基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)設(shè)計

摘 要：?分析了基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)的設(shè)計意義和功能需求，搭建了農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)的體系架構(gòu)?；赗FID技術(shù)、ZigBee技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，設(shè)計了農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)，系統(tǒng)可以實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、倉儲、運輸、銷售整個供應(yīng)鏈信息的采集與存儲。通過農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)，消費者可以通過web端來查詢所購農(nóng)產(chǎn)品在供應(yīng)鏈中各環(huán)節(jié)的信息，銷售商可以監(jiān)控農(nóng)產(chǎn)品在供應(yīng)鏈中的環(huán)境情況，農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)者可以根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品的銷售情況分析市場需求，規(guī)劃農(nóng)產(chǎn)品的再生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：?物聯(lián)網(wǎng); 農(nóng)產(chǎn)品;? 溯源系統(tǒng)

中圖分類號： TP 311? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

Design of Tracing System for Agricultural Products

Based on the Internet of Things

REN Xiaoli

（College of Computer， Baoji University of Arts and Science， Baoji， Shanxi 721016， China）

Abstract：?The design signification and function requirement of tracing system for agricultural products based on the Internet of thing are analyzed. The architecture of the system is built. Based on the technologies such as RFID， ZigBee， network information and database， a tracing system for agricultural products is designed. In the system， the supply chain information of agricultural products may be acquired and stored. By the system， the consumers may query the supply chain information of agricultural products by Web terminal; the sellers may monitor the environment condition during agricultural products supply chain; the producers may analyze the market requirement according to the selling condition of agricultural products， and plan the reproduction.

Key words：?the internet of things; agricultural products; tracing system

0 引言

隨著一些農(nóng)產(chǎn)品安全事件的發(fā)生，消費者對農(nóng)產(chǎn)品安全問題越來越關(guān)注，希望詳細(xì)了解所購農(nóng)產(chǎn)品的供應(yīng)鏈相關(guān)信息。目前，大部分農(nóng)民生產(chǎn)農(nóng)產(chǎn)品前沒有進行市場調(diào)研，盲目無規(guī)劃地生產(chǎn)，可能產(chǎn)生農(nóng)產(chǎn)品滯銷或低收益的現(xiàn)象。一些農(nóng)產(chǎn)品銷售商，沒有對農(nóng)產(chǎn)品運輸、存儲過程中的環(huán)境情況進行監(jiān)控，導(dǎo)致部分農(nóng)產(chǎn)品腐爛或變質(zhì)，影響了農(nóng)產(chǎn)品的銷售，甚至降低收益或賠錢。農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)可以更好地方便消費者查詢購買的農(nóng)產(chǎn)品的相關(guān)信息[1]，引導(dǎo)農(nóng)民根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品的銷售情況和消費者的評價情況規(guī)劃下一年的生產(chǎn)，幫助銷售商監(jiān)控農(nóng)產(chǎn)品流通過程中的環(huán)境參數(shù)保持農(nóng)產(chǎn)品新鮮。

物聯(lián)網(wǎng)是指通過射頻識別（RFID）、 傳感器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息標(biāo)識和傳感設(shè)備，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，按約定的協(xié)議進行信息交換和通信， 以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的網(wǎng)絡(luò)， 它是信息化產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮[2]?；谖锫?lián)網(wǎng)的農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)可以將農(nóng)產(chǎn)品、農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)者、消費者、銷售商緊密地關(guān)聯(lián)起來，把農(nóng)產(chǎn)品變得智能化，使農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈中涉及的相關(guān)人員可以在任何時間、任何地點獲取和共享農(nóng)產(chǎn)品信息。

1 系統(tǒng)功能需求

農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈涉及農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)、運輸、倉儲、銷售等環(huán)節(jié)，農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)實現(xiàn)的功能要涉及到這些環(huán)節(jié)，系統(tǒng)的具體功能如下：

（1）農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)信息管理： 記錄農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)的相關(guān)信息，包括農(nóng)產(chǎn)品的種子或種苗、產(chǎn)地、種植或養(yǎng)殖條件和環(huán)境、農(nóng)產(chǎn)品的種植或養(yǎng)殖者等信息。

（2）農(nóng)產(chǎn)品倉儲信息管理：記錄農(nóng)產(chǎn)品倉儲的相關(guān)信息，包括農(nóng)產(chǎn)品倉儲的倉庫、倉庫管理員、倉庫環(huán)境信息等信息。

（3）農(nóng)產(chǎn)品再加工信息管理：記錄農(nóng)產(chǎn)品加工的相關(guān)信息，包括農(nóng)產(chǎn)品加工的地點、時間、環(huán)境和添加的原料、加工者、保質(zhì)期等信息。

（4）農(nóng)產(chǎn)品銷售信息管理：記錄農(nóng)產(chǎn)品銷售的相關(guān)信息，包括農(nóng)產(chǎn)品的銷售者、銷售時間、地點等信息。

（5）農(nóng)產(chǎn)品信息溯源：查詢農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、倉儲、加工、銷售等供應(yīng)鏈中的信息。

系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)設(shè)計

基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)包括農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、倉儲、加工環(huán)境監(jiān)測，農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、倉儲、加工、銷售基本信息記錄，農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、倉儲、加工、銷售信息查詢功能。農(nóng)產(chǎn)品在供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)的環(huán)境監(jiān)測基于無線傳感網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)，農(nóng)產(chǎn)品在供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)的基本信息記錄通過射頻識別技術(shù)實現(xiàn)，農(nóng)產(chǎn)品在供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)的信息查詢通過web技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)實現(xiàn)。

