基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)產(chǎn)品物流終端系統(tǒng)

錢同惠　張仕臻　陳莉

摘 要：本系統(tǒng)中采用ZigBee、無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)、理化分析等技術(shù)，基于物聯(lián)網(wǎng)三層架構(gòu)設(shè)計(jì)了一套農(nóng)產(chǎn)品物流終端系統(tǒng)的解決方案，配合農(nóng)產(chǎn)品的物流系統(tǒng)可以使整個(gè)物流體系更為完整。物流終端可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)存儲(chǔ)環(huán)境信息，結(jié)合系統(tǒng)中的專家模型庫(kù)分析環(huán)境數(shù)據(jù)預(yù)判農(nóng)產(chǎn)品的新鮮存儲(chǔ)時(shí)間，及時(shí)給消費(fèi)者及物流管理者提示信息，保證農(nóng)產(chǎn)品的新鮮且食用安全，給予消費(fèi)者和企業(yè)更好的用戶體驗(yàn)及交易保障。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；ZigBee；農(nóng)產(chǎn)品；物流終端

中圖分類號(hào)：F326.6

目前，基于物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的“菜聯(lián)網(wǎng)”已然成為社會(huì)生活的熱點(diǎn)，應(yīng)用于我國(guó)農(nóng)業(yè)市場(chǎng)的各種技術(shù)和產(chǎn)品也扮演著越來(lái)越顯著的角色，基于電子商務(wù)體系架構(gòu)的系統(tǒng)和應(yīng)用平臺(tái)層出不窮。諸如中百商網(wǎng)、家事易等電商企業(yè)，O2O模式在農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)銷鏈上的應(yīng)用趨勢(shì)開始熱化。[1]農(nóng)產(chǎn)品因?yàn)槠浔旧淼男迈r度、安全性等自然屬性，使得在產(chǎn)銷過(guò)程中需要考慮諸多因素。令人欣喜的是，農(nóng)產(chǎn)品的O2O模式在產(chǎn)銷鏈上已經(jīng)逐步打通。但在農(nóng)產(chǎn)品物流終端的研究上，雖未見(jiàn)諸多報(bào)道，但研究的趨向也是必然的。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一種農(nóng)產(chǎn)品的物流終端，以及建立一些常見(jiàn)農(nóng)產(chǎn)品的新鮮度模型，整套解決方案保障農(nóng)產(chǎn)品物流最后環(huán)節(jié)的方便、低耗、硬件成本低廉、支持后期升級(jí)擴(kuò)展。作為主要應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品的物流終端，實(shí)現(xiàn)的功能包括：環(huán)境溫濕度的實(shí)時(shí)上報(bào)；新鮮冷藏期預(yù)估；提醒和報(bào)警（針對(duì)用戶、企業(yè)負(fù)責(zé)人）。

農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)是消費(fèi)者購(gòu)買時(shí)首要考慮的因素。農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)不僅決定了食物的口感，更關(guān)乎食用安全。本系統(tǒng)以農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)為核心，圍繞O2O模式下的農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)銷通路，設(shè)計(jì)了農(nóng)產(chǎn)品的物流終端系統(tǒng)。系統(tǒng)的架構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)主要由物流終端（組）、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器以及管理服務(wù)器組成。按照物聯(lián)網(wǎng)的三層模型，物流終端屬于感知層，數(shù)據(jù)服務(wù)器和管理服務(wù)器屬于網(wǎng)絡(luò)層，服務(wù)器提供的接口或推送服務(wù)將會(huì)擴(kuò)展至應(yīng)用層。物流終端主要的功能有商品存儲(chǔ)及采集環(huán)境溫濕度信息。從商品放入物流終端，物流終端即將時(shí)間、溫濕度信息按既定周期上報(bào)，由數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)。管理服務(wù)器根據(jù)專家?guī)熘袑?duì)應(yīng)的農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)變化模型，判定商品新鮮品質(zhì)下的保存時(shí)間，并依此推送提醒和報(bào)警信息給消費(fèi)者或物流公司，以及時(shí)取走商品。

物流終端（組）的功能實(shí)現(xiàn)是基于ZigBee協(xié)議的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)實(shí)情況下，同一片區(qū)下的物流終端組的分布距離不大，其傳感器網(wǎng)絡(luò)的搭建完全可以采用ZigBee無(wú)線傳輸協(xié)議。物流終端（組）的ZigBee節(jié)點(diǎn)通過(guò)組網(wǎng)后，數(shù)據(jù)通過(guò)ZigBee網(wǎng)關(guān)與數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器進(jìn)行通信，通訊方式可以根據(jù)實(shí)際情況選擇Internet等。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器安裝的是SQL Server 2008 R2，當(dāng)然也可以選擇其他常見(jiàn)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，如oracle等。管理服務(wù)器中部署了專家模型庫(kù)，讀取數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的數(shù)據(jù)源，結(jié)合相應(yīng)的專家模型來(lái)作出新鮮度判定，并將判定結(jié)果推送到應(yīng)用層。

2 硬件設(shè)計(jì)

