食品安全質(zhì)量云服務(wù)系統(tǒng)

尹帥東 孫力飛 何俊 陳劭瓏 王洪偉 張雅萱

摘要：本項(xiàng)目通過電磁卡銷將本項(xiàng)目與待監(jiān)控的食品產(chǎn)品直接連接或與待監(jiān)控的食品產(chǎn)品的包裝機(jī)構(gòu)、運(yùn)輸設(shè)備連接，然后由外部的數(shù)據(jù)錄入設(shè)備通過RFID射頻信號收發(fā)裝置、WIFI無線通訊裝置、Zigbee無線通訊裝置中的任意一種將相關(guān)產(chǎn)品初始信息，然后使安裝了本項(xiàng)目的與待監(jiān)控的食品產(chǎn)品隨著物流系統(tǒng)、營銷系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)輸及銷售活動(dòng)，在與待監(jiān)控的食品產(chǎn)品隨物流系統(tǒng)、營銷系統(tǒng)轉(zhuǎn)運(yùn)及流轉(zhuǎn)過程中，每經(jīng)過一個(gè)環(huán)節(jié)，均可通過RFID射頻信號收發(fā)裝置、WIFI無線通訊裝置、Zigbee無線通訊裝置中的任意一種將該環(huán)節(jié)中相應(yīng)的項(xiàng)目錄入到本項(xiàng)目中，另一方面在通過GNSS衛(wèi)星定位裝置對待監(jiān)控的食品產(chǎn)品的流通路徑進(jìn)行持續(xù)監(jiān)控的同時(shí)，另通過監(jiān)控?cái)z像頭定期或隨機(jī)對待監(jiān)控的食品產(chǎn)品在流通轉(zhuǎn)運(yùn)過程中的周邊環(huán)境項(xiàng)目拍照或視頻采集，從而實(shí)現(xiàn)對待監(jiān)控的食品產(chǎn)品流動(dòng)途徑精確監(jiān)控記錄。

關(guān)鍵詞：電磁卡銷;食品監(jiān)控;網(wǎng)絡(luò);無線通訊;信號收發(fā)

當(dāng)前在食品產(chǎn)品的生產(chǎn)至消費(fèi)流通環(huán)節(jié)中，需要經(jīng)過相對較長的時(shí)間和較多的工序或手續(xù)，但當(dāng)前由于缺乏有效的監(jiān)管手段和工具，從而導(dǎo)致當(dāng)前食品產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)管工作難度巨大，一方面無法對存在安全問題的食品產(chǎn)品的源頭進(jìn)行精確定位，另一方面也無法對導(dǎo)致食品產(chǎn)品質(zhì)量問題發(fā)生的具體環(huán)境進(jìn)行精確定位，從而嚴(yán)重影響了當(dāng)前對食品產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)管工作的難度和效率，并導(dǎo)致當(dāng)前的食品產(chǎn)品安全性存在極大的隱患，因此針對這一問題，迫切需要開發(fā)一種全新的食品安全追蹤監(jiān)管設(shè)備，以滿足實(shí)際使用的需要。該監(jiān)管設(shè)備本新型結(jié)構(gòu)簡單，使用靈活方便，通用性好，一方面具有良好的環(huán)境適應(yīng)能力，靈活的定位能力和續(xù)航運(yùn)行能力，另一方面具有信息讀取編輯便捷、信息采集獲取全面且定位精度高，從而可有效的實(shí)現(xiàn)對食品產(chǎn)品自生產(chǎn)至消費(fèi)過程中的各環(huán)節(jié)信息進(jìn)行持續(xù)采集，便于對食品產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行追蹤監(jiān)控及溯源追蹤管理，從而極大的提高食品安全質(zhì)量管理工作的效率和精度，具有廣闊的市場前景。

1設(shè)備方案設(shè)計(jì)

