商品防伪溯源查询系统的设计与实现

引 言

目前信息化高速发展，流通商品的服务商通常采用信息化手段使消费者可对商品进行防伪验证、溯源等操作。例如， 商品生产商可提供唯一的识别码，该识别码与商品一一对应， 消费者可通过电话、手机短信、互联网等渠道查询识别码获取商品信息。在相关技术中，用户查询商品信息时，需要登录相应的商品网站或拨打厂商电话，根据网站或语音提示， 将商品识别码输入到预设查询位置，从而查询商品信息。在此过程中，需要用户进行繁琐的操作，并且需要记忆商品的识别码才能查询到商品信息，大大降低了用户查询商品信息的用户体验。因此，本文旨在提供一种商品防伪溯源系统， 无需用户登录相应商品网站或拨打产品厂商的电话，并且无需记忆商品的识别码，就可查询到商品信息，从而提高查询商品信息的用户体验。

1 国内外主流防伪溯源技术及存在的不足

国内外主流防伪溯源技术包括激光全息防伪溯源技术 [1]、油墨防伪溯源技术 [2]、雕刻凹版印刷防伪溯源技术 [3]、电码防伪溯源技术 [4] 以及 RFID 射频防伪溯源技术 [5] 等，这些技术均能在一定程度上实现商品的防伪溯源，但存在的弊端也限制了该技术的推广应用。

激光全息防伪溯源技术虽然成本不高、容易识别，能被回收再利用，但其技术含量较低且不具备唯一性，容易被其他商家仿造。

油墨防伪溯源技术虽然可以利用多种功能型油墨达到防伪溯源效果，但随着油墨厂家增多，该技术也越来越容易被仿制，不具备独占性 [6-7]。

RFID 射频防伪溯源技术的唯一性较高，难以被仿制，但其价格昂贵，占据的市场份额较小，不利于消费者直接检验产品的真伪。

雕刻凹版印刷防伪溯源技术的技术含量很高，难以被仿制，容易被消费者识别，但目前主要应用于货币的防伪，受到各国的监督和管理，限制了其推广应用 [8-9]。

电码防伪溯源技术的技术含量并不高，本身存在着易被盗码、抄码进行批量复制的严重技术缺陷 [10]，而且还需要电话查询，辨别真伪的过程十分繁琐。

为了改善现有防伪溯源技术中的漏洞或不足，本文采用一种全新的防伪溯源技术 ：点阵编码，这是一种二维码图， 可印刷到商品包装的表面，并通过相应的设备进行拍摄识别判断真假 [11]。组成点阵编码的基本元素是点，在实际应用中， 所有的点都由像素构成 [12]。点阵编码通过点的有无、点在不同象限的分布、点的相互位置关系等表征形式，组成不同值域的单元 [13]。在每个点包含相同信息的条件下，面积越大的单个码区所能承载的信息量就越大 [14]。由于点阵编码由直径为数十微米的点构成，每平方厘米面积上可分布上千个点， 因此能够在较小面积上包含大量信息 [15]。

2 系统整体设计

防伪溯源系统主要由点阵数码笔和商品溯源服务器两部分构成，可通信连接。其中，商品溯源服务器预先存储各商品的商品编码和对应的商品信息，如图 1 所示。

                                                                                                                                                                                     图 1 商品溯源系统结构图

2.1 点阵数码笔

点阵数码笔用于获取商品包装上的点阵编码，根据获取到的点阵编码从商品溯源服务器中获取对应的商品信息，并展示所获取的商品信息。点阵数码笔主要包括点阵数码获取模块、处理模块、无线通信模块、显示模块、二次电池、存储模块等，如图 2 所示。

                                                                                                                                                                                    图 2 点阵数码笔组成结构图

2.1.1 点阵编码获取模块

点阵编码获取模块用于获取商品包装上的点阵编码，并将获取到的点阵编码发送到处理模块。该模块包括笔芯和红外摄像头，其中笔芯为压力传感器。

2.1.2 处理模块

处理模块是点阵数码笔的核心，多采用微处理器、微控制器或单片机，主要负责商品信息的收集与处理，与点阵编码获取模块、显示模块、无线通信模块相连接，用于对获取到的点阵编码进行解码处理，得到点阵编码对应的商品编码。根据预先存储的点阵数码笔的标识和得到的商品编码生成商品信息获取请求，当接收到商品溯源服务器返回的商品信息时，将商品溯源服务器返回的商品信息通过显示模块显示。

2.1.3 无线通信模块

无线通信模块由无线传输单元组成，无线传输单元包括移动通信基带处理芯片、移动通信射频芯片和移动通信天线， 如图 3 所示。

移动通信基带处理芯片用于对商品信息获取请求进行调制处理，再将商品信息获取请求发送至移动通信射频芯片。移动通信射频芯片则对商品信息获取请求，通过卫星导航系统天线发送到商品溯源服务器，并接收返回的商品信息。

