基于物联网的农产品物流终端系统

钱同惠　张仕臻　陈莉

摘 要：本系统中采用ZigBee、无线传感网络、理化分析等技术，基于物联网三层架构设计了一套农产品物流终端系统的解决方案，配合农产品的物流系统可以使整个物流体系更为完整。物流终端可以实时监测存储环境信息，结合系统中的专家模型库分析环境数据预判农产品的新鲜存储时间，及时给消费者及物流管理者提示信息，保证农产品的新鲜且食用安全，给予消费者和企业更好的用户体验及交易保障。

关键词：物联网；ZigBee；农产品；物流终端

中图分类号：F326.6

目前，基于物联网发展的“菜联网”已然成为社会生活的热点，应用于我国农业市场的各种技术和产品也扮演着越来越显著的角色，基于电子商务体系架构的系统和应用平台层出不穷。诸如中百商网、家事易等电商企业，O2O模式在农产品产销链上的应用趋势开始热化。[1]农产品因为其本身的新鲜度、安全性等自然属性，使得在产销过程中需要考虑诸多因素。令人欣喜的是，农产品的O2O模式在产销链上已经逐步打通。但在农产品物流终端的研究上，虽未见诸多报道，但研究的趋向也是必然的。

1 系统设计

本系统设计了一种农产品的物流终端，以及建立一些常见农产品的新鲜度模型，整套解决方案保障农产品物流最后环节的方便、低耗、硬件成本低廉、支持后期升级扩展。作为主要应用于农产品的物流终端，实现的功能包括：环境温湿度的实时上报；新鲜冷藏期预估；提醒和报警（针对用户、企业负责人）。

农产品的品质是消费者购买时首要考虑的因素。农产品的品质不仅决定了食物的口感，更关乎食用安全。本系统以农产品的品质为核心，围绕O2O模式下的农产品产销通路，设计了农产品的物流终端系统。系统的架构如图1所示。

系统主要由物流终端（组）、数据库服务器以及管理服务器组成。按照物联网的三层模型，物流终端属于感知层，数据服务器和管理服务器属于网络层，服务器提供的接口或推送服务将会扩展至应用层。物流终端主要的功能有商品存储及采集环境温湿度信息。从商品放入物流终端，物流终端即将时间、温湿度信息按既定周期上报，由数据库服务器进行数据的实时存储。管理服务器根据专家库中对应的农产品品质变化模型，判定商品新鲜品质下的保存时间，并依此推送提醒和报警信息给消费者或物流公司，以及时取走商品。

物流终端（组）的功能实现是基于ZigBee协议的无线传感器网络。现实情况下，同一片区下的物流终端组的分布距离不大，其传感器网络的搭建完全可以采用ZigBee无线传输协议。物流終端（组）的ZigBee节点通过组网后，数据通过ZigBee网关与数据库服务器进行通信，通讯方式可以根据实际情况选择Internet等。数据库服务器安装的是SQL Server 2008 R2，当然也可以选择其他常见的关系型数据库，如oracle等。管理服务器中部署了专家模型库，读取数据库服务器的数据源，结合相应的专家模型来作出新鲜度判定，并将判定结果推送到应用层。

2 硬件设计

ZigBee网络至少需要一个协调器（Coordinator）和若干终端节点（End Device）来实现。系统中，终端节点搭载着SHT11温湿度传感器，安装在物流终端内部；协调器作为ZigBee无线传感器网络的网关，在上电时进行同信道节点自组网后，将终端节点上传的数据统一上传给数据库服务器。

物流终端中的终端节点采用的是TI公司的CC2530F256芯片，单个芯片上整合ZigBee射频（RF）前端、内存和微控制器[2]。温湿度传感器采用的是SENSIRION公司的STH11温湿度传感器。CC2530F256读取传感器采集的温湿度值，通过LCD5110液晶屏显示以及发送给协调器。两个LED显示工作状态，JTAG接口用于下载程序，Button按键可以通过程序来指定功能。

3 专家库建立

通常情况下，农产品的生鲜冷藏温度是0～4℃。在此存储温度下，结合国标关于生鲜食品新鲜度的规定[3-4]，对常见的生鲜农产品进行了实验，建立其新鲜度与保存时间的关系模型。如图3所示为常见的几种肉类在4℃温度、85%左右的湿度环境下存储时，挥发性盐基氮随时间的变化规律，国家标准规定检测结果在15mg/100g以内判定为新鲜肉质。结果表明列举的几种肉类在此温湿度环境下至少可以保存72小时以上。

专家模型给出了产品新鲜度与保存时间的关系（在设定的温湿度环境下）。建立专家模型库的原因在于，如果实时检测关乎农产品的特征参数，如挥发性盐基氮、菌落总数等，这样的无损检测手段并不普遍，并且检测设备及整个终端造价非常昂贵。

农产品O2O销售模式，存储节点主要是集中仓储、物流配送，终端存储。在保鲜温湿度环境通常保持不变的情况下，通过专家模型预估的新鲜保质期除去农产品集中仓储和物流配送的时间，得出的结果可以作为农产品在物流终端中保存的最大时长。系统中可以设定安全阈值和不同的提醒时间点，保证商品的新鲜和及时提醒消费者取回商品。

4 结束语

本系统研究所涉及的是农产品O2O销售链上物流环节的独立的一部分，可以作为子系统应用到农产品物流乃至农产品O2O的其他解决方案中。系统扩展涉及的接口常见，主要是服务器间的TCP/IP连接和数据库ODBC。系统中的专家模型库可根据农产品种类进行实验建模后不断添加，实验中的样品环境可根据实际存储条件和农产品本身需要进行增设。本系统以专家模型库取代了实时检测方式的复杂的和昂贵造价，为农产品O2O模式下的物流终端提供了较为简便和有安全保障的解决方案。

参考文献：

[1]位静.从“家事易”建立社区电子菜箱，看传统企业如何玩转O2O[J].信息与电脑，2014（04）：72-75.

[2]Texas Instruments.A True System-on-Chip Solution for 2.4-GHz IEEE 802.15.4 and ZigBee Applications[EB/OL].http：//www.ti.com.cn/cn/lit/ds/symlink/cc2530.pdf.

[3]GB/T 5009.44-2003，肉与肉制品卫生标准的分析方法[S].

作者单位：江汉大学，武汉 430056；湖北工业大学，武汉 430068