基于物聯網技術的農產品追溯系統設計

周正貴

(安徽商貿職業技術學院電子信息工程系，安徽 蕪湖 241002)

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基于物聯網技術的農產品追溯系統設計

周正貴

(安徽商貿職業技術學院電子信息工程系，安徽 蕪湖 241002)

當前我國農產品安全問題層出不窮，一旦出現食品安全事故，難以追溯原因。物聯網技術集成了傳感器技術、網絡技術、軟件技術為一體，為我國農業信息化提供了新型技術基礎。利用物聯網技術研究了農產品追溯系統，主要采用ZigBee技術、RFID技術等物聯網核心技術設計了農產品生產種植、農產品生產流通及農產品追溯環節的軟硬件系統架構。該系統能實時查詢農產品追溯信息，為我國食品安全溯源提供依據，可提高農產品安全質量。

ZigBee；農業產品追溯系統；物聯網

隨著物聯網技術逐步應用在各行各業，食品安全檢測技術信息化也將是大勢所趨。當前，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，如何利用物聯網技術保障農產品的安全性，并利用新技術追溯農產品流通、監控食品生產加工、運輸、零售等環節，是當前食品安全檢測信息化重點研究內容之一。

1 物聯網技術概述

物聯網技術是指利用傳感技術、RFID技術等獲取感知信息，大量感知信息流入網絡匯聚端口，應用層對海量數據進行計算處理，最終為智慧決策提供可靠依據，從而實現閉環系統智能處理控制。農產品追溯系統通過選擇合適的傳感器獲取感知信息，如土壤溫濕度、光照、二氧化碳氣體含量等感知器件，獲取農產品的環境生長信息為自動灌溉、補光等提供實時數據。下面介紹幾種物聯網關鍵技術。

1)無線通信技術。無線通信(Wireless communication)是利用電磁波信號可以在自由空間中傳播的特性進行信息交換的一種通信方式。物聯網應用系統中廣泛使用的近距離無線通信方式有藍牙、WiFi、ZigBee等，具體特點見表1。

表1 幾種常用近距離無線通信技術比較

2)射頻識別RFID(Radio Frequency Identification)技術。RFID技術是一種通信技術，可通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數據，而無需識別系統與特定目標之間建立機械或光學接觸，按照使用頻段可分為低頻、高頻、超高頻和微波，可應用于食品生產跟蹤、運輸、倉儲等環節。

2 農產品生產種植環節

圖1 農產品生產種植環節感知層電路框圖

要獲取農產品種植源頭信息并實現智慧種植，需在種植環境中部署硬件基礎設施。如農產品種植區域全面覆蓋視頻監控，安裝土壤濕度、光照等環境信息采集傳感器，種植人員把種植過程中施肥、用藥、采摘等環節自動錄入專用數據庫中。筆者使用ZigBee無線通信技術組建感知層數據采集和智能控制網絡，每種傳感器連接一個ZigBee節點，控制設備如噴水電機、補光燈等分別連接ZigBee節點，采用點對點通信方式組建網絡，協調器接收感知數據和發送控制命令至控制設備，電路框圖如圖1所示。

2.1 感知層硬件節點電路設計

感知層數據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單周期兼容內核，具有3種不同總線訪問形式，功耗低，且具備一個IEEE802.15.4(ZigBee規范基礎)兼容無線收發器，提供一個連接外部設備的端口，無線設備還包括數據包過濾模塊和地址識別模塊，支持ZigBee無線通信。ZigBee作為一種短距離無線通信技術，其網絡組建支持多種拓撲結構、數據傳輸穩定、低復雜度等特征，廣泛被應用在物聯網系統中。CC2530節點電路如圖2所示，使用P0端口連接土壤濕度、光照強度、溫度等傳感器，P1口部分端口連接執行器件，由RF引腳完成無線通信功能。

