以自主研發(fā)的條碼溯源電子秤為信息采集基礎(chǔ)、以交易信息數(shù)據(jù)庫為管理核心、以手機(jī)掃描二維條碼為追溯 手段,構(gòu)建了社區(qū)菜店交易管理與追溯系統(tǒng)框架。條碼溯源電子秤在集成相關(guān)模塊的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品稱量、身 份驗(yàn)證、標(biāo)簽打印和數(shù)據(jù)上傳等功能。在突破電子秤數(shù)據(jù)傳輸與解析技術(shù)、改進(jìn)包含多條信息的手機(jī)掃描二維條 碼追溯識(shí)別技術(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了社區(qū)菜店交易管理與追溯系統(tǒng)。通過搭建模擬環(huán)境，對(duì)連接多臺(tái)電子秤的數(shù)據(jù) 傳輸穩(wěn)定性、手機(jī)掃描二維條碼追溯進(jìn)行了測試。結(jié)果表明，無論是實(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;隨著標(biāo)簽中產(chǎn)品數(shù)量的增加，不同像素的手機(jī)識(shí)別速度和識(shí)別成功率均存在不同程度的下降趨 勢,其中800萬像素的手機(jī)在識(shí)別速度上具有明顯優(yōu)勢。

引言

“農(nóng)民賣菜難”和“居民買菜貴”是目前農(nóng)產(chǎn)品 流通與銷售中面臨的主要問題之。通過建立 社區(qū)菜店集中組織農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)社區(qū)，對(duì)于減少流通環(huán) 節(jié)、降低流通成本、保障供應(yīng)、增加便利都有積極作 用，是解決“賣難買難”的有效手段。

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

與大型超市、農(nóng)貿(mào)市場等經(jīng)營管理方式不同，社 區(qū)菜店由于規(guī)模小、人員少、場地有限、流動(dòng)性大,投 入服務(wù)器、計(jì)算機(jī)、條碼打印機(jī)等普通硬件設(shè)備進(jìn)行 信息化管理與追溯存在著較大難度，因此迫切需要 占用空間小、操作簡便、成本低廉的一體化設(shè)備。本 研究以條碼溯源電子秤為核心,構(gòu)建社區(qū)菜店交易 信息管理與追溯系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)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(yīng)用的社區(qū) 菜店追溯模式。

1.整體架構(gòu)

社區(qū)菜店交易信息管理與追溯系統(tǒng)以條碼溯源 電子秤為信息采集基礎(chǔ)，以交易信息數(shù)據(jù)庫為管理 核心，以手機(jī)掃描二維條碼為追溯手段。整體包括 3層結(jié)構(gòu),在社區(qū)菜店部署條碼溯源電子秤,根據(jù)店 面大小及交易量確定合適的電子秤數(shù)量，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品 稱量、追溯碼打印、交易身份驗(yàn)證等功能，交易的質(zhì) 量、價(jià)格及追溯碼信息通過WiFi/GPRS/3G等網(wǎng)絡(luò) 方式無線傳輸?shù)缴鐓^(qū)菜店管理中心；在社區(qū)菜店管 理中心部署數(shù)據(jù)庫，將各交易門店上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行 匯聚,開發(fā)交易管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電子秤管理、交易門 店管理、交易信息統(tǒng)計(jì)等功能,并為追溯提供數(shù)據(jù)基 礎(chǔ);在消費(fèi)者端實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品追溯，開發(fā)基于手機(jī)掃描二 維條碼的應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)直接掃描追溯基本信息和手 機(jī)上網(wǎng)追溯詳細(xì)信息。其應(yīng)用框架如圖1所示。

2.條碼溯源電子秤

2.1硬件結(jié)構(gòu)

在充分考慮社區(qū)菜店經(jīng)營規(guī)模小、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)條 件差、交易時(shí)間集中等特征，本文研發(fā)了集產(chǎn)品稱 量、身份識(shí)別、無線數(shù)據(jù)傳輸、追溯標(biāo)簽打印于一體的條碼溯源電子秤。其硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

基于功耗低、性能穩(wěn)定、擴(kuò)展性強(qiáng)的原則，條碼 溯源電子秤采用模塊化的設(shè)計(jì)方案。以LPC1766 芯片為硬件核心，稱量單元采用梅特勒托利多 MT1401型稱量傳感器,配合使用電子秤專用的24位 A/D轉(zhuǎn)換芯片HX711 ； RFID模塊采用SLRC400 射頻芯片，通過串口與LPC1766進(jìn)行通信；GPS定 位系統(tǒng)采用Gstar GS-216型GPS接收機(jī)模塊,該接 收器定位精度可以達(dá)到10 m; WiFi部分采用 BCM8000模塊作為構(gòu)建實(shí)時(shí)通信系統(tǒng)的接入設(shè)備, 其滿足802. 11B/G標(biāo)準(zhǔn),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(shè)備功能

