基于“互聯網+”的個性化智能包裝設計

(閩南理工學院實踐教學中心，福建 石獅 362700)

0 引言

在互聯網技術、物聯網技術、RFID技術的帶動下，產品包裝也經歷了無包裝-簡單包裝-精美包裝-個性化包裝-智能化包裝的發展階段。傳統包裝形式注重UI設計，僅有華麗的外表未能幫助消費者正確地、全方位地了解產品。若沒有一個全面的、多層次的介紹，可能會讓消費者誤讀產品信息，不利于企業的產品推廣及公司形象展示。

1 研究現狀及發展動態

智能化包裝讓企業的產品信息獲取及成品運輸跨入新的時代，大大縮減產品挑揀、分類、運輸成本。智能包裝不再只是外觀呈現，而是能夠包含多種產品信息的媒介，適用于幾乎所有行業。目前，全球智能包裝市場飛速發展，各種類型的智能包裝形式層出不窮。相比之下，國內該行業的市場剛處于探索階段，由于技術及成本的原因，暫時沒有形成成熟的且成規模的產業鏈。基于此現狀，國內智能包裝市場可挖掘的潛力巨大，相關技術的研發及標準的制定將會是核心關鍵。

2 設計構想和研究目的

基于“互聯網+”的思維和RFID無線射頻識別技術，本方案把產品包裝從原來的只能提供單一平面設計及書面信息轉化成可深入獲取產品信息的入口。從產品包裝可以獲取品名、生產日期、來源等常規信息，運用數據庫、云存儲、二維碼識別和RFID技術，數據庫分類管理文字、圖片、聲音、介紹視頻、生產監控視頻，通過移動設備掃碼(二維碼、一維碼)或者RFID電子標簽識別為入口深入獲取產品生產過程、原材料、企業全面介紹、使用方法視頻、用戶體驗報告等豐富多彩的產品信息。二維碼識別技術已全面普及，運用智能手機可實現隨時隨地獲取信息。RFID射頻識別技術實現遠距離無接觸識別，可以提高企業產品進出庫、運輸的效率。

3 研究內容及系統結構

3.1 研究內容

1)云存儲、信息平臺建設，包括數據庫建設、平臺前后端開發及與硬件系統信息傳輸接口設定。

2)RFID無線射頻識別技術在包裝上的運用研究，包括單片機控制、RFID技術原理研究、讀寫器研究、無源電子標簽制作研究、電子標簽測試等。

3)識別碼(二維碼、一維碼)在產品包裝上的應用研究，包括技術原理、分類、應用場景等，使用成熟的集成方案。

4)無線網絡技術研究，主要以WiFi無線技術為主，搭建射頻識別系統的WiFi連接模塊。

5)產品信息素材加工研究，包括文案編輯、圖片處理、聲音處理、視頻剪輯等，實現包裝信息個性化。

6)包裝工業設計，側重產品包裝外觀設計的美觀及合理性。

3.2 系統結構

1)云端數據庫和信息平臺，管理存儲產品信息，包括文字、圖片、聲音、視頻等素材。

2)系統控制芯片，采用ATMEGA328P U-TH為主控芯片，負責RFID電子標簽識別控制。

3)識別終端，采用RC-522集成塊作為電子標簽識別終端，采用智能手機或其他可掃碼設備作為二維碼識別終端。

4)顯示終端，包括計算機上位機顯示、智能手機或平板電腦。

5)識別入口，包括RFID無源電子標簽和二維碼。

6)信息傳輸模塊，使用4G無線通信、WIFI傳輸和射頻無線傳輸，也可以使用傳統的有線連接傳輸模式。

系統總體結構如圖1所示。

圖1 系統總體結構圖

4 信息平臺設計

4.1 結構設計

信息平臺結構如圖2所示。

圖2 信息平臺結構圖

4.2 后臺編輯權限

信息平臺素材編輯通過后臺編輯模塊進行，平臺設置后臺管理權限，信息加密及安全驗證采用服務器加密主流技術，確保后臺信息的安全性。

4.3 素材管理

平臺數據庫采用云存儲管理模式，素材包括文本、網址、文件、圖片、音視頻、名片、微信號等，每種類別素材都可以單獨設置生成二維碼。也可以編輯一個完整的產品介紹，內容包括展示圖片、文件、音視頻等豐富內容，最后生成二維碼圖案。

