基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品追溯系統(tǒng)設(shè)計(jì)

周正貴

(安徽商貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系，安徽 蕪湖 241002)

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基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品追溯系統(tǒng)設(shè)計(jì)

周正貴

(安徽商貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系，安徽 蕪湖 241002)

當(dāng)前我國農(nóng)產(chǎn)品安全問題層出不窮，一旦出現(xiàn)食品安全事故，難以追溯原因。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)集成了傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、軟件技術(shù)為一體，為我國農(nóng)業(yè)信息化提供了新型技術(shù)基礎(chǔ)。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究了農(nóng)產(chǎn)品追溯系統(tǒng)，主要采用ZigBee技術(shù)、RFID技術(shù)等物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)設(shè)計(jì)了農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)種植、農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)流通及農(nóng)產(chǎn)品追溯環(huán)節(jié)的軟硬件系統(tǒng)架構(gòu)。該系統(tǒng)能實(shí)時(shí)查詢農(nóng)產(chǎn)品追溯信息，為我國食品安全溯源提供依據(jù)，可提高農(nóng)產(chǎn)品安全質(zhì)量。

ZigBee；農(nóng)業(yè)產(chǎn)品追溯系統(tǒng)；物聯(lián)網(wǎng)

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)逐步應(yīng)用在各行各業(yè)，食品安全檢測(cè)技術(shù)信息化也將是大勢(shì)所趨。當(dāng)前，我國食品安全問題層出不窮，如瘦肉精事件、三鹿奶粉事件、上海福喜過期肉事件等。因此，如何利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)保障農(nóng)產(chǎn)品的安全性，并利用新技術(shù)追溯農(nóng)產(chǎn)品流通、監(jiān)控食品生產(chǎn)加工、運(yùn)輸、零售等環(huán)節(jié)，是當(dāng)前食品安全檢測(cè)信息化重點(diǎn)研究內(nèi)容之一。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是指利用傳感技術(shù)、RFID技術(shù)等獲取感知信息，大量感知信息流入網(wǎng)絡(luò)匯聚端口，應(yīng)用層對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，最終為智慧決策提供可靠依據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)閉環(huán)系統(tǒng)智能處理控制。農(nóng)產(chǎn)品追溯系統(tǒng)通過選擇合適的傳感器獲取感知信息，如土壤溫濕度、光照、二氧化碳?xì)怏w含量等感知器件，獲取農(nóng)產(chǎn)品的環(huán)境生長信息為自動(dòng)灌溉、補(bǔ)光等提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。下面介紹幾種物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)。

1)無線通信技術(shù)。無線通信(Wireless communication)是利用電磁波信號(hào)可以在自由空間中傳播的特性進(jìn)行信息交換的一種通信方式。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)中廣泛使用的近距離無線通信方式有藍(lán)牙、WiFi、ZigBee等，具體特點(diǎn)見表1。

表1 幾種常用近距離無線通信技術(shù)比較

2)射頻識(shí)別RFID(Radio Frequency Identification)技術(shù)。RFID技術(shù)是一種通信技術(shù)，可通過無線電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無需識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸，按照使用頻段可分為低頻、高頻、超高頻和微波，可應(yīng)用于食品生產(chǎn)跟蹤、運(yùn)輸、倉儲(chǔ)等環(huán)節(jié)。

2 農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)種植環(huán)節(jié)

圖1 農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)種植環(huán)節(jié)感知層電路框圖

要獲取農(nóng)產(chǎn)品種植源頭信息并實(shí)現(xiàn)智慧種植，需在種植環(huán)境中部署硬件基礎(chǔ)設(shè)施。如農(nóng)產(chǎn)品種植區(qū)域全面覆蓋視頻監(jiān)控，安裝土壤濕度、光照等環(huán)境信息采集傳感器，種植人員把種植過程中施肥、用藥、采摘等環(huán)節(jié)自動(dòng)錄入專用數(shù)據(jù)庫中。筆者使用ZigBee無線通信技術(shù)組建感知層數(shù)據(jù)采集和智能控制網(wǎng)絡(luò)，每種傳感器連接一個(gè)ZigBee節(jié)點(diǎn)，控制設(shè)備如噴水電機(jī)、補(bǔ)光燈等分別連接ZigBee節(jié)點(diǎn)，采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信方式組建網(wǎng)絡(luò)，協(xié)調(diào)器接收感知數(shù)據(jù)和發(fā)送控制命令至控制設(shè)備，電路框圖如圖1所示。

