基于物联网技术的农产品追溯系统设计

周正贵

(安徽商贸职业技术学院电子信息工程系，安徽 芜湖 241002)



基于物联网技术的农产品追溯系统设计

周正贵

(安徽商贸职业技术学院电子信息工程系，安徽 芜湖 241002)

当前我国农产品安全问题层出不穷，一旦出现食品安全事故，难以追溯原因。物联网技术集成了传感器技术、网络技术、软件技术为一体，为我国农业信息化提供了新型技术基础。利用物联网技术研究了农产品追溯系统，主要采用ZigBee技术、RFID技术等物联网核心技术设计了农产品生产种植、农产品生产流通及农产品追溯环节的软硬件系统架构。该系统能实时查询农产品追溯信息，为我国食品安全溯源提供依据，可提高农产品安全质量。

ZigBee；农业产品追溯系统；物联网

随着物联网技术逐步应用在各行各业，食品安全检测技术信息化也将是大势所趋。当前，我国食品安全问题层出不穷，如瘦肉精事件、三鹿奶粉事件、上海福喜过期肉事件等。因此，如何利用物联网技术保障农产品的安全性，并利用新技术追溯农产品流通、监控食品生产加工、运输、零售等环节，是当前食品安全检测信息化重点研究内容之一。

1 物联网技术概述

物联网技术是指利用传感技术、RFID技术等获取感知信息，大量感知信息流入网络汇聚端口，应用层对海量数据进行计算处理，最终为智慧决策提供可靠依据，从而实现闭环系统智能处理控制。农产品追溯系统通过选择合适的传感器获取感知信息，如土壤温湿度、光照、二氧化碳气体含量等感知器件，获取农产品的环境生长信息为自动灌溉、补光等提供实时数据。下面介绍几种物联网关键技术。

1)无线通信技术。无线通信(Wireless communication)是利用电磁波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式。物联网应用系统中广泛使用的近距离无线通信方式有蓝牙、WiFi、ZigBee等，具体特点见表1。

表1 几种常用近距离无线通信技术比较

2)射频识别RFID(Radio Frequency Identification)技术。RFID技术是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触，按照使用频段可分为低频、高频、超高频和微波，可应用于食品生产跟踪、运输、仓储等环节。

2 农产品生产种植环节

图1 农产品生产种植环节感知层电路框图

要获取农产品种植源头信息并实现智慧种植，需在种植环境中部署硬件基础设施。如农产品种植区域全面覆盖视频监控，安装土壤湿度、光照等环境信息采集传感器，种植人员把种植过程中施肥、用药、采摘等环节自动录入专用数据库中。笔者使用ZigBee无线通信技术组建感知层数据采集和智能控制网络，每种传感器连接一个ZigBee节点，控制设备如喷水电机、补光灯等分别连接ZigBee节点，采用点对点通信方式组建网络，协调器接收感知数据和发送控制命令至控制设备，电路框图如图1所示。

2.1 感知层硬件节点电路设计

感知层数据采集及控制命令采用TI公司CC2530芯片作为处理器，CC2530芯片使用的是8051CPU单周期兼容内核，具有3种不同总线访问形式，功耗低，且具备一个IEEE802.15.4(ZigBee规范基础)兼容无线收发器，提供一个连接外部设备的端口，无线设备还包括数据包过滤模块和地址识别模块，支持ZigBee无线通信。ZigBee作为一种短距离无线通信技术，其网络组建支持多种拓扑结构、数据传输稳定、低复杂度等特征，广泛被应用在物联网系统中。CC2530节点电路如图2所示，使用P0端口连接土壤湿度、光照强度、温度等传感器，P1口部分端口连接执行器件，由RF引脚完成无线通信功能。