如圖1食品安全質(zhì)量云服務(wù)系統(tǒng)，包括承載底座1、承載面板2、射頻天線3、RFID射頻信號收發(fā)裝置4、WIFI無線通訊裝置5、Zigbee無線通訊裝置6、GNSS衛(wèi)星定位裝置7、監(jiān)控?cái)z像頭8、太陽能電池板9、電磁卡銷10及主控電路11，其中承載底座1為橫斷面呈“凵”字型槽狀結(jié)構(gòu)，其前端面與承載面板2相互連接并構(gòu)成密閉腔體結(jié)構(gòu)的承載槽12，射頻天線3至少一個(gè)，位于承載槽12內(nèi)并嵌于承載面板2后端面，射頻天線3通過電子開關(guān)電路分別與RFID射頻信號收發(fā)裝置4、WIFI無線通訊裝置5、Zigbee無線通訊裝置6、GNSS衛(wèi)星定位裝置7及主控電路11電氣連接，RFID射頻信號收發(fā)裝置4、WIFI無線通訊裝置5、Zigbee無線通訊裝置6、GNSS衛(wèi)星定位裝置7及主控電路11均嵌于承載槽12內(nèi)并與承載底座1相互連接，且RFID射頻信號收發(fā)裝置4、WIFI無線通訊裝置5、Zigbee無線通訊裝置6、GNSS衛(wèi)星定位裝置7間相互并聯(lián)，并分別與主控電路11電氣連接，主控電路11另分別與監(jiān)控?cái)z像頭8、太陽能電池板9、電磁卡銷10電氣連接，其中監(jiān)控?cái)z像頭8、太陽能電池板9均嵌于承載面板2前端面，電磁卡銷10至少一個(gè)，位于承載槽12外并與承載底座1下端面相互鉸接。

其中，承載底座1、承載面板2間設(shè)至少一個(gè)電子鉛封13，承載底座1內(nèi)設(shè)若干隔板14，并通過隔板14將RFID射頻信號收發(fā)裝置4、WIFI無線通訊裝置5、Zigbee無線通訊裝置6、GNSS衛(wèi)星定位裝置7及主控電路11相互隔離。

此外，所述太陽能電池板9面積為承載面板2前端面面積的50%—90%。

與此同時(shí)，所述承載底座1側(cè)表面設(shè)至少一個(gè)電源接線端子15，且電源接線端子15與主控電路11電氣連接，控制系統(tǒng)11為DSP芯片及FPGA芯片中任意一種為基礎(chǔ)的電路系統(tǒng)，且主控電路11中另設(shè)鋰電池輔助電源16及與鋰電池輔助電源配套的充放電控制電路17。

充放電控制電路17分別與太陽能電池板9、主控電路11及鋰電池輔助電源16電氣連接。

本項(xiàng)目在具體使用中，首先對承載底座、承載面板、射頻天線、RFID射頻信號收發(fā)裝置、WIFI無線通訊裝置、Zigbee無線通訊裝置、GNSS衛(wèi)星定位裝置、監(jiān)控?cái)z像頭、太陽能電池板、電磁卡銷及主控電路進(jìn)行裝配，完成本項(xiàng)目組裝備用。

2工作流程設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)運(yùn)行流程

如圖2所示，本項(xiàng)目在具體實(shí)施中，首先在食品產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)節(jié)，將本項(xiàng)目通過電磁卡銷將本項(xiàng)目與待監(jiān)控的食品產(chǎn)品直接連接或與待監(jiān)控的食品產(chǎn)品的包裝機(jī)構(gòu)、運(yùn)輸設(shè)備連接，然后由外部的數(shù)據(jù)錄入設(shè)備通過RFID射頻信號收發(fā)裝置、WIFI無線通訊裝置、Zigbee無線通訊裝置中的任意一種將相關(guān)產(chǎn)品初始信息，然后使安裝了本項(xiàng)目的與待監(jiān)控的食品產(chǎn)品隨著物流系統(tǒng)、營銷系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)輸及銷售活動(dòng)，在與待監(jiān)控的食品產(chǎn)品隨物流系統(tǒng)、營銷系統(tǒng)轉(zhuǎn)運(yùn)及流轉(zhuǎn)過程中，每經(jīng)過一個(gè)環(huán)節(jié)，均可通過RFID射頻信號收發(fā)裝置、WIFI無線通訊裝置、Zigbee無線通訊裝置中的任意一種將該環(huán)節(jié)中相應(yīng)的項(xiàng)目錄入到本項(xiàng)目中，另一方面在通過GNSS衛(wèi)星定位裝置對待監(jiān)控的食品產(chǎn)品的流通路徑進(jìn)行持續(xù)監(jiān)控的同時(shí)，另通過監(jiān)控?cái)z像頭定期或隨機(jī)對待監(jiān)控的食品產(chǎn)品在流通轉(zhuǎn)運(yùn)過程中的周邊環(huán)境項(xiàng)目拍照或視頻采集，從而實(shí)現(xiàn)對待監(jiān)控的食品產(chǎn)品流動(dòng)途徑精確監(jiān)控記錄。