2.1 感知層硬件節(jié)點(diǎn)電路設(shè)計(jì)

感知層數(shù)據(jù)采集及控制命令采用TI公司CC2530芯片作為處理器，CC2530芯片使用的是8051CPU單周期兼容內(nèi)核，具有3種不同總線訪問形式，功耗低，且具備一個(gè)IEEE802.15.4(ZigBee規(guī)范基礎(chǔ))兼容無線收發(fā)器，提供一個(gè)連接外部設(shè)備的端口，無線設(shè)備還包括數(shù)據(jù)包過濾模塊和地址識(shí)別模塊，支持ZigBee無線通信。ZigBee作為一種短距離無線通信技術(shù)，其網(wǎng)絡(luò)組建支持多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定、低復(fù)雜度等特征，廣泛被應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中。CC2530節(jié)點(diǎn)電路如圖2所示，使用P0端口連接土壤濕度、光照強(qiáng)度、溫度等傳感器，P1口部分端口連接執(zhí)行器件，由RF引腳完成無線通信功能。

圖2 CC2530節(jié)點(diǎn)電路圖

2.2 ZigBee網(wǎng)絡(luò)組建過程

圖3 ZigBee網(wǎng)絡(luò)組建數(shù)據(jù)流程圖

圖4 農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)流通環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)流程圖

圖5 農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

圖6 農(nóng)產(chǎn)品追溯環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)流程圖

感知層ZigBee網(wǎng)絡(luò)，由于部署節(jié)點(diǎn)數(shù)量有限，采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信模式。網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)含有協(xié)調(diào)器、傳感器節(jié)點(diǎn)、執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)3種類型，組網(wǎng)前節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)號(hào)、頻段號(hào)設(shè)置一致，節(jié)點(diǎn)本身地址不同，先給協(xié)調(diào)器通電，其他節(jié)點(diǎn)依次通電，自動(dòng)組建網(wǎng)絡(luò)。協(xié)調(diào)器接收傳感器數(shù)據(jù)，并自動(dòng)送給上位機(jī)數(shù)據(jù)庫保存，并接收上位機(jī)命令自動(dòng)控制是否打開對(duì)應(yīng)執(zhí)行器件。ZigBee網(wǎng)絡(luò)組建數(shù)據(jù)流程圖如圖3所示。

3 農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)流通環(huán)節(jié)

農(nóng)產(chǎn)品成熟后下一環(huán)節(jié)為生產(chǎn)流通階段。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的合理使用，可使得農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)商自覺科學(xué)合理的種植產(chǎn)品，可追蹤生產(chǎn)流通各環(huán)節(jié)信息。通過條碼技術(shù)記錄產(chǎn)品的種植時(shí)間、種植人、施肥人、用藥人、采摘人等種植環(huán)節(jié)重要信息，同時(shí)記錄農(nóng)業(yè)部門及其他食品安檢部門每次檢驗(yàn)時(shí)間、檢驗(yàn)地點(diǎn)、檢驗(yàn)人員、檢驗(yàn)結(jié)論等信息。因此，該階段主要是制作電子標(biāo)簽階段，由農(nóng)業(yè)部門安檢人員制作。對(duì)于同一類農(nóng)產(chǎn)品，為每箱統(tǒng)一制作電子標(biāo)簽，價(jià)值高的農(nóng)產(chǎn)品可每個(gè)產(chǎn)品制作電子標(biāo)簽、入庫標(biāo)簽、車輛運(yùn)輸標(biāo)簽等均要記錄相關(guān)人員信息，為追溯提供可靠生產(chǎn)流通環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)源。農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)流通環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)流程圖如圖4所示，人工登記種植戶信息和檢驗(yàn)信息，系統(tǒng)可自動(dòng)生成各種標(biāo)簽信息。