2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計框架圖，如圖2所示。

2.2 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計

農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)主要包括農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈的信息管理與用戶、管理員和數(shù)據(jù)庫之間的信息交互。用戶可以對農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈信息進行查詢操作。管理員可以對農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、倉儲、再加工、銷售信息管理。用戶和管理員對農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)的操作所需要或更改的信息通過系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫之間的信息交換完成，如圖3所示。

2.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

農(nóng)產(chǎn)品追溯系統(tǒng)中農(nóng)產(chǎn)品在供應(yīng)鏈中信息，可以通過數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建農(nóng)產(chǎn)品相關(guān)信息表，包括農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)信息表、農(nóng)產(chǎn)品倉儲信息表、農(nóng)產(chǎn)品再加工信息表、農(nóng)產(chǎn)品銷售信息表。通過這些表可以記錄農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)、倉儲、加工、銷售全供應(yīng)鏈的信息，實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品信息的追溯。

農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)信息表結(jié)構(gòu)，如表1所示。

農(nóng)產(chǎn)品倉儲信息表結(jié)構(gòu)，如表2所示。

農(nóng)產(chǎn)品再加工信息表結(jié)構(gòu)，如表3所示。

農(nóng)產(chǎn)品銷售信息表結(jié)構(gòu)，如表4所示。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)實現(xiàn)

基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)采用RFID技術(shù)來標(biāo)識和記錄農(nóng)產(chǎn)品基本信息，采用 SQLite設(shè)計數(shù)據(jù)庫部分記錄農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈信息，采用WSN技術(shù)部署節(jié)點實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈生產(chǎn)、倉儲環(huán)節(jié)的環(huán)境參數(shù)檢測。

3.1 基于RFID的農(nóng)產(chǎn)品信息記錄模塊

射頻識別 （Radio Frequency Identification） 技術(shù)是一種非接觸的自動識別技術(shù)，它利用射頻信號和空間耦合（電感和電磁耦合）特性，在讀卡器和射頻卡之間進行無線雙向通信，實現(xiàn)自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)采用讀寫器對標(biāo)簽進行讀寫，讀寫器與嵌入式網(wǎng)關(guān)連接。上位機通過串口發(fā)送讀取指令給閱讀器，通過網(wǎng)線讀取存放在網(wǎng)關(guān)上的數(shù)據(jù)庫信息，返回給上位機[3]。

3.2 基于WSN的農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、倉儲環(huán)境信息采集模塊

ZigBee技術(shù)具備低功耗、低成本、低復(fù)雜度、低速率、穩(wěn)定性好、網(wǎng)絡(luò)容量大、時延短、高安全性等特點。從網(wǎng)絡(luò)配置上，ZigBee網(wǎng)絡(luò)中有3種類型的節(jié)點：ZigBee協(xié)調(diào)點、ZigBee路由節(jié)點和ZigBee終端節(jié)點[4]。硬件部分包括基于CC2530芯片設(shè)計的協(xié)調(diào)器模塊、終端采集節(jié)點模塊，控制端的繼電器模塊。軟件部分包括了ZigBee協(xié)議棧以及各節(jié)點模塊的軟件設(shè)計、上位機的設(shè)計和SQLite數(shù)據(jù)庫的設(shè)計。本設(shè)計利用無線射頻網(wǎng)絡(luò)ZigBee技術(shù)構(gòu)建起樹型網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對生產(chǎn)、倉儲環(huán)境的覆蓋，通過終端節(jié)點上的溫濕度傳感器采集溫濕度，光敏傳感器采集光照強度、氣敏傳感器采集氣體濃度，然后將采集數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給上位機，上位機對采集數(shù)據(jù)進行處理，實現(xiàn)生產(chǎn)、倉儲環(huán)境監(jiān)測和控制[5]。

基于Qt[6]開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)實現(xiàn)結(jié)果，如圖4所示。

4 總結(jié)

基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)完成了對農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈中信息采集和環(huán)境監(jiān)測，實現(xiàn)了農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈信息的溯源，能夠滿足消費者及監(jiān)管者對農(nóng)產(chǎn)品追溯的需求，使消費者可以放心食用。

參考文獻(xiàn)

[1] 李健，黃彥博， 陳光，等.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的藜麥可追溯系統(tǒng)的研究與示范[J]. 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2017，39（5）：624-630.

[2] 張鴻濤.物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)及系統(tǒng)應(yīng)用 [M]. （第2版）.北京：機械工業(yè)出版社，2017.

[3] 任曉莉.基于RFID的商品溯源系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 自動化與儀器儀表2015（11）：225-237.

[4] 單洪偉.Zigbee框架體系結(jié)構(gòu)及組網(wǎng)技術(shù)的研究及應(yīng)用[J].電子設(shè)計工程，2014，22（11）：174-176.

[5] 任曉莉.基于物聯(lián)網(wǎng)的倉儲環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)[J]. 計算機與數(shù)字工程，2017，45（4）：783-786.

[6] 霍亞飛. Qt Creator快速入門[M]. （第2版）. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2014.

（收稿日期： 2019.05.28）