基于物聯網的食品追溯系統設計與實現

王 龍，張競超，武 堯

（山西農業大學 信息學院，山西 晉中 030800）

加強食品安全與食品行業的監督管理，應該把食品生產和運輸以及銷售等所有環節進行連接，這樣可以保證食品產業鏈中所有環節信息公正化與透明化，同時還要對食品的安全管理體系與監督管理模式進行改進與完善。而基于物聯網的食品追溯系統，能夠對食品各個生產流程進行整理和規范，應用現代化物聯網技術，實施食品生產和運輸以及銷售等各個環節信息數據的采集，并且消費人員能夠利用手機客戶端與網絡等相關模式查詢食品相關生產和運輸等信息數據，進而有效避免出現食品安全問題。另外，基于物聯網的食品追溯系統能夠為食品安全問題提供合理處理思路。

一、應用技術分析

（一）RFID

其主要應用射頻信號經過空間耦合進行無接觸信息的傳遞，并且利用傳遞的相關信息實現識別的技術。其中射頻識別技術并不需要人工操作，從而在一定程度上增強信息數據識別的實時性與可靠性。對于食品可追溯系統而言，RFID能夠應用在食品即時信息識別，有效減小人力成本，并且提高食品經過所有環節的速度。一般情況下，R FID主要由標簽和讀寫器以及應用軟件系統構成，其中標簽由耦合元件和天線以及芯片構成，功能就是存儲相關數據信息。而由耦合元件和天線等構成的讀寫器，功能為讀取或是寫入標簽相關內容，同時和應用軟件交互，實現信息數據的傳輸。另外，應用軟件系統為應用層的軟件，通常是完成讀寫器采集的信息數據更為深層處理。

（二）數據交互技術

在服務器和Android應用間，一般要利用特定的信息數據交換格式，從而便于實現雙方信息數據的交換，而數據的交換格式包含XML與JSON。基于物聯網的食品追溯系統選擇的是JSON信息數據交換技術。XML指的是可拓展的標記語言，應用在標記電子文件中，可以使其具備結構性。該語言和HTML語言比較類似，即各個點其允許用戶實現自定義標簽，具備良好的擴展性。而JSON屬于輕量級信息數據交換格式，一般情況下，JSON應用的為完全獨立和語言文本格式，因此便于閱讀與編寫。JSON主要有數組與對象兩種格式。從XML與JSON方面而言，能夠利用更為精簡文字信息有效表達更多的內容，在一定程度上降低了攜帶信息數據的大小，而且也降低信息數據傳輸時間，明顯提升信息數據的傳輸效率。對此，在食品科追溯系統設計中應用了JSON信息數據交換格式。

二、食品追溯系統設計

（一）食品可追溯系統組成

其一，生產現場視頻監控和信息數據采集系統。利用設置在生產現場的所有生產流水線相關監控攝像機，把食品從生產至包裝的所有流程，依據日期進行嚴格監控記錄，同時將采集的視頻信息完成分類整合，把視頻信息有效存儲于信息數據庫中，然后把食品相應保質期最長時間合理完成食品更新和刪除。生產現場物聯網的信息數據采集系統，其通常要對生產現場所有環節進行信息采集，主要包含信息采集有關要求，同時應用RFID技術對信息數據完成實時收集，把信息統一儲存于數據庫中，實現統一管理于查詢。其二，運輸鏈條的信息采集和質控系統。而運輸鏈條的信息采集和質控系統包含了運輸鏈條的物聯網信息數據采集與運輸鏈條的質控系統。其中運輸鏈條的物聯網信息數據采集系統一般要對運輸環節進行信息采集，然后利用RFID技術完成實時信息收集，并且保存于數據庫中，實現統一管理于查詢。而運輸鏈條的質控系統通常是完成運輸鏈條有關信息的查詢與維護。其三，銷售鏈條的信息采集和質控系統。其包含了銷售鏈條的物聯網信息數據采集系統與運輸鏈條的質控系統。其中銷售鏈條的物聯網信息數據采集系統需要完成銷售環節相關信息的采集，然后選擇RFID技術針對信息完成實時收集，并且同意保存于數據庫中，實現統一管理于查詢。另外銷售鏈條的質控系統需要完成銷售鏈條有關信息的查詢與維護。其四，信息綜合管理系統。其一般是對平臺中全部信息進行綜合管理，包含了平臺中信息所有子系統相關條件查詢與視頻調用等相關基本操作，還能夠在一定權限下完成信息數據的維護，但是維護工作應該具備權限控制，同時要對維護時間與修改技術人員等進行記錄，維護的相關歷史數據要進行備份。