筆者使用winform和Android開發(fā)農(nóng)產(chǎn)品流通數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，如圖5所示。人工錄入種植相關(guān)信息，并可利用系統(tǒng)制作單個(gè)產(chǎn)品、裝箱、入庫、物流等標(biāo)簽，如點(diǎn)擊種植戶信息按鈕，可手工添加種植戶信息，并送數(shù)據(jù)庫保存。系統(tǒng)界面簡潔，流程清晰，便利操作。

4 農(nóng)產(chǎn)品追溯環(huán)節(jié)

為實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品追溯，需設(shè)計(jì)追溯數(shù)據(jù)庫，記錄農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)種植、生長視頻監(jiān)控、生產(chǎn)流通等環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)，并開發(fā)專業(yè)網(wǎng)頁版和手機(jī)版訪問界面，數(shù)據(jù)存放到智慧農(nóng)業(yè)云平臺(tái)，制作統(tǒng)一的追溯條碼標(biāo)準(zhǔn)，為每種農(nóng)產(chǎn)品制定溯源檔案。消費(fèi)者利用追溯終端設(shè)備(如條碼掃描槍等)讀取追溯碼，追溯碼根據(jù)條碼內(nèi)容自動(dòng)讀取該農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)流通各環(huán)節(jié)重要信息，并可登陸智慧農(nóng)業(yè)云平臺(tái)，跟蹤查詢農(nóng)產(chǎn)品從種植到成熟全過程，如查詢生長期圖片、肥料農(nóng)業(yè)實(shí)用情況、關(guān)鍵疫苗數(shù)據(jù)等，真正做到全程視頻監(jiān)控，消費(fèi)者也可利用云平臺(tái)預(yù)訂農(nóng)產(chǎn)品，為消費(fèi)者提供便利。具體追溯環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)流程圖如圖6所示，自動(dòng)讀取追溯碼，系統(tǒng)中可顯示種植、加工等信息。

使用winform和Android開發(fā)農(nóng)產(chǎn)品流通數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，如圖7所示?？衫脳l碼掃描槍自動(dòng)掃描追溯碼信息，并在界面上顯示種植信息、加工信息、產(chǎn)品倉儲(chǔ)等追蹤信息，實(shí)現(xiàn)智能追蹤功能。

圖7 winform和Android開發(fā)農(nóng)產(chǎn)品流通數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

5 結(jié)語

農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全問題已成為國家和國民關(guān)注的焦點(diǎn)問題，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以追溯農(nóng)產(chǎn)品種植至消費(fèi)各環(huán)節(jié)信息，隨著條碼技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、傳感技術(shù)等不斷發(fā)展，為追溯系統(tǒng)提供了可靠的技術(shù)保障。通過實(shí)施追溯平臺(tái)，監(jiān)管人員可對(duì)實(shí)時(shí)查看農(nóng)產(chǎn)品種植到流通各環(huán)節(jié)信息，規(guī)范了種植、銷售人員的行為，提高了安全追溯管理水平；利用移動(dòng)終端進(jìn)行溯源，易于推廣，溯源效率明顯提高，有利于提高農(nóng)產(chǎn)品種植產(chǎn)業(yè)整體水平提升，推動(dòng)了農(nóng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)進(jìn)程，建立健全產(chǎn)品記錄檔案。但農(nóng)產(chǎn)品追溯也存在一系列問題需進(jìn)一步解決，如國家需要統(tǒng)一規(guī)范食品追溯條碼準(zhǔn)則、利用云平臺(tái)統(tǒng)一設(shè)計(jì)追溯平臺(tái)、引入國外成熟的供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)等。

[1]歐文. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用研究[D].昆明：昆明理工大學(xué)，2015.

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[編輯] 張濤

2016-06-26

安徽省教育廳自然科學(xué)研究重點(diǎn)項(xiàng)目(KJ2016A254)；安徽省質(zhì)量工程專業(yè)綜合改革試點(diǎn)項(xiàng)目(2015zy118)。

周正貴(1984-)，男，碩士，講師，現(xiàn)主要從事物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)方面的教學(xué)與研究工作；E-mail:357207186@qq.com。

TN929.5

A

1673-1409(2016)28-0071-04

[引著格式]周正貴.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品追溯系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].長江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版)，2016,13(28)：71～74.