4.4 二維碼管理

信息平臺二維碼采用動態二維碼，已產生的二維碼一次生成永久使用，后臺數據的更改無需改變二維碼圖案。可以同時生成多個二維碼，鏈接平臺內部不同素材或產品介紹，生成數量、掃描次數、使用時間都不設限。不同二維碼識別及更改可獨立設置，不互相影響。

4.5 RFID識別響應

包裝電子標簽具有單獨的編碼，由識別終端檢測并經主控系統判斷，識別無誤的標簽信息傳送到信息平臺，信息平臺根據對應標簽信息向顯示終端輸出對應商品的信息或鏈接。

5 電子標簽識別系統設計

5.1 原理圖設計

標簽識別系統原理圖如圖3所示。

圖3 標簽識別系統原理圖

5.2 主控芯片模塊

采用ATMEGA328P U-TH為基于AVR處理器的主控芯片，閃存達到32 KB。其優點是價格便宜，具有合理的IO口排布，開發環境集成功能豐富的庫文件，編程簡單易上手。集成芯片的開發板通過USB線與電腦連接，功能調試及程序下載比較方便，節約開發時間。

5.3 液晶顯示模塊

液晶顯示屏，顯示字符采用點陣圖形，顯示的容量可分為多行多字，該模塊功耗低、體積小、采購方便，在電子設計中普及率較高。LCD1602為設計標配，可根據應用擴展需要采用其他多行多字的LCD顯示模塊或OLED顯示模塊。

5.4 RFID識別模塊

RC522采用先進的RFID檢測技術，適用多種類型的傳輸協議，檢測無需接觸電子標簽。它可以驅動讀寫器天線與ISO14443A/MIFARE卡和應答器之間的通信，而不需要借助其他類型電路。RC522能夠支持高速的非接觸式通信，且與主控芯片的硬件連接簡單，特別適合系統的快速開發及調試。

5.5 網絡傳輸模塊

ESP8266模塊是一款普及率較高的WiFi傳輸模塊，采用串口即可實現與主控芯片的連接。數據在串口及WiFi之間接收與發送，實現主控模塊與平臺數據庫之間的信息互聯。

5.6 電子標簽

電子標簽與二維一樣，具有單獨的編號信息，本系統采用超高頻M89或9662電子標簽，成本低廉，尺寸及外形可以個性化定制，結合不同產品包裝的特點，制作合適的電子標簽。

5.7 系統流程設計

RFID識別系統流程圖如圖4所示。

圖4 RFID識別主流程圖

6 測試結果與分析

6.1 二維碼生成及掃碼測試

信息臺后臺信息編輯及二維碼掃描結果如圖5所示。

圖5 手機掃碼測試圖

授權進入信息平臺后臺編輯，添加測試產品信息，生成二維碼。利用智能手機掃碼功能，掃取二維碼查看產品信息，文字、圖片、音視頻均可以正常查閱、播放，與后臺數據進行比較，信息一致。

6.2 電子標簽識別系統運行測試

電子標簽識別系統硬件測試形態及測試結果如圖6所示。

圖6 電子標簽識別系統測試圖

搭建系統調試模型，用3個電子標簽分別代表3種商品包裝，RFID識別模塊識別對應商品包裝。若電子標簽有效且系統已錄入，控制模塊驅動LCD顯示商品標簽信息，上位機軟件可以同步顯示商品包裝信息。

7 結語

經濟發展對商品的信息獲取、包裝識別及運輸、分揀效率有了更高的要求，商品的包裝形式也越來越多樣化。在物聯網技術、射頻識別、大數據等技術的帶動支持下，智能包裝將會是未來商品包裝的主流。不斷融合新技術，現有的智能包裝形式也會持續更新，新的智能包裝一定要更符合時代發展、更貼近生產生活實際需求。