（二）傳感層設計

首先是傳感層的數據交互設計。系統應該先利用RFID閱讀器與低頻標簽進行測試。比如說禽類蛋產品，因為標簽中存儲的主要內容是雞蛋編號信息，所以要保留16位讀寫位數，而16位中應該預留出8位保留相應雞蛋編號。同時為了完成標簽可以重復應用，此編號應該利用讀寫器向標簽合理發送特定指令完成修改。其次是讀寫器作業流程設計。讀寫器作業流程為實現傳感層交互的重點，而讀寫器具體作業流程見圖1所示。

圖1 讀寫器作業流程

而讀寫器在編寫標簽數據過程中，會先接收用戶想要寫入的信息數據，在獲取數據之后讀寫器就會依據信息數據有效計算出CRC校驗位，同時校驗結果和信息數據構成發送指令，這時指令就會發送到標簽進行處理。另外，讀寫器在閱讀標簽過程中，應該重新對CRC校驗位以及信息數據CRC的校驗位進行計算，在確認沒有錯誤之后發送至用戶，若是CRC的校驗位不滿足要求，就應該返回錯誤標識。

（三）人機界面設計

手機系統主界面應該選擇綠色作為背景，這樣可以為用戶創造一種自然感覺。應用草綠色表示生產現場信息，寓意生產現場清新；而選擇橘黃色表示運輸信息，寓意運輸快捷與高效；選擇深綠色表示市場銷售狀況，寓意市場銷售干凈與可靠。另外，對于信息查詢界面而言，界面設計應該依據上述色塊進行選取，這樣能夠使信息有效傳遞，并且確保應用客戶聲明信息的統一性。

（四）服務端設計

Android客戶端實施二維碼掃描，而且客戶端把二維碼的掃描結果利用URI模式發送至服務器，這樣服務端就能夠對基本信息進行查詢。通常情況下，基本信息主要包含了產品編碼與產品名稱以及生產日期等多方面信息。而查詢的結果主要利用JSON格式傳遞至Android客戶端，同時在客戶端實現相關顯示。

三、基于物聯網的食品追溯系統實現

（一）硬件設備

基于物聯網的食品追溯系統必須要有硬件的支撐，比如說路由器和交換機以及服務器等，此系統需要應用的硬件設備見表1所示。

表1 硬件設備

（二）軟件設備

基于物聯網的食品可追溯系統軟件環境主要包含了操作系統與數據庫以及開發工具等。在食品科追溯系統中，各個軟件設備的版本與功能都存在一定差異，具體見表2所示。

表2 軟件設備

（三）RFID閱讀器與標簽實現

RFID閱讀器主要應用井上閱讀器與標簽。而井上讀寫器與標簽可以滿足基于物聯網的食品可追溯系統需求，同時應用java語言實現RFID串口的通訊。目前通用的Java串口通訊的相關接口是comm.jar，接口的通訊包能夠提供串口相關操作方。因為開發及其為64位的操作系統，所以應該選擇 RXTXcomm.jar，同時 RXTXcomm.jar和 comm.jar的內部接口一致，存在的區別就是實現方法，所以不需要考慮功能與調用方式的差異。

（四）二維條形碼識別

二維條形碼相應掃描運用在消費人員的Android客戶端，主要選擇開源ZXING作為前提的二維條碼先進掃描技術。基于物聯網的食品可追溯系統能夠對一維條形碼和QR碼以及PDF417碼等相關碼制完成掃描與識別。在進行實現時，手機系統把調用照相機的硬件完成設置，在合理設置過后就會自動對焦完成二維碼的有效掃描。同時在掃描完成之后，就要對條碼完成圖片處理和信息讀取以及信息驗證等。

（五）人機界面實現

界面應用表格布局，把界面主要分成四行。其中第一行主要顯示文字，把生產現場相關信息在value.xml文件中完成設置，并且在第一行和第二行間設置一條橫線，主要分割標題和顯示的內容。第二行選擇ListView，一般顯示具體的基本信息，而基本信息的加載為動態的，生產現場信息要從服務器總的JSON文件獲取，而手機客戶端把JSON信息數據實施解析過后，依據相關格式完成填寫。第三行包含兩列，主要展示生產現場的信息與運輸各個環節的按鈕，而按鈕選擇圖片進行顯示，對此應用ImageButton。另外，第四行顯示為銷售信息，依然選擇ImageButton當作超鏈接。

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