條碼溯源電子秤在集成相關(guān)模塊的基礎(chǔ)上，實(shí) 現(xiàn)了產(chǎn)品稱量、身份驗(yàn)證、標(biāo)簽打印和數(shù)據(jù)上傳等功 能。具體功能如下：

產(chǎn)品稱量：質(zhì)量傳感器信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換生 成質(zhì)量信息，用戶通過PLU (Price look up)預(yù)置商品 信息關(guān)聯(lián)產(chǎn)品單價(jià),并自動(dòng)計(jì)算商品總價(jià),完成產(chǎn)品 稱量計(jì)價(jià)。電子秤PLU信息存儲(chǔ)在內(nèi)部存儲(chǔ)芯片 當(dāng)中，通過產(chǎn)品編碼與產(chǎn)品名稱相關(guān)聯(lián)。PLU信息 的設(shè)置通過更新存儲(chǔ)芯片中的數(shù)據(jù)完成。

身份驗(yàn)證：用于交易操作者的驗(yàn)證。每個(gè) RFID卡具有唯一編碼，電子秤通過集成RFID讀寫模塊讀取該編碼。為了完成操作者的身份驗(yàn)證，將 授權(quán)的RFID卡的編碼與社區(qū)菜店店號(hào)相關(guān)聯(lián)，并 存儲(chǔ)到電子秤程序中。社區(qū)菜店店號(hào)又與電子秤內(nèi) 置的IP相關(guān)聯(lián)，電子秤通過判斷RFID模塊讀入的 當(dāng)前編碼是否與電子秤IP相對(duì)應(yīng),實(shí)現(xiàn)用戶身份合 法性的驗(yàn)證。驗(yàn)證通過后電子秤進(jìn)入稱量狀態(tài)。

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

數(shù)據(jù)上傳:交易完成后，交易信息以數(shù)據(jù)包 格式通過指定通信方式發(fā)送到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，實(shí)現(xiàn) 交易數(shù)據(jù)的上傳。

3.交易管理系統(tǒng)

3.1電子秤數(shù)據(jù)傳輸與解析

電子秤與交易管理系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸采用基 于多線程的 socket 通信技術(shù)，電子秤信息管理系統(tǒng) 作為 socket 的服務(wù)器端，電子秤作為客戶端。

這種 通信方式下，每臺(tái)電子秤被分配唯一的IP,并與秤 號(hào)相關(guān)聯(lián)。多臺(tái)電子秤同時(shí)連接到交易管理系統(tǒng) 時(shí),通過多線程的方式建立連接,采取并行的方式實(shí) 現(xiàn)實(shí)時(shí)通信,保證多臺(tái)電子秤的真實(shí)稱量數(shù)據(jù)互不 干擾。通信數(shù)據(jù)包括2部分，一是交易管理系統(tǒng)向 電子秤下發(fā)的信息，另一部分是電子秤上傳交易數(shù) 據(jù)。交易管理系統(tǒng)每天定時(shí)向電子秤下發(fā)信息，在 下發(fā)操作開始之前，所有電子秤開機(jī)進(jìn)入初始化狀 態(tài),等待接收數(shù)據(jù)。管理員在交易管理系統(tǒng)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(biāo)電子秤。電子秤成功接收并覆蓋原文件后，向 交易管理系統(tǒng)返回成功信息，至此，電子秤數(shù)據(jù)更新 完成。其流程如圖4a所示。

在電子秤上傳交易數(shù)據(jù)階段，當(dāng)有任意一臺(tái)電 子秤與管理系統(tǒng)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(tǒng)通過數(shù)據(jù)處理線程對(duì)所 接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析存儲(chǔ)等操作。服務(wù)器接收數(shù) 據(jù)包括社區(qū)菜店編號(hào)、產(chǎn)品名稱、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(hào) 分隔,在進(jìn)行系統(tǒng)解析時(shí),按照已規(guī)定的數(shù)據(jù)格式對(duì)數(shù) 據(jù)進(jìn)行拆分、解析、存儲(chǔ)操作。其流程如圖4b所示。

