以自主研發(fā)的條碼溯源電子秤為信息采集基礎、以交易信息數據庫為管理核心、以手機掃描二維條碼為追溯 手段,構建了社區菜店交易管理與追溯系統框架。條碼溯源電子秤在集成相關(guān)模塊的基礎上，實(shí)現了產(chǎn)品稱(chēng)量、身 份驗證、標簽打印和數據上傳等功能。在突破電子秤數據傳輸與解析技術(shù)、改進(jìn)包含多條信息的手機掃描二維條 碼追溯識別技術(shù)的基礎上，實(shí)現了社區菜店交易管理與追溯系統。通過(guò)搭建模擬環(huán)境，對連接多臺電子秤的數據 傳輸穩定性、手機掃描二維條碼追溯進(jìn)行了測試。結果表明，無(wú)論是實(shí)時(shí)傳輸方式還是集中傳輸方式,其傳輸成功 率均在99%以上;隨著(zhù)標簽中產(chǎn)品數量的增加，不同像素的手機識別速度和識別成功率均存在不同程度的下降趨 勢,其中800萬(wàn)像素的手機在識別速度上具有明顯優(yōu)勢。

引言

“農民賣(mài)菜難”和“居民買(mǎi)菜貴”是目前農產(chǎn)品 流通與銷(xiāo)售中面臨的主要問(wèn)題之。通過(guò)建立 社區菜店集中組織農產(chǎn)品進(jìn)社區，對于減少流通環(huán) 節、降低流通成本、保障供應、增加便利都有積極作 用，是解決“賣(mài)難買(mǎi)難”的有效手段。

質(zhì)量安全保障是社區菜店深入推廣中面臨的核 心問(wèn)題，且社區菜店直接面向終端消費者,提供便利 的質(zhì)量安全信息查詢(xún)方式也是提升社區菜店形象的 重要途徑。農產(chǎn)品追溯系統是促進(jìn)生產(chǎn)信息透明 化,提高農產(chǎn)品質(zhì)量安全,增加農產(chǎn)品市場(chǎng)競爭力的 重要措施3。隨著(zhù)信息與裝備技術(shù)的不斷發(fā)展，結 合硬件設備進(jìn)行信息采集和軟件系統進(jìn)行信息管理 已成為增強追溯能力的有效手段。

與大型超市、農貿市場(chǎng)等經(jīng)營(yíng)管理方式不同，社 區菜店由于規模小、人員少、場(chǎng)地有限、流動(dòng)性大,投 入服務(wù)器、計算機、條碼打印機等普通硬件設備進(jìn)行 信息化管理與追溯存在著(zhù)較大難度，因此迫切需要 占用空間小、操作簡(jiǎn)便、成本低廉的一體化設備。本 研究以條碼溯源電子秤為核心,構建社區菜店交易 信息管理與追溯系統,實(shí)現交易信息采集、交易管理 分析、產(chǎn)品質(zhì)量追溯等功能,探索可推廣應用的社區 菜店追溯模式。

1.整體架構

社區菜店交易信息管理與追溯系統以條碼溯源 電子秤為信息采集基礎，以交易信息數據庫為管理 核心，以手機掃描二維條碼為追溯手段。整體包括 3層結構,在社區菜店部署條碼溯源電子秤,根據店 面大小及交易量確定合適的電子秤數量，實(shí)現產(chǎn)品 稱(chēng)量、追溯碼打印、交易身份驗證等功能，交易的質(zhì) 量、價(jià)格及追溯碼信息通過(guò)WiFi/GPRS/3G等網(wǎng)絡(luò ) 方式無(wú)線(xiàn)傳輸到社區菜店管理中心；在社區菜店管 理中心部署數據庫，將各交易門(mén)店上傳的數據進(jìn)行 匯聚,開(kāi)發(fā)交易管理系統，實(shí)現電子秤管理、交易門(mén) 店管理、交易信息統計等功能,并為追溯提供數據基 礎;在消費者端實(shí)現產(chǎn)品追溯，開(kāi)發(fā)基于手機掃描二 維條碼的應用，可實(shí)現直接掃描追溯基本信息和手 機上網(wǎng)追溯詳細信息。其應用框架如圖1所示。

