基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品溯源關(guān)鍵問題研究與設計

廖兵 周妮 石洋銘 鄒琴

摘? ?要：為了更好的保障消費者的飲食安全和質(zhì)量，本文研究設計了一套基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)，本系統(tǒng)研究的對象為散養(yǎng)的農(nóng)產(chǎn)品，本系統(tǒng)主要基于物聯(lián)網(wǎng)利用各種傳感器進行數(shù)據(jù)采集，通過RFID模塊和Zigbee模塊相融合進行小規(guī)模組網(wǎng)，將散養(yǎng)的農(nóng)產(chǎn)品的每天的養(yǎng)殖數(shù)據(jù)打包并上傳數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)儲存，再通過PLC端和遠程智能端對云端經(jīng)行數(shù)據(jù)傳輸;養(yǎng)殖戶和消費者只需通過手機獲取相關(guān)數(shù)據(jù)便可了解農(nóng)產(chǎn)品的相關(guān)生長情況。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)? 農(nóng)產(chǎn)品溯源? 關(guān)鍵問題

新聞報道中報道過國內(nèi)“蘇丹紅”食品添加劑成分、“三聚氰胺”高蛋白毒奶粉、“瘦肉精”豬食料豬肉、“抗生素”超標雞肉等駭人聽聞的食品安全事件;在某種程度上，是由于國內(nèi)執(zhí)法部門和產(chǎn)品生產(chǎn)（培育）中存在生產(chǎn)、監(jiān)管和懲罰不嚴和不明等情況，一些大的養(yǎng)殖戶可能同時還會有一些小養(yǎng)殖戶的為了追求高利潤和高產(chǎn)量，在養(yǎng)殖時給農(nóng)產(chǎn)品進行打激素等非法行為，來欺騙消費者，并且這些也是執(zhí)法部門最容易忽略的群體。針對這些監(jiān)管和國內(nèi)食品安全、質(zhì)量問題，同時也為了確保消費者能夠享受到原生態(tài)健康的農(nóng)產(chǎn)品，提高消費的飲食健康程度，維護消費者的合法權(quán)益;我們研究并設計了這套對養(yǎng)殖過程中進行數(shù)據(jù)監(jiān)控的系統(tǒng)，通過物聯(lián)網(wǎng)將每只農(nóng)產(chǎn)品從幼崽出到成熟過程的數(shù)據(jù)完整的傳給消費者，這樣消費者飲食的安全和合法權(quán)益便得到了保障;同時這套系統(tǒng)也有利于了養(yǎng)殖戶對農(nóng)產(chǎn)品的管理，通過數(shù)據(jù)分析來對突發(fā)的狀況及時做出相對應措施，也充分的保障了養(yǎng)殖戶的利益。

本文是將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用于農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)中，并對以下方面進行研究：（1）培養(yǎng)源頭的感知層面;（2）小規(guī)模組網(wǎng);（3）數(shù)據(jù)儲存;（4）消費者進行的遠程監(jiān)測部分。

1? 終端采集系統(tǒng)設計

農(nóng)產(chǎn)品每天的步數(shù)是通過加速度與陀螺儀AN-668_cn進行采集同時也對當天的溫濕度進行采集，然后同時將除農(nóng)產(chǎn)品的運動數(shù)據(jù)和溫濕度以外的數(shù)據(jù)一同傳送給GY-29 ADXL345芯片進行處理，再通過精密模擬微控制器ADuC7024處理數(shù)據(jù)的誤差;然后通過芯片GY-29 ADXL345將運算的數(shù)據(jù)保存到寄存器中，再通過IIC協(xié)議方式將數(shù)據(jù)發(fā)送給AT89C51單片機，AT89C51單片機接收到數(shù)據(jù)后將其傳遞到RFID[1-2]標簽上。

2? 數(shù)據(jù)傳輸組網(wǎng)系統(tǒng)設計

2.1 電子標簽

因為市場中還有不法商販的存在，所以在現(xiàn)有的朔源理論中，筆者認為源頭數(shù)據(jù)的傳遞是整個溯源系統(tǒng)中重要環(huán)節(jié)之一。只有在源頭保證數(shù)據(jù)的真實性和可靠性，才能讓消費者得到很好的保障和安全感。為此源頭數(shù)據(jù)的傳遞需要更加具有很強的安全性的必要。為提高源頭數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，電子標簽便因此而誕生了，借助RFID標簽端的隱蔽性為傳感器數(shù)據(jù)的傳遞提供可靠的通道，同時也使安全率得到了提升，數(shù)據(jù)在傳輸過程中得到了保障，這樣數(shù)據(jù)便更加真實，對消費者來說的數(shù)據(jù)也更加有說服力（如圖1所示）。

