李宇才

（婁底職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南婁底，417000）

基于物聯(lián)網(wǎng)的食品溯源系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李宇才

（婁底職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南婁底，417000）

近些年來(lái)，食品追溯系統(tǒng)作為控制食品質(zhì)量安全的有效方法在國(guó)內(nèi)外日益受到重視。而且在社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展與居民生活質(zhì)量水平不斷提升下，對(duì)于食品的安全提出了嚴(yán)格要求。文章首先對(duì)食品溯源系統(tǒng)中的物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行介紹，然后依據(jù)需求完成系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)，從而落實(shí)基于物聯(lián)網(wǎng)食品追溯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。

食品安全；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；溯源系統(tǒng)；設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1 食品溯源系統(tǒng)中的物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

食品溯源系統(tǒng)中關(guān)鍵技術(shù)主要集中在物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集層，用于識(shí)別和標(biāo)識(shí)流通過(guò)程中的特殊業(yè)務(wù)信息以及人員身份。

1.1 二維碼技術(shù)

對(duì)于各類條碼來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)目前最常見(jiàn)的是一維條碼，比較常用的一維碼類型有UPC碼、Codebar碼、交叉25碼和EAN碼等。一維碼的存儲(chǔ)空間只能夠在一寸存儲(chǔ)十幾個(gè)字符，當(dāng)掃描器在掃到條碼信息之后就會(huì)把信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中，并通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)的反饋信息來(lái)查找必要的信息。因此，對(duì)于一維碼來(lái)說(shuō)，它對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的依賴性是比較大的，但是由于其防偽和安全性比較差，所以就出現(xiàn)了二維碼。在十九世紀(jì)八十年代，Code49問(wèn)世，它是世界上第一個(gè)二維條碼，是一種存儲(chǔ)空間比較大，防偽性能比較高的條碼，字符集不僅有數(shù)字還包括了特殊字符，總共由49個(gè)字符構(gòu)成。

1.2 RFID技術(shù)

RFID是Radio Frequency Identification的縮寫(xiě)即無(wú)線射頻識(shí)別，是一種通過(guò)閱讀器發(fā)射的無(wú)線射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別標(biāo)識(shí)對(duì)象并獲取其攜帶信息的技術(shù)。屬于非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，能夠快速地對(duì)物品進(jìn)行識(shí)別和信息的讀寫(xiě)。一個(gè)RFID一般由閱讀器和能夠附著于標(biāo)識(shí)對(duì)象上的RFID標(biāo)簽(電子標(biāo)簽)組成，其原理是利用電磁貌合原理通過(guò)無(wú)線射頻信號(hào)把存儲(chǔ)在RFID標(biāo)簽中的信息發(fā)送到閱讀器中。RFID能夠?qū)崿F(xiàn)標(biāo)識(shí)對(duì)象的信息被動(dòng)收集與其他自動(dòng)識(shí)別技術(shù)如生物識(shí)別、磁卡、條形碼、IC卡相比，RFID具備非接觸式的讀寫(xiě)、機(jī)械磨損小、識(shí)讀距離可調(diào)(從幾厘米到十幾米)、使用壽命長(zhǎng)、對(duì)高速運(yùn)動(dòng)物體的快速識(shí)別、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、操控容易以及多個(gè)標(biāo)簽的同時(shí)識(shí)別等諸多技術(shù)特點(diǎn)。

1.3 IC卡商戶身份標(biāo)識(shí)技術(shù)

IC卡與讀寫(xiě)器之間的通訊方式可以是接觸式，也可以是非接觸式。IC卡由于其固有的信息安全、便于攜帶、比較完善的標(biāo)準(zhǔn)化等優(yōu)點(diǎn)，在身份認(rèn)證、銀行、電信、公共交通、車場(chǎng)管理等領(lǐng)域正得到越來(lái)越多的應(yīng)用，一般常見(jiàn)的IC卡采用射頻技術(shù)與支持IC卡的讀卡器進(jìn)行通訊。IC卡具有以下優(yōu)點(diǎn):存儲(chǔ)容量大。磁卡的存儲(chǔ)容量大約在200個(gè)字符；IC卡的存儲(chǔ)容量根據(jù)型號(hào)不同，小的幾百個(gè)字符，大的上百萬(wàn)個(gè)字符。安全保密性好，不容易被復(fù)制，IC卡上的信息能夠隨意讀取、修改、擦除，但都需要密碼。IC卡能廣泛應(yīng)用于金融、電信、交通、商貿(mào)、社保、稅收、醫(yī)療、保險(xiǎn)等方面，幾乎涵蓋所有的公共事業(yè)領(lǐng)域。在批零環(huán)節(jié)，主要采用IC卡技術(shù)作為肉品追溯信息的載體，比如白條出場(chǎng)時(shí)其屠宰環(huán)節(jié)的追溯信息會(huì)寫(xiě)入IC卡，在零售交易時(shí)會(huì)與IC卡中的追溯信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)完整的追溯信息鏈。

