基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的食品溯源系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

洪小宇　謝滿　陳楊楊

(東莞理工學(xué)院　計(jì)算機(jī)學(xué)院，廣東東莞　523808)

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基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的食品溯源系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

洪小宇謝滿陳楊楊

(東莞理工學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院，廣東東莞523808)

摘要：食品安全危機(jī)頻繁發(fā)生，嚴(yán)重威脅著人們的生命健康。從整個(gè)食品生產(chǎn)過程中的養(yǎng)殖種植、食品加工、食品冷藏、售后溯源等環(huán)節(jié)出發(fā)，綜合運(yùn)用ZigBee、RFID、Android等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)，分析并設(shè)計(jì)了一種食品溯源系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)食品供應(yīng)鏈全過程的場(chǎng)景模擬。

關(guān)鍵詞：食品安全；溯源；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

近年來，食品安全“門”事件不斷發(fā)生，嚴(yán)重威脅著人們的生命健康，食品安全日益受到各國政府和消費(fèi)者的關(guān)注[1]。系統(tǒng)從現(xiàn)實(shí)問題出發(fā)，綜合利用ZigBee、RFID、Android等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)，分析并設(shè)計(jì)了一種食品溯源系統(tǒng)。

1系統(tǒng)分析

整個(gè)食品生產(chǎn)過程包括養(yǎng)殖種植、食品加工、食品冷藏、售后溯源等環(huán)節(jié)[2]。系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)食品生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集及追蹤，使其透明化，實(shí)現(xiàn)對(duì)食品質(zhì)量的全面監(jiān)控。

1)養(yǎng)殖種植：屬于食品生產(chǎn)階段，對(duì)育苗進(jìn)行登記(包括：品種、產(chǎn)地、飼料類型等)，并初始化標(biāo)示信息的溯源碼(二維碼及RFID標(biāo)簽)[3]。生產(chǎn)環(huán)境數(shù)據(jù)，如溫濕度、光照等，采用ZigBee無線傳感網(wǎng)進(jìn)行采集，終端節(jié)點(diǎn)通過外接傳感器(如：溫濕度、光敏傳感器)，采集并發(fā)送數(shù)據(jù)給ZigBee協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器再轉(zhuǎn)發(fā)給中心服務(wù)器并存儲(chǔ)[4]。

2)食品加工：讀取RFID標(biāo)簽中存儲(chǔ)的信息，在系統(tǒng)中登記相關(guān)的加工信息，并將ZigBee無線傳感網(wǎng)采集的加工環(huán)境數(shù)據(jù)以及WiFi攝像頭實(shí)時(shí)監(jiān)控的加工環(huán)境視頻等同步上傳到中心服務(wù)器[5]。

3)食品冷藏：加工后的食品入庫，登記入庫時(shí)間，采用ZigBee無線傳感網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)冷藏庫的溫濕度，把入庫環(huán)境等信息登記到系統(tǒng)。冷藏庫管理系統(tǒng)也可通過采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)，都環(huán)境溫濕度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。

4)售后溯源：當(dāng)用戶拿到食品時(shí)，通過手機(jī)客戶端掃描包裝上二維碼，進(jìn)行溯源查詢，可獲得食品生產(chǎn)全過程的數(shù)據(jù)資料[6]。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1)基于上文的系統(tǒng)分析，系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，主要包括4個(gè)功能模塊。

圖1　系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

2)在系統(tǒng)開發(fā)過程中，主要采用了ZigBee無線傳感網(wǎng)，ZigBee節(jié)點(diǎn)采用的是TI的CC2530處理器，協(xié)議棧采用Z-Stack[7]。在組網(wǎng)方式上，ZigBee 有星狀、樹狀及網(wǎng)狀三種組網(wǎng)方式。由于本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的模型較小，在構(gòu)建Zigbee無線傳感網(wǎng)時(shí)采用星狀結(jié)構(gòu)[8]。系統(tǒng)的服務(wù)器端搭載在基于Cortex-A8內(nèi)核三星SPV210處理器上，控制板則留有WIFI接口與局域網(wǎng)相通，串口與ZigBee協(xié)調(diào)器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)一個(gè)主要的功能即是中心服務(wù)器接收各個(gè)ZigBee節(jié)點(diǎn)采集的信息，因此服務(wù)器端采用多線程編程，并合理運(yùn)用互斥鎖機(jī)制，防止數(shù)據(jù)讀寫沖突[9-10]。該設(shè)計(jì)中，加了三個(gè)互斥鎖，如圖2所示。