2.條碼溯源電子秤

2.1硬件結構

在充分考慮社區菜店經(jīng)營(yíng)規模小、網(wǎng)絡(luò )基礎條 件差、交易時(shí)間集中等特征，本文研發(fā)了集產(chǎn)品稱(chēng) 量、身份識別、無(wú)線(xiàn)數據傳輸、追溯標簽打印于一體的條碼溯源電子秤。其硬件結構如圖2所示。

基于功耗低、性能穩定、擴展性強的原則，條碼 溯源電子秤采用模塊化的設計方案。以LPC1766 芯片為硬件核心，稱(chēng)量單元采用梅特勒托利多 MT1401型稱(chēng)量傳感器,配合使用電子秤專(zhuān)用的24位 A/D轉換芯片HX711 ； RFID模塊采用SLRC400 射頻芯片，通過(guò)串口與LPC1766進(jìn)行通信；GPS定 位系統采用Gstar GS-216型GPS接收機模塊,該接 收器定位精度可以達到10 m; WiFi部分采用 BCM8000模塊作為構建實(shí)時(shí)通信系統的接入設備, 其滿(mǎn)足802. 11B/G標準,具備UART、SPI、USB等多 種通信接口，支持STA和AP兩種組網(wǎng)模式。

2.2設備功能

條碼溯源電子秤在集成相關(guān)模塊的基礎上，實(shí) 現了產(chǎn)品稱(chēng)量、身份驗證、標簽打印和數據上傳等功 能。具體功能如下：

產(chǎn)品稱(chēng)量：質(zhì)量傳感器信號經(jīng)A/D轉換生 成質(zhì)量信息，用戶(hù)通過(guò)PLU (Price look up)預置商品 信息關(guān)聯(lián)產(chǎn)品單價(jià),并自動(dòng)計算商品總價(jià),完成產(chǎn)品 稱(chēng)量計價(jià)。電子秤PLU信息存儲在內部存儲芯片 當中，通過(guò)產(chǎn)品編碼與產(chǎn)品名稱(chēng)相關(guān)聯(lián)。PLU信息 的設置通過(guò)更新存儲芯片中的數據完成。

身份驗證：用于交易操作者的驗證。每個(gè) RFID卡具有唯一編碼，電子秤通過(guò)集成RFID讀寫(xiě)模塊讀取該編碼。為了完成操作者的身份驗證，將 授權的RFID卡的編碼與社區菜店店號相關(guān)聯(lián)，并 存儲到電子秤程序中。社區菜店店號又與電子秤內 置的IP相關(guān)聯(lián)，電子秤通過(guò)判斷RFID模塊讀入的 當前編碼是否與電子秤IP相對應,實(shí)現用戶(hù)身份合 法性的驗證。驗證通過(guò)后電子秤進(jìn)入稱(chēng)量狀態(tài)。

標簽打?。翰捎贸行∑钡男问?/span>,將每次交 易的一種或多種農產(chǎn)品的名稱(chēng)、單價(jià)、數量、總價(jià)等 信息打印到標簽上,并將每種產(chǎn)品的名稱(chēng)、追溯號及 追溯網(wǎng)址存入二維條碼中，通過(guò)打印模塊將標簽打 印出來(lái)。追溯標簽樣例如圖3所示。

數據上傳:交易完成后，交易信息以數據包 格式通過(guò)指定通信方式發(fā)送到數據庫服務(wù)器，實(shí)現 交易數據的上傳。

3.交易管理系統

3.1電子秤數據傳輸與解析

電子秤與交易管理系統之間的數據傳輸采用基 于多線(xiàn)程的 socket 通信技術(shù)，電子秤信息管理系統 作為 socket 的服務(wù)器端，電子秤作為客戶(hù)端。