圖2 CC2530節點電路圖

2.2 ZigBee網絡組建過程

圖3 ZigBee網絡組建數據流程圖

圖4 農產品生產流通環節數據流程圖

圖5 農產品生產數據采集系統

圖6 農產品追溯環節數據流程圖

感知層ZigBee網絡，由于部署節點數量有限，采用點對點通信模式。網絡中節點含有協調器、傳感器節點、執行器節點3種類型，組網前節點網絡號、頻段號設置一致，節點本身地址不同，先給協調器通電，其他節點依次通電，自動組建網絡。協調器接收傳感器數據，并自動送給上位機數據庫保存，并接收上位機命令自動控制是否打開對應執行器件。ZigBee網絡組建數據流程圖如圖3所示。

3 農產品生產流通環節

農產品成熟后下一環節為生產流通階段。物聯網技術的合理使用，可使得農產品供應商自覺科學合理的種植產品，可追蹤生產流通各環節信息。通過條碼技術記錄產品的種植時間、種植人、施肥人、用藥人、采摘人等種植環節重要信息，同時記錄農業部門及其他食品安檢部門每次檢驗時間、檢驗地點、檢驗人員、檢驗結論等信息。因此，該階段主要是制作電子標簽階段，由農業部門安檢人員制作。對于同一類農產品，為每箱統一制作電子標簽，價值高的農產品可每個產品制作電子標簽、入庫標簽、車輛運輸標簽等均要記錄相關人員信息，為追溯提供可靠生產流通環節數據源。農產品生產流通環節數據流程圖如圖4所示，人工登記種植戶信息和檢驗信息，系統可自動生成各種標簽信息。

筆者使用winform和Android開發農產品流通數據采集系統，如圖5所示。人工錄入種植相關信息，并可利用系統制作單個產品、裝箱、入庫、物流等標簽，如點擊種植戶信息按鈕，可手工添加種植戶信息，并送數據庫保存。系統界面簡潔，流程清晰，便利操作。

4 農產品追溯環節

為實現農產品追溯，需設計追溯數據庫，記錄農產品生產種植、生長視頻監控、生產流通等環節數據，并開發專業網頁版和手機版訪問界面，數據存放到智慧農業云平臺，制作統一的追溯條碼標準，為每種農產品制定溯源檔案。消費者利用追溯終端設備(如條碼掃描槍等)讀取追溯碼，追溯碼根據條碼內容自動讀取該農產品生產流通各環節重要信息，并可登陸智慧農業云平臺，跟蹤查詢農產品從種植到成熟全過程，如查詢生長期圖片、肥料農業實用情況、關鍵疫苗數據等，真正做到全程視頻監控，消費者也可利用云平臺預訂農產品，為消費者提供便利。具體追溯環節數據流程圖如圖6所示，自動讀取追溯碼，系統中可顯示種植、加工等信息。

使用winform和Android開發農產品流通數據采集系統，如圖7所示?？衫脳l碼掃描槍自動掃描追溯碼信息，并在界面上顯示種植信息、加工信息、產品倉儲等追蹤信息，實現智能追蹤功能。

圖7 winform和Android開發農產品流通數據采集系統

5 結語

農產品質量安全問題已成為國家和國民關注的焦點問題，物聯網技術可以追溯農產品種植至消費各環節信息，隨著條碼技術、數據庫技術、傳感技術等不斷發展，為追溯系統提供了可靠的技術保障。通過實施追溯平臺，監管人員可對實時查看農產品種植到流通各環節信息，規范了種植、銷售人員的行為，提高了安全追溯管理水平；利用移動終端進行溯源，易于推廣，溯源效率明顯提高，有利于提高農產品種植產業整體水平提升，推動了農產品標準化生產進程，建立健全產品記錄檔案。但農產品追溯也存在一系列問題需進一步解決，如國家需要統一規范食品追溯條碼準則、利用云平臺統一設計追溯平臺、引入國外成熟的供應鏈管理系統等。

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[編輯] 張濤

2016-06-26

安徽省教育廳自然科學研究重點項目(KJ2016A254)；安徽省質量工程專業綜合改革試點項目(2015zy118)。

周正貴(1984-)，男，碩士，講師，現主要從事物聯網應用技術方面的教學與研究工作；E-mail:357207186@qq.com。

TN929.5

A

1673-1409(2016)28-0071-04

[引著格式]周正貴.基于物聯網技術的農產品追溯系統設計[J].長江大學學報(自科版)，2016,13(28)：71～74.