社區(qū)菜店所售農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)、物流等信息通過 課題組前期研發(fā)的生產(chǎn)管理系統(tǒng)、物流配送管理系 統(tǒng)等采集。到達(dá)社區(qū)菜店待銷售的每批產(chǎn)品 均有批次號(hào),在參照已有編碼并結(jié)合實(shí)際需求的 基礎(chǔ)上,確定批次號(hào)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。在每天銷售開始之前，將批次號(hào)連同PLU信 息通過管理系統(tǒng)下發(fā)給電子秤，這些信息保存在電 子秤的內(nèi)部存儲(chǔ)器當(dāng)中。在交易時(shí)，電子秤根據(jù)所 選擇產(chǎn)品名稱調(diào)用批次號(hào)，獲取產(chǎn)地、運(yùn)輸信息，并 將這些信息與當(dāng)前交易信息融合,生成追溯碼，同時(shí) 將追溯碼與批次號(hào)關(guān)聯(lián)，最終通過追溯碼即可追溯 出生產(chǎn)、物流等信息。

3.2包含多條信息的手機(jī)掃描二維條碼追溯識(shí)別 改進(jìn)

由于在社區(qū)菜店進(jìn)行交易時(shí),經(jīng)常存在一個(gè)顧 客購買多種產(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 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(hào)。而手機(jī)掃描二維條碼是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品追溯的便捷 方式,課題組前期通過構(gòu)建“二維條碼圖像采集一 圖像預(yù)處理一條碼識(shí)別一二維條碼追溯”流程，實(shí) 現(xiàn)了基于智能手機(jī)的單品條碼追溯。本研究重 點(diǎn)實(shí)現(xiàn)單個(gè)二維條碼中含有多個(gè)產(chǎn)品追溯號(hào)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(dāng) 的分隔符進(jìn)行不同追溯號(hào)的分割、在掃描識(shí)別時(shí)分 離出單個(gè)追溯號(hào)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(duì)焦開始,在解碼 成功后,按打印時(shí)的分割規(guī)則進(jìn)行單個(gè)追溯號(hào)提取, 將提取的多個(gè)追溯號(hào)在手機(jī)界面進(jìn)行顯示，同時(shí)顯 示產(chǎn)品名，消費(fèi)者點(diǎn)擊某一產(chǎn)品追溯號(hào),系統(tǒng)將追溯 號(hào)發(fā)送到追溯中央數(shù)據(jù)庫，中央數(shù)據(jù)庫根據(jù)追溯號(hào) 進(jìn)行檢索,將檢索結(jié)果發(fā)送到手機(jī)客戶端進(jìn)行顯示。 若要進(jìn)行下一個(gè)產(chǎn)品的追溯查詢,則可返回顯示所有 追溯號(hào)界面,否則整個(gè)追溯流程結(jié)束。

3.3主要功能

交易管理系統(tǒng)采用C#語言、以Microsoft Visual Studio 2010作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)工具進(jìn)行開發(fā)，統(tǒng) 計(jì)分析圖形化展示工具采用Anychart圖形控件。社 區(qū)菜店分布采用百度Map API,結(jié)合Ajax及WebService 技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各功能。核心功能如下：

數(shù)據(jù)采集。該功能作為直接與電子秤交互 的上位機(jī)程序，主要負(fù)責(zé)接收、分析處理、存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā) 條碼溯源電子秤傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)對(duì)不同社區(qū)菜店 所使用的電子秤進(jìn)行數(shù)據(jù)的異步接收。

信息查詢。系統(tǒng)提供交易實(shí)時(shí)信息列表、 門店瀏覽查詢。同時(shí)，應(yīng)用百度Map API將企業(yè)所 在地理位置信息、所選企業(yè)當(dāng)月當(dāng)天交易額信息、企 業(yè)詳細(xì)信息等通過地圖定位的方式快速直觀進(jìn)行展 示,如圖6a所示。

(3)統(tǒng)計(jì)分析。用戶通過所要統(tǒng)計(jì)的地區(qū)、門 店、品種及查詢時(shí)間范圍等信息，能夠查詢到所選條 件約束下的交易價(jià)格變化、交易量等統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果。 同時(shí)系統(tǒng)提供多種數(shù)據(jù)格式（包括Word、PDF、Excel 等)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果導(dǎo)出功能，如圖6b所示。

產(chǎn)品追溯功能主要是面向消費(fèi)者提供基于手機(jī) 掃描條碼的追溯查詢，可查詢產(chǎn)品信息、交易信息、 產(chǎn)品檢測信息等，支持多產(chǎn)品查詢和計(jì)算機(jī)上網(wǎng)查 詢?cè)敿?xì)信息,如圖7所示。