ZigBee網(wǎng)絡(luò)至少需要一個(gè)協(xié)調(diào)器（Coordinator）和若干終端節(jié)點(diǎn)（End Device）來(lái)實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)中，終端節(jié)點(diǎn)搭載著SHT11溫濕度傳感器，安裝在物流終端內(nèi)部；協(xié)調(diào)器作為ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)，在上電時(shí)進(jìn)行同信道節(jié)點(diǎn)自組網(wǎng)后，將終端節(jié)點(diǎn)上傳的數(shù)據(jù)統(tǒng)一上傳給數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。

物流終端中的終端節(jié)點(diǎn)采用的是TI公司的CC2530F256芯片，單個(gè)芯片上整合ZigBee射頻（RF）前端、內(nèi)存和微控制器[2]。溫濕度傳感器采用的是SENSIRION公司的STH11溫濕度傳感器。CC2530F256讀取傳感器采集的溫濕度值，通過(guò)LCD5110液晶屏顯示以及發(fā)送給協(xié)調(diào)器。兩個(gè)LED顯示工作狀態(tài)，JTAG接口用于下載程序，Button按鍵可以通過(guò)程序來(lái)指定功能。

3 專家?guī)旖?/p>

通常情況下，農(nóng)產(chǎn)品的生鮮冷藏溫度是0～4℃。在此存儲(chǔ)溫度下，結(jié)合國(guó)標(biāo)關(guān)于生鮮食品新鮮度的規(guī)定[3-4]，對(duì)常見(jiàn)的生鮮農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，建立其新鮮度與保存時(shí)間的關(guān)系模型。如圖3所示為常見(jiàn)的幾種肉類在4℃溫度、85%左右的濕度環(huán)境下存儲(chǔ)時(shí)，揮發(fā)性鹽基氮隨時(shí)間的變化規(guī)律，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定檢測(cè)結(jié)果在15mg/100g以內(nèi)判定為新鮮肉質(zhì)。結(jié)果表明列舉的幾種肉類在此溫濕度環(huán)境下至少可以保存72小時(shí)以上。

專家模型給出了產(chǎn)品新鮮度與保存時(shí)間的關(guān)系（在設(shè)定的溫濕度環(huán)境下）。建立專家模型庫(kù)的原因在于，如果實(shí)時(shí)檢測(cè)關(guān)乎農(nóng)產(chǎn)品的特征參數(shù)，如揮發(fā)性鹽基氮、菌落總數(shù)等，這樣的無(wú)損檢測(cè)手段并不普遍，并且檢測(cè)設(shè)備及整個(gè)終端造價(jià)非常昂貴。

農(nóng)產(chǎn)品O2O銷售模式，存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)主要是集中倉(cāng)儲(chǔ)、物流配送，終端存儲(chǔ)。在保鮮溫濕度環(huán)境通常保持不變的情況下，通過(guò)專家模型預(yù)估的新鮮保質(zhì)期除去農(nóng)產(chǎn)品集中倉(cāng)儲(chǔ)和物流配送的時(shí)間，得出的結(jié)果可以作為農(nóng)產(chǎn)品在物流終端中保存的最大時(shí)長(zhǎng)。系統(tǒng)中可以設(shè)定安全閾值和不同的提醒時(shí)間點(diǎn)，保證商品的新鮮和及時(shí)提醒消費(fèi)者取回商品。

4 結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)研究所涉及的是農(nóng)產(chǎn)品O2O銷售鏈上物流環(huán)節(jié)的獨(dú)立的一部分，可以作為子系統(tǒng)應(yīng)用到農(nóng)產(chǎn)品物流乃至農(nóng)產(chǎn)品O2O的其他解決方案中。系統(tǒng)擴(kuò)展涉及的接口常見(jiàn)，主要是服務(wù)器間的TCP/IP連接和數(shù)據(jù)庫(kù)ODBC。系統(tǒng)中的專家模型庫(kù)可根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品種類進(jìn)行實(shí)驗(yàn)建模后不斷添加，實(shí)驗(yàn)中的樣品環(huán)境可根據(jù)實(shí)際存儲(chǔ)條件和農(nóng)產(chǎn)品本身需要進(jìn)行增設(shè)。本系統(tǒng)以專家模型庫(kù)取代了實(shí)時(shí)檢測(cè)方式的復(fù)雜的和昂貴造價(jià)，為農(nóng)產(chǎn)品O2O模式下的物流終端提供了較為簡(jiǎn)便和有安全保障的解決方案。

參考文獻(xiàn)：

[1]位靜.從“家事易”建立社區(qū)電子菜箱，看傳統(tǒng)企業(yè)如何玩轉(zhuǎn)O2O[J].信息與電腦，2014（04）：72-75.

[2]Texas Instruments.A True System-on-Chip Solution for 2.4-GHz IEEE 802.15.4 and ZigBee Applications[EB/OL].http：//www.ti.com.cn/cn/lit/ds/symlink/cc2530.pdf.

[3]GB/T 5009.44-2003，肉與肉制品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的分析方法[S].

作者單位：江漢大學(xué)，武漢 430056；湖北工業(yè)大學(xué)，武漢 430068