2.2 智能節(jié)點

本套系統(tǒng)是應用在占地面積比較大的農(nóng)產(chǎn)品養(yǎng)殖場中，為了滿足電子標簽的低功耗的特性因此電子標簽的功率不會很大，因而當電子標簽在低功耗下工作時就會導致電子標簽發(fā)射距離會很近;為了解決這一問題，智能節(jié)點就有了它存在的意義。在如今的生活中智能節(jié)點會得到廣泛的應用，它主要應用了WSN[2]網(wǎng)絡具有覆蓋面積廣、自組網(wǎng)、多跳性和數(shù)據(jù)傳輸速率快的等特點;使它在智能節(jié)點的建設中將RFID系統(tǒng)[1]中的閱讀器[2]與無線傳感器網(wǎng)絡中的節(jié)點相融合構(gòu)成一個新的節(jié)點。新的節(jié)點不再受到地域的限制能夠更好的傳輸電子標簽中的數(shù)據(jù)。在無線傳感器網(wǎng)絡搭建的過程中選擇Zigbee網(wǎng)絡的無線通信協(xié)議標準能夠更好的形成節(jié)點之間的通信也可以采用多級跳的形式，在各個節(jié)點的作用下便形成一個自組網(wǎng)絡，傳輸范圍和傳輸能力大大增強。融合后的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖（如圖2所示）。

2.3 基站

本套系統(tǒng)考慮到每個養(yǎng)殖場中的農(nóng)產(chǎn)品的數(shù)目眾多和養(yǎng)殖范圍面積大，同時每天需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量也很大，并且每個節(jié)點的功率也是很有限的;為了保障各個節(jié)點能夠正常運行所以在養(yǎng)殖場中建設基站是很有必要的，利用基站的大功率性來接收數(shù)據(jù)能夠更好的防止數(shù)據(jù)包丟失，保證數(shù)據(jù)的真實有效并且傳輸速率也會得到一定的提升，同時大大提高了系統(tǒng)的工作效率。

3? 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設計

通過了解和對比在該系統(tǒng)中我們應用了SQL Server數(shù)據(jù)庫[3];本SQL Server數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)功能主要分五大塊：注冊登錄、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)據(jù)管理;注冊登錄模塊分為普通用戶以及管理用戶。數(shù)據(jù)采集主要通過傳感器進行數(shù)據(jù)采集和RFID進行數(shù)據(jù)上傳;數(shù)據(jù)檢索是針對數(shù)據(jù)庫中的資料信息，提供多維度、分段檢索等高級檢索功能;數(shù)據(jù)分析是對數(shù)據(jù)庫中的信息按照用戶需求可視化展示，有統(tǒng)計分析，以及餅圖、柱狀圖、曲線圖等可視化展示;數(shù)據(jù)管理是指數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)化，并提供下載打印等功能（如圖3所示）;這樣設計數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)功能是為了更好地讓消費者和養(yǎng)殖戶去查看相關(guān)信息，同時統(tǒng)計圖也能夠更好地反映農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)狀況，這樣使養(yǎng)殖戶能夠更好的解決一些突發(fā)情況。

4? 移動端遠程監(jiān)測系統(tǒng)設計

本系統(tǒng)主要采用遠程監(jiān)控PLC系統(tǒng)[4]使云端與數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)傳輸然后養(yǎng)殖戶和消費者都可以通過手機APP、微信公眾號和網(wǎng)站等方式來進行查詢所購買的農(nóng)產(chǎn)品的生長情況。

遠程監(jiān)控PLC系統(tǒng)主要通過PLC使用專用的通信協(xié)議，但是APP使用網(wǎng)絡通訊協(xié)議一般不能直接和PLC通信，因此現(xiàn)場控制終端需要加一個遠程通信終端，實現(xiàn)PLC專用協(xié)議的和APP通訊協(xié)議的轉(zhuǎn)換;本系統(tǒng)采用巨控PLC專用無線通信模塊GRM200，相當于直接代替了RS485雙交線，不用設置，直接將有線變成無線方式;無線通信模塊GRM200 支持無線PPI，無線MODBUS協(xié)議的S7‐200通信（如圖4所示）。

5? 結(jié)語

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品溯源關(guān)鍵問題研究與設計（見圖5、圖6）不僅方便消費者和養(yǎng)殖戶對農(nóng)產(chǎn)品的生長情況的了解，也有利于了國內(nèi)執(zhí)法部門監(jiān)管，對國內(nèi)農(nóng)產(chǎn)品的發(fā)展具有十分重要的意義，本文主要完成以下內(nèi)容。

（1）提出將RFID標簽和無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點技術(shù)應用到農(nóng)產(chǎn)品養(yǎng)殖當中，對農(nóng)產(chǎn)品的生長情況通過運動、飲食等數(shù)據(jù)進行采集和傳輸。

（2）利用RFID的標識功能使每只農(nóng)產(chǎn)品都能進行數(shù)據(jù)傳輸，并且數(shù)據(jù)具有隱蔽性，使數(shù)據(jù)更加真實可信。

（3）利用數(shù)據(jù)庫和遠程監(jiān)控技術(shù)施行遠距離管理和生長情況了解，并可以通過對數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進行處理和分析，對當天的數(shù)據(jù)進行匯總，同時對相近幾天的數(shù)據(jù)進行對比來合理的對農(nóng)產(chǎn)品進行養(yǎng)殖。

參考文獻

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