2 食品溯源系統(tǒng)架構(gòu)

近年來(lái)，食品溯源系統(tǒng)在農(nóng)畜產(chǎn)品、蔬菜供應(yīng)等方面已經(jīng)得到了規(guī)?；瘧?yīng)用?，F(xiàn)階段由于成本等因素的制約，在大部分系統(tǒng)中采用二維碼與RFID標(biāo)簽相結(jié)合的溯源方式。消費(fèi)者通過(guò)掃描二維碼訪問(wèn)食品信息溯源系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心獲取食品相關(guān)參數(shù)。而在生產(chǎn)加工和流通節(jié)，廠家通過(guò)打印二維碼在產(chǎn)品包裝上，或裝箱時(shí)用RFID標(biāo)簽同步記錄食品數(shù)據(jù)，并在打印編碼、錄入信息、掃描條碼的同時(shí)將相關(guān)數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器。

3 食品追溯系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 食品可追溯系統(tǒng)組成

（1）生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控和信息數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。利用設(shè)置在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的所有生產(chǎn)流水線相關(guān)監(jiān)控?cái)z像機(jī)，把食品從生產(chǎn)至包裝的所有流程，依據(jù)日期進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控記錄，同時(shí)將采集的視頻信息完成分類整合，把視頻信息有效存儲(chǔ)于信息數(shù)據(jù)庫(kù)中，然后把食品相應(yīng)保質(zhì)期最長(zhǎng)時(shí)間合理完成食品更新和刪除。同時(shí)應(yīng)用RFID 技術(shù)對(duì)信息數(shù)據(jù)完成實(shí)時(shí)收集，把信息統(tǒng)一儲(chǔ)存于數(shù)據(jù)庫(kù)中，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理于查詢。

（2）輸鏈條的信息采集和質(zhì)控系統(tǒng)。而運(yùn)輸鏈條的信息采集和質(zhì)控系統(tǒng)包含了運(yùn)輸鏈條的物聯(lián)網(wǎng)信息數(shù)據(jù)采集與運(yùn)輸鏈條的質(zhì)控系統(tǒng)。其中運(yùn)輸鏈條的物聯(lián)網(wǎng)信息數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般要對(duì)運(yùn)輸環(huán)節(jié)進(jìn)行信息采集，然后利用RFID 技術(shù)完成實(shí)時(shí)信息收集，并且保存于數(shù)據(jù)庫(kù)中，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理于查詢。而運(yùn)輸鏈條的質(zhì)控系統(tǒng)通常是完成運(yùn)輸鏈條有關(guān)信息的查詢與維護(hù)。

（3）銷售鏈條的信息采集和質(zhì)控系統(tǒng)。其包含了銷售鏈條的物聯(lián)網(wǎng)信息數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與運(yùn)輸鏈條的質(zhì)控系統(tǒng)。其中銷售鏈條的物聯(lián)網(wǎng)信息數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需要完成銷售環(huán)節(jié)相關(guān)信息的采集，然后選擇RFID 技術(shù)針對(duì)信息完成實(shí)時(shí)收集，并且同意保存于數(shù)據(jù)庫(kù)中，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理于查詢。另外銷售鏈條的質(zhì)控系統(tǒng)需要完成銷售鏈條有關(guān)信息的查詢與維護(hù)。

3.2 傳感層設(shè)計(jì)

首先是傳感層的數(shù)據(jù)交互設(shè)計(jì)。系統(tǒng)應(yīng)該先利用RFID閱讀器與低頻標(biāo)簽進(jìn)行測(cè)試。比如說(shuō)禽類蛋產(chǎn)品，因?yàn)闃?biāo)簽中存儲(chǔ)的主要內(nèi)容是雞蛋編號(hào)信息，所以要保留16 位讀寫(xiě)位數(shù)，而16 位中應(yīng)該預(yù)留出8位保留相應(yīng)雞蛋編號(hào)。同時(shí)為了完成標(biāo)簽可以重復(fù)應(yīng)用，此編號(hào)應(yīng)該利用讀寫(xiě)器向標(biāo)簽合理發(fā)送特定指令完成修改。其次是讀寫(xiě)器作業(yè)流程設(shè)計(jì)。讀寫(xiě)器作業(yè)流程為實(shí)現(xiàn)傳感層交互的重點(diǎn)。

3.3 人機(jī)界面設(shè)計(jì)