這種 通信方式下，每臺電子秤被分配唯一的IP,并與秤 號相關(guān)聯(lián)。多臺電子秤同時(shí)連接到交易管理系統 時(shí),通過(guò)多線(xiàn)程的方式建立連接,采取并行的方式實(shí) 現實(shí)時(shí)通信,保證多臺電子秤的真實(shí)稱(chēng)量數據互不 干擾。通信數據包括2部分，一是交易管理系統向 電子秤下發(fā)的信息，另一部分是電子秤上傳交易數 據。交易管理系統每天定時(shí)向電子秤下發(fā)信息，在 下發(fā)操作開(kāi)始之前，所有電子秤開(kāi)機進(jìn)入初始化狀 態(tài),等待接收數據。管理員在交易管理系統選擇待 更新的電子秤IP,在連接成功后將更新文件下發(fā)至 目標電子秤。電子秤成功接收并覆蓋原文件后，向 交易管理系統返回成功信息，至此，電子秤數據更新 完成。其流程如圖4a所示。

在電子秤上傳交易數據階段，當有任意一臺電 子秤與管理系統通信時(shí)，即可以建立連接并進(jìn)行通 信,啟動(dòng)接收程序，同時(shí)系統通過(guò)數據處理線(xiàn)程對所 接收到的數據進(jìn)行解析存儲等操作。服務(wù)器接收數 據包括社區菜店編號、產(chǎn)品名稱(chēng)、交易單價(jià)、交易質(zhì)量、 交易總價(jià)、交易時(shí)間、傳輸狀態(tài)等信息,字段間由逗號 分隔,在進(jìn)行系統解析時(shí),按照已規定的數據格式對數 據進(jìn)行拆分、解析、存儲操作。其流程如圖4b所示。

社區菜店所售農產(chǎn)品的生產(chǎn)、物流等信息通過(guò) 課題組前期研發(fā)的生產(chǎn)管理系統、物流配送管理系 統等采集。到達社區菜店待銷(xiāo)售的每批產(chǎn)品 均有批次號,在參照已有編碼并結合實(shí)際需求的 基礎上,確定批次號由生產(chǎn)企業(yè)所在郵政編碼、生產(chǎn)企業(yè)下屬基地流水編碼、產(chǎn)品編碼和生產(chǎn)日期編碼 組成。在每天銷(xiāo)售開(kāi)始之前，將批次號連同PLU信 息通過(guò)管理系統下發(fā)給電子秤，這些信息保存在電 子秤的內部存儲器當中。在交易時(shí)，電子秤根據所 選擇產(chǎn)品名稱(chēng)調用批次號，獲取產(chǎn)地、運輸信息，并 將這些信息與當前交易信息融合,生成追溯碼，同時(shí) 將追溯碼與批次號關(guān)聯(lián)，最終通過(guò)追溯碼即可追溯 出生產(chǎn)、物流等信息。

3.2包含多條信息的手機掃描二維條碼追溯識別 改進(jìn)

由于在社區菜店進(jìn)行交易時(shí),經(jīng)常存在一個(gè)顧 客購買(mǎi)多種產(chǎn)品的情況,研究中采用超市小票的方 式將追溯二維條碼打印到交易小票上，這就存在著(zhù) 一張交易小票的二維條碼中可能存在多種產(chǎn)品的追 溯號。而手機掃描二維條碼是實(shí)現產(chǎn)品追溯的便捷 方式,課題組前期通過(guò)構建“二維條碼圖像采集一 圖像預處理一條碼識別一二維條碼追溯”流程，實(shí) 現了基于智能手機的單品條碼追溯。本研究重 點(diǎn)實(shí)現單個(gè)二維條碼中含有多個(gè)產(chǎn)品追溯號的掃描 追溯的改進(jìn),重點(diǎn)有2步，即在打印條碼時(shí)采用適當 的分隔符進(jìn)行不同追溯號的分割、在掃描識別時(shí)分 離出單個(gè)追溯號進(jìn)行追溯顯示。其中，第2步是重 點(diǎn),其流程如圖5所示。