当点阵数码笔无法与商品溯源服务器通信时，为了使用户能及时获取商品信息，应设立备用无线传输单元。备用无线传输单元主要包括卫星导航系统基带处理芯片、卫星导航系统射频芯片和卫星导航系统天线。卫星导航系统基带处理芯片用于对商品信息获取请求进行调制处理，将商品信息获取请求发送给卫星导航系统射频芯片。卫星导航系统射频芯片获取请求，通过卫星导航系统天线发送到商品溯源服务器， 并接收返回的商品信息。当然，为了使传输的数据不被国外机构获取，且保证传输数据的安全性，优先采用 BDS 基带处理芯片与 BDS 射频芯片。

通过设置备用无线传输单元，可通过卫星通信网络向商品溯源服务器发送商品信息获取请求，使用户及时获取商品信息，保证获取商品信息的时效性，进一步提高用户体验。

2.1.4 二次电池

点阵数码笔通过预设的电池供电进行工作，电池没电后， 需要用户更换电池才能使点阵数码笔重新工作。而更换电池的操作较为繁琐，为了使点阵数码笔能反复使用且无需更换电池，需要在点阵数码笔中加入二次电池。设置二次电池作为点阵数码笔的电源，在点阵数码笔电池电量耗尽时对二次电池进行充电，从而实现无需更换电池就能反复使用的目标。

2.1.5 存储模块和显示模块

存储模块用于对处理模块解码点阵编码后得到的商品编码进行存储，可使用任何闪存式存储器等可擦写可编程的只读存储器。显示模块用于展示商品信息，可使用现有的任何液晶屏对商品信息进行显示。

2.2 商品溯源服务器

商品溯源服务器用于向点阵数码笔返回点阵编码对应的商品信息，在存储商品的商品编码和对应的商品信息时，首先获取某种商品在生产、仓储、物流、销售、流通等全生命周期的信息，然后按照预先设定的编码规则，生成该商品的商品编码，再将获取到的该商品信息和商品编码进行关联， 得到该商品的商品信息，最后将得到的商品信息存储到商品溯源服务器中。其中，商品溯源服务器所获取的商品信息通过技术人员采集。获取商品信息的过程如下 ：

(1) 在生产环节，技术人员采集生产该商品的数据，包括商品的产地、生产时间、生产线等信息 ；

(2) 在入库环节，技术人员采集该商品的入库时间、仓库号等信息 ；

(3) 在出库环节，技术人员采集该商品的目的地、客户或门店等信息 ；

(4) 在销售环节，技术人员采集该商品的销售代理商、销售地等信息。

为了向点阵数码笔返回商品信息，溯源服务器还包括商品信息数据库和指令处理模块。

2.2.1 商品信息数据库

商品信息数据库是商品溯源服务器的信息存储中心，存储着各种商品的商品编码和对应的商品信息。点阵数码笔扫描商品编码后发出商品信息获取请求，经商品信息数据库分析信息获取请求后，通过显示模块展示该商品的信息。

2.2.2 指令处理模块

指令处理模块用于获取点阵数码笔发出的信息获取请求，并根据商品信息获取请求中携带的商品编码从商品信息数据库中查询出商品编码对应的商品信息，将商品编码对应的商品信息返回给点阵数码笔。

3 系统基本原理

为了对点阵数码笔的身份进行验证，商品溯源服务器预先存储点阵数码笔的注册信息，在初次启动点阵数码笔后， 根据厂商预先分配给点阵数码笔的标识，生成点阵数码笔的注册信息，并通过无线通信方式，将生成的注册信息发送到商品溯源服务器进行注册。注册流程如下 ：

(1) 商品溯源服务器接收点阵数码笔发送的注册信息 ；

(2) 商品溯源服务器存储获取的点阵数码笔的注册信息，对发送注册信息的点阵数码笔进行注册。

商品溯源服务器在获取到点阵数码笔的商品信息获取请求后，通过商品信息获取请求中记录的点阵数码笔的标识对点阵数码笔的身份进行验证，并只有当点阵数码笔的标识在预先存储的点阵数码笔的注册信息中时，才从商品信息数据库中查询商品信息并返回给发出请求的点阵数码笔，使得只有使用正规厂商生产的点阵数码笔才能查询到商品信息。因此人们应购买正规厂商生产的点阵数码笔，从而大大限制了山寨厂商所生产的点阵数码笔的销量，保证正规厂商的利益。

4 结语

本文设计了基于点阵编码的商品防伪溯源系统，此系统主要由点阵数码笔和商品溯源服务器组成。用户在获取某个商品的信息时，只需通过点阵数码笔获取商品包装上的点阵编码，点阵数码笔根据获取到的点阵编码，从商品服务器中获取对应的商品信息并展示给用户，就可了解到商品的详细信息。与现有需要用户登录商品网站或拨打商品厂商电话且需要记忆商品的识别码才能查询商品的技术相比，此系统操作简单，优化了用户查询商品信息的体验。