該系統(tǒng)采用Java語言開發(fā)，在基于Android的 操作系統(tǒng)上運(yùn)行。在進(jìn)行條碼識(shí)別時(shí)，首先將條碼 內(nèi)容進(jìn)行識(shí)別，判斷是否符合系統(tǒng)規(guī)定的數(shù)據(jù)格式, 若符合即視為由電子秤打印出來的條碼，并對(duì)條碼 內(nèi)容中多個(gè)產(chǎn)品追溯條碼進(jìn)行分割，通過 WebService 方式獲取每個(gè)條碼的產(chǎn)品名稱，以列表 的形式展示出來。當(dāng)用戶點(diǎn)擊列表中某一產(chǎn)品時(shí)系 統(tǒng)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(jié)果寺的基本彳目息展示出來。

4.系統(tǒng)測試

4.1連接多臺(tái)電子秤的數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性測試

社區(qū)菜店分布廣,通常情況下,有多臺(tái)電子秤同 時(shí)工作，同時(shí)上傳數(shù)據(jù)。為了驗(yàn)證這種模式下的數(shù) 據(jù)傳輸穩(wěn)定性,在實(shí)驗(yàn)室用12臺(tái)電子秤模擬現(xiàn)場交 易環(huán)境以及交易頻率,進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸丟包率的測試。 社區(qū)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(nèi)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(shè)置電子秤每4 s 發(fā)送一次數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)直接通過WiFi傳輸給計(jì)算機(jī)， 12臺(tái)電子秤同時(shí)使用，大概持續(xù)3h。從服務(wù)器中 導(dǎo)出該時(shí)間段內(nèi)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù),統(tǒng)計(jì)得到所接收到的 數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)。根據(jù)測試用電子秤所發(fā)送的頻率,計(jì)算 在該段時(shí)間內(nèi)，電子秤所發(fā)送的實(shí)際數(shù)據(jù)條數(shù),計(jì)算 得到數(shù)據(jù)傳輸?shù)某晒β屎蛠G包率。集中傳輸方式， 電子秤數(shù)據(jù)優(yōu)先保存在本地,即電子秤內(nèi)部存儲(chǔ)芯 片當(dāng)中，在高峰時(shí)間過后，再統(tǒng)一傳輸?shù)接?jì)算機(jī);測 試方案同樣選擇12臺(tái)電子秤，進(jìn)行3 h的模擬交 易，電子秤依次與計(jì)算機(jī)通過WiFi連接，讀取并將 數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。得到的傳輸結(jié)果如表1所示。

由表1可見，無論是實(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(tái)電子秤的數(shù)據(jù)傳輸成功率達(dá)到 100%。盡管數(shù)據(jù)傳輸成功率很高,但也存在著一定 的丟包現(xiàn)象，因此，為了保證數(shù)據(jù)能全部傳輸成功， 采用2種方式相結(jié)合。

4.2手機(jī)掃描二維條碼追溯測試

對(duì)電子秤所生成的帶多條信息的條碼進(jìn)行手機(jī) 掃描追溯測試，由于手機(jī)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、500萬和800萬的手機(jī),3款手機(jī)的其他配 置均差異不大;測試內(nèi)容為包含不同數(shù)量產(chǎn)品及追 溯號(hào)的識(shí)別時(shí)間和識(shí)別成功率。

測試過程將標(biāo)簽按產(chǎn)品所包含數(shù)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(biāo)簽,每個(gè)產(chǎn)品約包含2 ~5個(gè)漢字及 20位數(shù)字追溯號(hào)。標(biāo)簽介質(zhì)為紙質(zhì)，二維條碼尺寸 為18 mm X 18 mm,手機(jī)距離追溯標(biāo)簽約10 cm,每組 測試50次。若在3 s之內(nèi)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(tǒng)中，則認(rèn)為條 碼讀取成功,設(shè)置識(shí)別成功率和識(shí)別時(shí)間2個(gè)指標(biāo) 來衡量測試的效果，識(shí)別成功率為識(shí)別成功的次數(shù) 與總識(shí)別次數(shù)的比值,識(shí)別時(shí)間為所有識(shí)別成功次數(shù)的識(shí)別時(shí)間的平均值。

由表2可見,隨著標(biāo)簽中產(chǎn)品數(shù)量的增加，不同 像素的手機(jī)均存在識(shí)別時(shí)間增加和識(shí)別成功率下降的趨勢。對(duì)于300萬像素的手機(jī)，當(dāng)二維條碼中存 儲(chǔ)的產(chǎn)品數(shù)量大于6個(gè)，其識(shí)別成功率就小于 88%,當(dāng)達(dá)到10 ~ 15個(gè)時(shí)，效果很不理想。對(duì)于 500萬像素和800萬像素的手機(jī)，其識(shí)別成功率差 異不大，但800萬像素的手機(jī)其識(shí)別時(shí)間明顯優(yōu)于 500萬像素的手機(jī)。

5.結(jié)束語

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