图2 CC2530节点电路图

2.2 ZigBee网络组建过程

图3 ZigBee网络组建数据流程图

图4 农产品生产流通环节数据流程图

图5 农产品生产数据采集系统

图6 农产品追溯环节数据流程图

感知层ZigBee网络，由于部署节点数量有限，采用点对点通信模式。网络中节点含有协调器、传感器节点、执行器节点3种类型，组网前节点网络号、频段号设置一致，节点本身地址不同，先给协调器通电，其他节点依次通电，自动组建网络。协调器接收传感器数据，并自动送给上位机数据库保存，并接收上位机命令自动控制是否打开对应执行器件。ZigBee网络组建数据流程图如图3所示。

3 农产品生产流通环节

农产品成熟后下一环节为生产流通阶段。物联网技术的合理使用，可使得农产品供应商自觉科学合理的种植产品，可追踪生产流通各环节信息。通过条码技术记录产品的种植时间、种植人、施肥人、用药人、采摘人等种植环节重要信息，同时记录农业部门及其他食品安检部门每次检验时间、检验地点、检验人员、检验结论等信息。因此，该阶段主要是制作电子标签阶段，由农业部门安检人员制作。对于同一类农产品，为每箱统一制作电子标签，价值高的农产品可每个产品制作电子标签、入库标签、车辆运输标签等均要记录相关人员信息，为追溯提供可靠生产流通环节数据源。农产品生产流通环节数据流程图如图4所示，人工登记种植户信息和检验信息，系统可自动生成各种标签信息。

笔者使用winform和Android开发农产品流通数据采集系统，如图5所示。人工录入种植相关信息，并可利用系统制作单个产品、装箱、入库、物流等标签，如点击种植户信息按钮，可手工添加种植户信息，并送数据库保存。系统界面简洁，流程清晰，便利操作。

4 农产品追溯环节

为实现农产品追溯，需设计追溯数据库，记录农产品生产种植、生长视频监控、生产流通等环节数据，并开发专业网页版和手机版访问界面，数据存放到智慧农业云平台，制作统一的追溯条码标准，为每种农产品制定溯源档案。消费者利用追溯终端设备(如条码扫描枪等)读取追溯码，追溯码根据条码内容自动读取该农产品生产流通各环节重要信息，并可登陆智慧农业云平台，跟踪查询农产品从种植到成熟全过程，如查询生长期图片、肥料农业实用情况、关键疫苗数据等，真正做到全程视频监控，消费者也可利用云平台预订农产品，为消费者提供便利。具体追溯环节数据流程图如图6所示，自动读取追溯码，系统中可显示种植、加工等信息。

使用winform和Android开发农产品流通数据采集系统，如图7所示。可利用条码扫描枪自动扫描追溯码信息，并在界面上显示种植信息、加工信息、产品仓储等追踪信息，实现智能追踪功能。

图7 winform和Android开发农产品流通数据采集系统

5 结语

农产品质量安全问题已成为国家和国民关注的焦点问题，物联网技术可以追溯农产品种植至消费各环节信息，随着条码技术、数据库技术、传感技术等不断发展，为追溯系统提供了可靠的技术保障。通过实施追溯平台，监管人员可对实时查看农产品种植到流通各环节信息，规范了种植、销售人员的行为，提高了安全追溯管理水平；利用移动终端进行溯源，易于推广，溯源效率明显提高，有利于提高农产品种植产业整体水平提升，推动了农产品标准化生产进程，建立健全产品记录档案。但农产品追溯也存在一系列问题需进一步解决，如国家需要统一规范食品追溯条码准则、利用云平台统一设计追溯平台、引入国外成熟的供应链管理系统等。

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[编辑] 张涛

2016-06-26

安徽省教育厅自然科学研究重点项目(KJ2016A254)；安徽省质量工程专业综合改革试点项目(2015zy118)。

周正贵(1984-)，男，硕士，讲师，现主要从事物联网应用技术方面的教学与研究工作；E-mail:357207186@qq.com。

TN929.5

A

1673-1409(2016)28-0071-04

[引著格式]周正贵.基于物联网技术的农产品追溯系统设计[J].长江大学学报(自科版)，2016,13(28)：71～74.