圖2　多線程互斥鎖

服務(wù)器端關(guān)鍵代碼如下：

pthread_mutex_init(&mutex,NULL);//多線程互斥鎖初始化

memset(RBuf,0,10);//申請(qǐng)內(nèi)存空間

fd=open("/dev/ttyUSB0",O_RDWR|O_NOCTTY|O_NONBLOCK);//文件方式打開串口

if(fd<0) { fprintf (stderr,"open USB failed! ");

return 0; }//提示串口打開失敗，退出程序

init_tty(fd);//初始化串口

pthread_create(&id1,NULL,func,NULL);//創(chuàng)建線程

while(1){pthread_mutex_destroy(&mutex);

return 0; }//互斥鎖銷毀，退出

3.2Android客戶端溯源

消費(fèi)者可通過Android客戶端登錄系統(tǒng)，掃描該食品溯源碼，詳盡地了解食品生產(chǎn)全過程中的數(shù)據(jù)，客戶端操作流程圖如圖3所示，溯源結(jié)果示例如圖4所示。

圖3　客戶端操作流程圖

圖4　Android客戶端溯源示例

3.3Web客戶端

Web網(wǎng)頁主要是系統(tǒng)管理者用于遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制整個(gè)系統(tǒng)。系統(tǒng)登錄界面如圖5所示。查看所有信息，調(diào)整參數(shù)或直接控制如圖6所示。

圖5　Web客戶端登錄界面

圖6　系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示

4結(jié)語

考慮整個(gè)食品生產(chǎn)過程中的養(yǎng)殖種植、食品加工、食品冷藏、售后溯源等環(huán)節(jié)，綜合利用ZigBee等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)，分析并設(shè)計(jì)了一種食品溯源系統(tǒng)，具有良好的實(shí)踐性。

參 考 文 獻(xiàn)

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[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(1):336-338.

[3]付雄新, 周受欽, 謝小鵬. 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):3897-3900.

[4]劉懷北. 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的食品安全溯源系統(tǒng)[J].軟件導(dǎo)刊, 2012,11(9):99-100.

[5]吳新生. 基于ARM/WiFi/QT的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)[J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用, 2013,22(8):76-78.

[6]徐玲，蔣欣志，張杰. 手機(jī)二維碼識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用, 2012,32(5):1474-1476.

[7]章偉聰，俞新武，李忠成. 基于CC2530及ZigBee協(xié)議棧設(shè)計(jì)無線網(wǎng)絡(luò)傳感器節(jié)點(diǎn)[J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用, 2011,20(7):184-120.

[8]王欽. 基于ZiBee技術(shù)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)研究與實(shí)現(xiàn)[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué), 2011,25(8):46-51.

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[10]胡鵬，李小勇. Linux文件服務(wù)器單線程和多線程架構(gòu)的性能研究[J].微電腦應(yīng)用, 2012,28(2):35-38.

Food Safety Traceability System Based on IOT Technology

HONG XiaoyuXIE ManCHEN Yangyang

(Computer College, Dongguan University of Technology, Dongguan 523808, China)

AbstractFood security crises frequently occur and make seriously threat to human’s lives and health. Considering the procedures in the whole food production, such as breeding and planting, food processing, food frozen and after-sales traceability, this paper comprehensively employs IOT technologies, such as ZigBee, RFID and Android to analyze and design a food safety traceability system, which implements the whole simulation for the food supply chain process.

Key wordsfoodsafety; traceability; IOT technology

文章編號(hào)：1009-0312(2016)01-0007-03

中圖分類號(hào)：TP311

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

作者簡(jiǎn)介：洪小宇(1988—)，男，廣東潮州人，主要從事無線傳感網(wǎng)絡(luò)研究。

收稿日期：2015-05-13