整個(gè)流程從啟動(dòng)攝像頭自動(dòng)對焦開(kāi)始,在解碼 成功后,按打印時(shí)的分割規則進(jìn)行單個(gè)追溯號提取, 將提取的多個(gè)追溯號在手機界面進(jìn)行顯示，同時(shí)顯 示產(chǎn)品名，消費者點(diǎn)擊某一產(chǎn)品追溯號,系統將追溯 號發(fā)送到追溯中央數據庫，中央數據庫根據追溯號 進(jìn)行檢索,將檢索結果發(fā)送到手機客戶(hù)端進(jìn)行顯示。 若要進(jìn)行下一個(gè)產(chǎn)品的追溯查詢(xún),則可返回顯示所有 追溯號界面,否則整個(gè)追溯流程結束。

3.3主要功能

交易管理系統采用C#語(yǔ)言、以Microsoft Visual Studio 2010作為系統設計和開(kāi)發(fā)工具進(jìn)行開(kāi)發(fā)，統 計分析圖形化展示工具采用Anychart圖形控件。社 區菜店分布采用百度Map API,結合Ajax及WebService 技術(shù)實(shí)現系統各功能。核心功能如下：

數據采集。該功能作為直接與電子秤交互 的上位機程序，主要負責接收、分析處理、存儲轉發(fā) 條碼溯源電子秤傳輸的數據。實(shí)現對不同社區菜店 所使用的電子秤進(jìn)行數據的異步接收。

信息查詢(xún)。系統提供交易實(shí)時(shí)信息列表、 門(mén)店瀏覽查詢(xún)。同時(shí)，應用百度Map API將企業(yè)所 在地理位置信息、所選企業(yè)當月當天交易額信息、企 業(yè)詳細信息等通過(guò)地圖定位的方式快速直觀(guān)進(jìn)行展 示,如圖6a所示。

(3)統計分析。用戶(hù)通過(guò)所要統計的地區、門(mén) 店、品種及查詢(xún)時(shí)間范圍等信息，能夠查詢(xún)到所選條 件約束下的交易價(jià)格變化、交易量等統計分析結果。 同時(shí)系統提供多種數據格式（包括Word、PDF、Excel 等)的統計結果導出功能，如圖6b所示。

產(chǎn)品追溯功能主要是面向消費者提供基于手機 掃描條碼的追溯查詢(xún)，可查詢(xún)產(chǎn)品信息、交易信息、 產(chǎn)品檢測信息等，支持多產(chǎn)品查詢(xún)和計算機上網(wǎng)查 詢(xún)詳細信息,如圖7所示。

該系統采用Java語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，在基于Android的 操作系統上運行。在進(jìn)行條碼識別時(shí)，首先將條碼 內容進(jìn)行識別，判斷是否符合系統規定的數據格式, 若符合即視為由電子秤打印出來(lái)的條碼，并對條碼 內容中多個(gè)產(chǎn)品追溯條碼進(jìn)行分割，通過(guò) WebService 方式獲取每個(gè)條碼的產(chǎn)品名稱(chēng)，以列表 的形式展示出來(lái)。當用戶(hù)點(diǎn)擊列表中某一產(chǎn)品時(shí)系 統則將該產(chǎn)品包括生產(chǎn)企業(yè)、產(chǎn)地、生產(chǎn)日期、檢測 結果寺的基本彳目息展示出來(lái)。

4.系統測試

4.1連接多臺電子秤的數據傳輸穩定性測試

社區菜店分布廣,通常情況下,有多臺電子秤同 時(shí)工作，同時(shí)上傳數據。為了驗證這種模式下的數 據傳輸穩定性,在實(shí)驗室用12臺電子秤模擬現場(chǎng)交 易環(huán)境以及交易頻率,進(jìn)行數據傳輸丟包率的測試。 社區菜店的高峰交易時(shí)間處于06 ： 00—09 ： 00、 16 ：30—19 ：30,這2個(gè)時(shí)間段內的交易頻率平均為 4 s/次。

