基于物联网的有机蔬菜溯源系统

赵璐莹++任振辉++王娟

摘要：针对有机蔬菜质量安全问题，构建基于物联网的有机蔬菜溯源系统，完成了对系统感知层、网络层、应用层的设计。其中，感知层利用RFID、传感器、GPS、二维码等技术实现对有机蔬菜溯源链各环节的数据采集；网络层利用ZigBee、GPRS、Internet等网络实现信息的接入、传输、通信；应用层实现对感知数据的统一管理。创建以B/S结构为基础的有机蔬菜溯源信息服务平台，实现有机蔬菜的追踪和溯源，推动消费者、政府部门、企业分别行使知情权、监管权、管理权。

关键词：溯源；无线传感器；RFID；GPRS；物联网

中图分类号： TP391.44；S126文献标志码： A文章编号：1002-1302（2016）02-0427-03

收稿日期：2015-07-08

基金项目：保定市科学技术研究与发展指导计划（编号：14ZG006）；河北省教育厅研究课题（编号：Z2012141）。

作者简介：赵璐莹（1991—），女，河北保定人，硕士研究生，主要从事智能检测与控制技术研究。E-mail：535320919@qq.com。

通信作者：任振辉，博士，教授，博士生导师，主要从事智能检测与控制技术研究。E-mail：renzh@hebau.edu.cn。中国是蔬菜生产大国和消费大国。随着人民生活水平的提高，蔬菜质量安全问题越来越引起人们的重视，有机蔬菜的发展适应了人们的消费需求。物联网的出现和发展推动了食品质量安全的溯源。

成都市作为全国首批实施“肉类蔬菜流通追溯体系”的试点城市之一，利用IC卡技术对蔬菜质量安全进行溯源；上海市开发了“食用农副产品全程监控信息平台”，为消费者对农副产品、农场及养殖场、屠宰、加工等生产源头信息的查询提供了渠道；北京市建立了“食用农产品标签管理信息系统”，将蔬菜生产基地、品种、采摘时间、商标、认定编号等信息汇总至标签信息码，推动了蔬菜质量安全溯源建设[1]。本研究在“农超对接”模式下，从物联网的感知层、网络层、应用层3个层面对有机蔬菜溯源系统进行了研究，开发出有机蔬菜溯源系统信息平台。该系统有利于种植基地管理员对有机蔬菜的生长环境进行实时监测调控，方便消费者查询所购有机蔬菜从种植到销售各环节的信息，实现消费者、政府、企业对有机蔬菜的追踪和溯源。

1系统总体结构设计

本系统主要由感知层、网络层、应用层3个层次构成（图1）。感知层采用无线传感器、RFID、GPS、二维码等技术，负责有机蔬菜溯源链各环节的数据采集；网络层采用ZigBee、GPRS、Internet等网络技术，负责信息的接入、传输、通信；应用层负责处理和控制感知数据，包括对数据库和有机蔬菜溯源信息服务平台的管理[2-3]。

2感知层设计

2.1种植基地数据采集环节

种植基地数据采集环节主要涉及传感器模块、数据处理模块、供电模块3个部分（图2）[4]。传感器模块负责田间信息采集；数据处理模块以CC2530芯片为核心处理器，负责存储和处理数据；供电模块采用太阳能供电方式，对无线传感器节点进行供电。

2.1.1传感器模块本系统采用空气温湿度传感器、土壤温湿度传感器、光照度传感器、CO2传感器对种植基地的环境参数进行实时监测采集，自动记录并上传至上位机，以便种植基地管理员对有机蔬菜进行管理，生产出高质量的有机蔬菜，为有机蔬菜溯源系统提供可靠的源头信息。

2.1.2数据处理模块本设计中数据处理模块采用CC2530芯片实现。该芯片支持IEEE 802.15.4协议和ZigBee协议，集成了优秀的RF收发器和业界标准增强型8051MCU内核，并且支持一般的低功耗无线通信。由于运行模式之间转换时间短，从而减少了能源消耗。CC2530芯片通过I/O口与数据采集模块、串口芯片相连，实现数据的读取、存储、处理[5-6]。

2.1.3太阳能供电模块太阳能供电系统由太阳能电池组、充电控制器、超级电容器、防倒充二极管组成（图2），实现对传感器节点模块的供电，摆脱了对农村配电网的依赖，低碳环保。

