；系統接收天線(xiàn)接收到從電子標簽發(fā)送來(lái)的載波信號，經(jīng)天線(xiàn)調節器傳送到閱讀器，閱讀器對接收的信號進(jìn)行解調和解碼然后送到后臺主系統進(jìn)行相關(guān)處理；主系統根據邏輯運算判斷該卡的合法性，針對不同的設定做出相應的處理和控制，發(fā)出指令信號控制執行機構動(dòng)作。

1．3 電子標簽的分類(lèi)

　　電子標簽(tag)是射頻識別系統真正的數據載體，tag具有智能讀寫(xiě)和加密通訊的功能，它的基本構成是由IC芯片和一些外圍元件組成。依據電子標簽供電方式的不同，電子標簽可以分為有源標簽(active tag)和無(wú)源標簽(passive tag)，有源標簽內裝有電池，無(wú)源標簽內沒(méi)有裝電池。按照能量供給方式，RFID系統分為有源與無(wú)源；按照工作頻率，RFID系統有低頻、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

　　動(dòng)物食品安全可溯源系統在動(dòng)物食品安全控制中的應用，不僅包括對動(dòng)物從出生到進(jìn)入屠宰場(chǎng)整個(gè)飼養過(guò)程(飼養管理、獸醫預防、疾病治療、飼料使用)的記錄與監控，還包括畜產(chǎn)品進(jìn)入消費市場(chǎng)(超市等)后，消費者可通過(guò)每一頭動(dòng)物的唯一識別碼，查詢(xún)該動(dòng)物產(chǎn)品的整個(gè)飼養、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退出市場(chǎng)，便于對有害食品實(shí)行“召回制度”。同時(shí)也對畜產(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)品對民眾安全造成的損害降到最低。另一方面也可以給消費者及相關(guān)機構提供信息，及時(shí)避免混亂的擴大。
動(dòng)物食品安全可溯源系統構成包括硬件構成與軟件構成兩部分。

2．1 硬件構成

　　針對動(dòng)物養殖過(guò)程的特點(diǎn)，本系統選用有源的電子標簽，這樣可以使識別距離達到50 m范圍，在養殖區域內通過(guò)配套的讀寫(xiě)器，即可實(shí)現數據的快速讀取。無(wú)須動(dòng)物集中到專(zhuān)用的識別通道，可減少動(dòng)物因驅趕而出現的應激反應。動(dòng)物食品安全可溯源系統硬件由計算機、電子標簽、讀寫(xiě)器等組成，本系統硬件結構圖如圖2 所示。

圖2 動(dòng)物食品安全可追溯系統硬件結構
Fig．2 Hardware framework of animal
food safety traceability system
　　在動(dòng)物食品安全可溯源系統中，射頻標簽和讀寫(xiě)器通過(guò)天線(xiàn)磁場(chǎng)進(jìn)行數據的相互傳輸，根據養殖場(chǎng)的實(shí)際應用需要，其它傳感器也可以應用到本系統。比如自動(dòng)飼喂系統的稱(chēng)料傳感器可以將動(dòng)物進(jìn)食數據傳人計算機，本系統讀寫(xiě)器與計算機之間的通信可采用RS232／485接口，或者USB接口，計算機中的數據經(jīng)過(guò)調制解調之后，與網(wǎng)絡(luò )數據中心之間的通信方式根據企業(yè)情況可以采用GSM，DDN，或者PSDN方式都能實(shí)現數據傳遞和鏈接功能。

2．2 軟件構成

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

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圖3 動(dòng)物食品安全可溯源系統軟件框圖
Fig．3 Software framework of animal food safety traceability system
　　(1)養殖場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )數據中心

　　動(dòng)物的飼養是整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中周期最長(cháng)的一個(gè)環(huán)節。與家畜身份有關(guān)的檔案有家畜身份標識編碼、進(jìn)出場(chǎng)日期，養殖戶(hù)信息等；根據分析，養殖階段主要對獸藥、飼料、免疫情況進(jìn)行記錄和監測。具體結構圖如圖4所示。

圖4 養殖場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )數據中心結構圖
Fig．4 Framework of the network
data center in breeding farms
　　(2)屠宰場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )數據中心屠宰階段是整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中最復雜的一個(gè)環(huán)節，時(shí)間短，環(huán)節多。該環(huán)節信息要與養殖場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )中心數據進(jìn)行聯(lián)接，再加上屠宰記錄：屠宰廠(chǎng)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。根據分析，屠宰階段主要對生豬的運輸、生豬檢疫、豬肉檢驗、屠宰環(huán)境、以及豬肉的運輸進(jìn)行監測，對違規現象預警。

　　具體結構圖如圖5所示。

圖5 屠宰場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )數據中心結構圖
Fig．5 Framework of the netw ork
data center in slaughterhouse

　　(3)肉類(lèi)加工廠(chǎng)網(wǎng)絡(luò )數據中心該部分主要是在養殖場(chǎng)和屠宰場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )數據的基礎上，增加加工廠(chǎng)信息、進(jìn)出加工廠(chǎng)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(xiāo)網(wǎng)絡(luò )數據中心該部分主要是對歷史記錄的查詢(xún)，需要記錄的信息不是太多。關(guān)鍵是與其它網(wǎng)絡(luò )數據中心的聯(lián)接，以及相應的信息轉換對應關(guān)系。比如：條碼與標簽信息的轉換關(guān)系。

　　這4個(gè)網(wǎng)絡(luò )數據中心的數據最終通過(guò)一個(gè)總的數據庫進(jìn)行鏈接和相關(guān)的管理。不同網(wǎng)絡(luò )數據中心可以通過(guò)家畜身份標識編碼進(jìn)行相關(guān)數據的鏈接查詢(xún)。

　　整個(gè)系統平臺采用C／S技術(shù)，數據庫使用SQL Server 2000處理系統內部事務(wù)。前段開(kāi)發(fā)平臺采用Visual C#．NET設計，系統采用多線(xiàn)程技術(shù)，可以實(shí)現對養殖場(chǎng)內RFID標簽讀寫(xiě)器使用狀況的檢測。

3 小結

　　我國是一個(gè)農業(yè)大國，畜產(chǎn)品在國內外市場(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中應用RFID技術(shù)，將會(huì )確保在食品的生產(chǎn)、加工、流通等各環(huán)節高質(zhì)量的食品信息及數據交流，對徹底實(shí)現食品的“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際貿易中的競爭力。同時(shí)也有利于規范和凈化畜產(chǎn)品市場(chǎng) 。

　　盡管在動(dòng)物食品安全可溯源系統中應用RFID技術(shù)有很多的優(yōu)勢和便利之處，但目前仍有一些問(wèn)題需要注意和解決。首先統一物品編碼問(wèn)題及頻段問(wèn)題。如果編碼不統一，或者是食品供應鏈上的頻段不統一，勢必給讀寫(xiě)、查詢(xún)、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標簽，勢必要求tag價(jià)格非常低。本系統采用的有源電子標簽，采用進(jìn)口的主芯片，相對價(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?；瘧眠€有一段路要走，但隨著(zhù)數字信息技術(shù)的快速發(fā)展，以RFID為標識手段，使用全球統一標識的編碼體系，結合“危害分析與關(guān)鍵控制點(diǎn)(HACCP)”，應用于動(dòng)物食品安全可溯源系統，必可為食品安全的控制和監管更好地服務(wù)，為消費者提供更加安全、放心的食品。