2.2系統(tǒng)存儲與定位

在進(jìn)行對待檢測食品產(chǎn)品進(jìn)行溯源管理中，可通過RFID射頻信號收發(fā)裝置、WIFI無線通訊裝置、Zigbee無線通訊裝置中的任意一種，一方面在待監(jiān)控的食品產(chǎn)品流轉(zhuǎn)過程中將本項(xiàng)目錄入的待監(jiān)控的食品產(chǎn)品的信息、GNSS衛(wèi)星定位裝置的定位信息和監(jiān)控?cái)z像頭采集的圖像或視頻信息進(jìn)行遠(yuǎn)程傳送至監(jiān)控平臺，實(shí)現(xiàn)對待檢測食品產(chǎn)品持續(xù)監(jiān)控管理，另一方面在待監(jiān)控的食品產(chǎn)品到達(dá)指定檢測位置時(shí)，將本項(xiàng)目錄入的待監(jiān)控的食品產(chǎn)品的信息、GNSS衛(wèi)星定位裝置的定位信息和監(jiān)控?cái)z像頭采集的圖像或視頻信息進(jìn)行遠(yuǎn)程傳送至監(jiān)控平臺，實(shí)現(xiàn)對待檢測食品產(chǎn)品進(jìn)行溯源管理。

2.3系統(tǒng)電力供給

在運(yùn)行過程中，一方面可通過外部電源對本項(xiàng)目進(jìn)行電能供應(yīng)，另一方面也可通過太陽能電池板對本項(xiàng)目運(yùn)行進(jìn)行電能供應(yīng)。

3項(xiàng)目開發(fā)

3.1開發(fā)平臺

利用c/c++編程語言進(jìn)行相關(guān)交互和功能實(shí)現(xiàn)的開發(fā)，其編程語言特點(diǎn)速度快，面向?qū)ο笈c過程，有大量開源庫可使用，滿足了云服務(wù)系統(tǒng)的開發(fā)功能要求。

3.2無線裝置的相關(guān)使用

Zigbee無線通訊裝置，數(shù)據(jù)傳輸速率低：10Kb/s～250Kb/s，專注于低速率傳輸應(yīng)用功耗低：在低功耗待機(jī)模式下，兩節(jié)普通 5號電池可使用 6～24 個(gè)月，成本低：Zigbee 數(shù)據(jù)傳輸速率低，協(xié)議簡單，所以大大降低了成本，網(wǎng)絡(luò)容量大：網(wǎng)絡(luò)可容納 65000 個(gè)設(shè)備，延時(shí)短：典型搜索設(shè)備時(shí)延為 30ms，休眠激活時(shí)延為 15ms，活動(dòng)設(shè)備信道接入時(shí)延為15ms。網(wǎng)絡(luò)的自組織、自愈能力強(qiáng)，通信可靠數(shù)據(jù)安全：Zigbee 提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和健全功能，采用 AES-128 加密算法（美國新加密算法，是目前最好的文本加密算法之一） ，各個(gè)應(yīng)用可靈活確定其安全屬性，ZigBee 技術(shù)在低功耗、低成本和組網(wǎng)能力具有無可比擬的應(yīng)用優(yōu)勢。

RFID無線射頻技術(shù)，基于物聯(lián)網(wǎng)，傳統(tǒng)電信網(wǎng)，讓一般所有能夠獨(dú)立尋址的物理對象進(jìn)行信息互聯(lián)。通俗點(diǎn)概括，就是條碼掃描進(jìn)階成為了無線感應(yīng)。其所具備的遠(yuǎn)距離讀取、高儲存量等特性。

WIFI無線通信技術(shù)是一種可以將個(gè)人電腦、手持設(shè)備（如 PDA、手機(jī)）等終端以無線方式互相連接的技術(shù)，客戶可通過手機(jī)終端的條碼，來與云服務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行交互。

4結(jié)語

設(shè)計(jì)食品安全云系統(tǒng)能有效的實(shí)現(xiàn)對食品產(chǎn)品自生產(chǎn)至消費(fèi)過程中的各環(huán)節(jié)信息進(jìn)行持續(xù)采集，便于對食品產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行追蹤監(jiān)控及溯源追蹤管理。該系統(tǒng)能夠針對食品進(jìn)行定向追蹤與記錄功能，并通過監(jiān)控系統(tǒng)和定位發(fā)送系統(tǒng)發(fā)送視頻定位，確保食品的安全。此外，還采用電磁卡銷，將食品的運(yùn)輸信息進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄與定位，方便用戶進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)管。該系統(tǒng)具有使用靈活方便，通用性好，一方面具有良好的環(huán)境適應(yīng)能力，靈活的定位能力和續(xù)航運(yùn)行能力顯著等特點(diǎn)，對食品安全監(jiān)督設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。

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基金支持

該項(xiàng)目獲得遼寧科技大學(xué)2020年期大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃支持，項(xiàng)目編號（202010146389）