選擇兩種傳輸方式進(jìn)行測試,即實(shí)時(shí)傳輸方式 和集中傳輸方式。實(shí)時(shí)傳輸方式,設置電子秤每4 s 發(fā)送一次數據,數據直接通過(guò)WiFi傳輸給計算機， 12臺電子秤同時(shí)使用，大概持續3h。從服務(wù)器中 導出該時(shí)間段內存儲的數據,統計得到所接收到的 數據個(gè)數。根據測試用電子秤所發(fā)送的頻率,計算 在該段時(shí)間內，電子秤所發(fā)送的實(shí)際數據條數,計算 得到數據傳輸的成功率和丟包率。集中傳輸方式， 電子秤數據優(yōu)先保存在本地,即電子秤內部存儲芯 片當中，在高峰時(shí)間過(guò)后，再統一傳輸到計算機;測 試方案同樣選擇12臺電子秤，進(jìn)行3 h的模擬交 易，電子秤依次與計算機通過(guò)WiFi連接，讀取并將 數據傳輸到計算機。得到的傳輸結果如表1所示。

由表1可見(jiàn)，無(wú)論是實(shí)時(shí)傳輸方式還是集中傳 輸方式,其傳輸成功率均較高，在99%以上,在集中 傳輸方式中更有5臺電子秤的數據傳輸成功率達到 100%。盡管數據傳輸成功率很高,但也存在著(zhù)一定 的丟包現象，因此，為了保證數據能全部傳輸成功， 采用2種方式相結合。

4.2手機掃描二維條碼追溯測試

對電子秤所生成的帶多條信息的條碼進(jìn)行手機 掃描追溯測試，由于手機解析二維條碼與攝像頭分 辨率密切相關(guān)，因此本測試中采用3款像素分別為 300萬(wàn)、500萬(wàn)和800萬(wàn)的手機,3款手機的其他配 置均差異不大;測試內容為包含不同數量產(chǎn)品及追 溯號的識別時(shí)間和識別成功率。

測試過(guò)程將標簽按產(chǎn)品所包含數量分為5組， 分別為包含 1 ~3、4 ~5、6 ~7、8 ~10、11 ~15 個(gè)產(chǎn) 品,每組20個(gè)標簽,每個(gè)產(chǎn)品約包含2 ~5個(gè)漢字及 20位數字追溯號。標簽介質(zhì)為紙質(zhì)，二維條碼尺寸 為18 mm X 18 mm,手機距離追溯標簽約10 cm,每組 測試50次。若在3 s之內條碼能被讀取到，并將所 有的產(chǎn)品信息及追溯碼都顯示到系統中，則認為條 碼讀取成功,設置識別成功率和識別時(shí)間2個(gè)指標 來(lái)衡量測試的效果，識別成功率為識別成功的次數 與總識別次數的比值,識別時(shí)間為所有識別成功次數的識別時(shí)間的平均值。

由表2可見(jiàn),隨著(zhù)標簽中產(chǎn)品數量的增加，不同 像素的手機均存在識別時(shí)間增加和識別成功率下降的趨勢。對于300萬(wàn)像素的手機，當二維條碼中存 儲的產(chǎn)品數量大于6個(gè)，其識別成功率就小于 88%,當達到10 ~ 15個(gè)時(shí)，效果很不理想。對于 500萬(wàn)像素和800萬(wàn)像素的手機，其識別成功率差 異不大，但800萬(wàn)像素的手機其識別時(shí)間明顯優(yōu)于 500萬(wàn)像素的手機。

5.結束語(yǔ)

以自主研發(fā)的條碼溯源電子秤為基礎，構建了 社區菜店交易信息管理與追溯系統，實(shí)現了基于手 機掃描二維條碼的追溯,并進(jìn)行了系統測試,取得了 較好的測試效果。后期將深入推廣應用該系統及模 式,為提高社區菜店的管理效率、增強質(zhì)量安全信息 獲取能力、提升社區菜店質(zhì)量安全水平奠定基礎。