2.2基于RFID技术的流通环节

2.2.1RFID系统模块RFID射频识别技术是一种非接触式的数据双向通信技术，具有自动识别功能，是物联网的核心技术。本系统采用超高频RFID，主要由电子标签、读写器、控制装置3个部分组成（图3）[7-9]。电子标签和读写器均以CC2530芯片为核心，并与CC2591芯片相结合，增加了射频距离，提高了设备的接收灵敏度（图4）。其中，CC2530芯片的引脚P0-7、P1-1、P1-4分别连接CC2591芯片的引脚HGM、PAEN、EN，从而控制CC2591芯片的射频收发功能。

2.2.2RFID技术在流通环节中的实现过程该环节主要利用RFID技术，通过读写器读取电子标签，并结合GPS全球定位系统，对生产、运输、仓储、销售等各流通环节进行数据采集，自动上传至物联网[10-11]。在有机蔬菜进入超市卖场之前，相关工作人员须将电子标签生成相应二维码，贴到每个有机蔬菜上，以便消费者查询种植和流通过程中有机蔬菜的相关信息，从而实现有机蔬菜的溯源，保证有机蔬菜的质量安全。

3网络层设计

网络层别称网络传输层，是感知层和应用层之间的桥梁，以无线传输与互联网技术为承载，实现有机蔬菜溯源信息的

无线传输。本设计采用ZigBee、GPRS技术，主要负责传输和处理来自感知层的溯源信息，实现有机蔬菜的溯源和数据共享（图5）。其中，Zigbee技术应用于种植基地环节中无线传感器网络节点，GPRS技术负责数据的远距离传输[12]。

4应用层设计

4.1数据库设计

目前，主流的关系数据库有SQL Sever数据库与Oracle数据库。与Oracle数据库相比，SQL Sever数据库含有自主SQL语言，与Internet高度集成，具有较好的兼容性。本系统采用SQL Server数据库完成数据库设计。

ADO.NET数据访问技术[13]是基于.NET框架中的用于数据库访问的组件。其主要特点是具有断开式数据结构，可与XML紧密集成，能够组合来自多个不同数据源的数据，具有与数据库交互并优化的功能。本系统采用ADO.NET提供的2个核心组件：Adapter和.NET 数据提供程序来访问SQL Server数据库。对应的部分C#程序代码如下：

//使用ADO.NET管理数据

DbSql _db=new DbSql（）；

//依编码规则生成有机蔬菜编码

//创建Command对象，并嵌入SQL查询

string strsql=“ select* from YieldInfo where ProduceID=@ pProduceID”；

SqlCommand sqlcomm=new SqlCommand（strsq，l _db. DbS-qlConn（））；

SqlParameterProduceID=new SqlParameter（）；

ProduceID. ParameterName=“@ pProduceID”；

ProduceID. SqlDbType=SqlDbType.Char；

ProduceID.Value=TBCode.Text.Trim（）；

sqlcomm. Parameters.Add（ProduceID）；

//利用Adapter对象建立数据库连接

SqlDataAdapter da=new SqlDataAdapter（sqlcomm）；

DataSetds=new DataSet（）；

DataTable datatable=new DataTable（）；

da.Fill（ds，“datatable”）；

if （ds.Tables[“datatable”].Rows.Count > 0）

{

Response.Write（ “ < script language=javascript> alert

（cThis code already existed！c）；”）；

}

4.2系统信息管理平台

该平台由有机蔬菜追溯查询、企业基本信息、政府监管、有机蔬菜生产技术标准服务、帮助中心组成[14]。有机蔬菜追溯查询：种植基地管理子系统、加工管理子系统、运输管理子系统、超市管理子系统、销售管理子系统、综合查询子系统。企业基本信息：种植企业信息、加工企业信息、运输企业信息、超市信息。政府监管：认证信息、监管信息。有机蔬菜生产技术标准服务：生产技术标准、投入品信息、动态信息、相关法律法规。帮助中心：在线咨询、在线反馈、联系我们。

4.3系统功能实现

本系统采用B/S结构进行设计，用户浏览端通过访问Web服务器，与有机蔬菜质量安全监控溯源体系交互，为各角色用户提供与有机蔬菜相关的信息服务[15]。消费者进入有机蔬菜溯源系统信息平台后，无须注册登录，直接输入有机蔬菜溯源码即可对有机蔬菜的追溯信息进行查询（图6）。

5结论

本系统以计算机、物联网、无线传输等技术为基础，开发出基于物联网的有机蔬菜溯源系统，并在以下3个方面展开研究：感知层利用传感器、RFID、GPS、二维码等技术，完成系统各环节的信息采集；网络层采用通信技术，实现数据从感知层到应用层的传输；应用层设计出以B/S结构为基础的有机蔬菜溯源系统信息服务平台，实现了有机蔬菜的追踪和溯源。

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