手機(jī)系統(tǒng)主界面應(yīng)該選擇綠色作為背景，這樣可以為用戶創(chuàng)造一種自然感覺(jué)。應(yīng)用草綠色表示生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)信息，寓意生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)清新；而選擇橘黃色表示運(yùn)輸信息，寓意運(yùn)輸快捷與高效；選擇深綠色表示市場(chǎng)銷售狀況，寓意市場(chǎng)銷售干凈與可靠。另外，對(duì)于信息查詢界面而言，界面設(shè)計(jì)應(yīng)該依據(jù)上述色塊進(jìn)行選取，這樣能夠使信息有效傳遞，并且確保應(yīng)用客戶聲明信息的統(tǒng)一性。

4 基于物聯(lián)網(wǎng)的食品追溯系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

4.1 RFID閱讀器與標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)

RFID閱讀器主要應(yīng)用井上閱讀器與標(biāo)簽。而井上讀寫(xiě)器與標(biāo)簽可以滿足基于物聯(lián)網(wǎng)的食品可追溯系統(tǒng)需求，同時(shí)應(yīng)用java語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)RFID串口的通訊。目前通用的Java串口通訊的相關(guān)接口是comm.jar，接口的通訊包能夠提供串口相關(guān)操作方。因?yàn)殚_(kāi)發(fā)及其為64 位的操作系統(tǒng)，所以應(yīng)該選擇RXTXcomm. jar，同時(shí)RXTXcomm.jar和comm.jar的內(nèi)部接口一致，存在的區(qū)別就是實(shí)現(xiàn)方法，所以不需要考慮功能與調(diào)用方式的差異。

4.2 二維條形碼識(shí)別

二維條形碼相應(yīng)掃描運(yùn)用在消費(fèi)人員的Android客戶端，主要選擇開(kāi)源ZXING作為前提的二維條碼先進(jìn)掃描技術(shù)?；谖锫?lián)網(wǎng)的食品可追溯系統(tǒng)能夠?qū)σ痪S條形碼和QR 碼以及PDF417碼等相關(guān)碼制完成掃描與識(shí)別。在進(jìn)行實(shí)現(xiàn)時(shí)，手機(jī)系統(tǒng)把調(diào)用照相機(jī)的硬件完成設(shè)置，在合理設(shè)置過(guò)后就會(huì)自動(dòng)對(duì)焦完成二維碼的有效掃描。同時(shí)在掃描完成之后，就要對(duì)條碼完成圖片處理和信息讀取以及信息驗(yàn)證等。

5 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前食品安全問(wèn)題對(duì)一個(gè)國(guó)家或者地區(qū)的食品安全防控能力構(gòu)成了新的挑戰(zhàn)。本文在介紹食品溯源系統(tǒng)所用到的關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了基于物聯(lián)網(wǎng)的食品溯源系統(tǒng)，對(duì)提高現(xiàn)有食品溯源系統(tǒng)的實(shí)用性具有較大的借鑒意義。為農(nóng)產(chǎn)品在生產(chǎn)、銷售過(guò)程中的信息化水平提供了支撐平臺(tái)，在方便消費(fèi)者溯源的同時(shí)，也為企業(yè)和監(jiān)管部門(mén)對(duì)食品安全管理提供了優(yōu)質(zhì)、高效的服務(wù)平臺(tái)。

[1]孫明.基于物聯(lián)網(wǎng)的食品溯源系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)[J].中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，2015.

[2]王梅.基于物聯(lián)網(wǎng)的食品物流安全追蹤方法研究[J].網(wǎng)絡(luò)與信息化，2014（33）.

[3]付雄新等.基于RFID的食品安全監(jiān)管系統(tǒng)[J].科技技術(shù)與工程，2009（13）.

Design and implementation of food traceability system based on Internet of things

Li Yucai
（Loudi Vocational and Technical College,Loudi Hunan,417000）

This article first introduces the key technologies of food traceability system,and then according to the requirements of the system to complete the specific design,so as to implement the food traceability system based on Internet of things.

food safety;Internet of things technology;traceability system;design and Implementation

本文為2016年婁底市科技局項(xiàng)目：基于物聯(lián)網(wǎng)的食品溯源系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)；湖南省教育廳一般項(xiàng)目：高職院校掌上教務(wù)信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)（編號(hào)：16C1350）；婁底職業(yè)技術(shù)學(xué)院項(xiàng)目：基于云計(jì)算的高校網(wǎng)絡(luò)教育平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的研究成果。

李宇才(1970-)，婁底職業(yè)技術(shù)學(xué)院，碩士研究生，講師，研究方向：主要從事高職教學(xué)管理，計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)。