基于物联网技术的农产品溯源关键问题研究与设计

廖兵 周妮 石洋铭 邹琴

摘   要：为了更好的保障消费者的饮食安全和质量，本文研究设计了一套基于物联网技术的农产品溯源系统，本系统研究的对象为散养的农产品，本系统主要基于物联网利用各种传感器进行数据采集，通过RFID模块和Zigbee模块相融合进行小规模组网，将散养的农产品的每天的养殖数据打包并上传数据库进行数据储存，再通过PLC端和远程智能端对云端经行数据传输;养殖户和消费者只需通过手机获取相关数据便可了解农产品的相关生长情况。

关键词：物联网技术  农产品溯源  关键问题

新闻报道中报道过国内“苏丹红”食品添加剂成分、“三聚氰胺”高蛋白毒奶粉、“瘦肉精”猪食料猪肉、“抗生素”超标鸡肉等骇人听闻的食品安全事件;在某种程度上，是由于国内执法部门和产品生产（培育）中存在生产、监管和惩罚不严和不明等情况，一些大的养殖户可能同时还会有一些小养殖户的为了追求高利润和高产量，在养殖时给农产品进行打激素等非法行为，来欺骗消费者，并且这些也是执法部门最容易忽略的群体。针对这些监管和国内食品安全、质量问题，同时也为了确保消费者能够享受到原生态健康的农产品，提高消费的饮食健康程度，维护消费者的合法权益;我们研究并设计了这套对养殖过程中进行数据监控的系统，通过物联网将每只农产品从幼崽出到成熟过程的数据完整的傳给消费者，这样消费者饮食的安全和合法权益便得到了保障;同时这套系统也有利于了养殖户对农产品的管理，通过数据分析来对突发的状况及时做出相对应措施，也充分的保障了养殖户的利益。

本文是将物联网技术应用于农产品溯源系统中，并对以下方面进行研究：（1）培养源头的感知层面;（2）小规模组网;（3）数据储存;（4）消费者进行的远程监测部分。

1  终端采集系统设计

农产品每天的步数是通过加速度与陀螺仪AN-668_cn进行采集同时也对当天的温湿度进行采集，然后同时将除农产品的运动数据和温湿度以外的数据一同传送给GY-29 ADXL345芯片进行处理，再通过精密模拟微控制器ADuC7024处理数据的误差;然后通过芯片GY-29 ADXL345将运算的数据保存到寄存器中，再通过IIC协议方式将数据发送给AT89C51单片机，AT89C51单片机接收到数据后将其传递到RFID[1-2]标签上。

2  数据传输组网系统设计

2.1 电子标签

因为市场中还有不法商贩的存在，所以在现有的朔源理论中，笔者认为源头数据的传递是整个溯源系统中重要环节之一。只有在源头保证数据的真实性和可靠性，才能让消费者得到很好的保障和安全感。为此源头数据的传递需要更加具有很强的安全性的必要。为提高源头数据传输的安全性，电子标签便因此而诞生了，借助RFID标签端的隐蔽性为传感器数据的传递提供可靠的通道，同时也使安全率得到了提升，数据在传输过程中得到了保障，这样数据便更加真实，对消费者来说的数据也更加有说服力（如图1所示）。

2.2 智能节点

本套系统是应用在占地面积比较大的农产品养殖场中，为了满足电子标签的低功耗的特性因此电子标签的功率不会很大，因而当电子标签在低功耗下工作时就会导致电子标签发射距离会很近;为了解决这一问题，智能节点就有了它存在的意义。在如今的生活中智能节点会得到广泛的应用，它主要应用了WSN[2]网络具有覆盖面积广、自组网、多跳性和数据传输速率快的等特点;使它在智能节点的建设中将RFID系统[1]中的阅读器[2]与无线传感器网络中的节点相融合构成一个新的节点。新的节点不再受到地域的限制能够更好的传输电子标签中的数据。在无线传感器网络搭建的过程中选择Zigbee网络的无线通信协议标准能够更好的形成节点之间的通信也可以采用多级跳的形式，在各个节点的作用下便形成一个自组网络，传输范围和传输能力大大增强。融合后的网络结构图（如图2所示）。

2.3 基站

本套系统考虑到每个养殖场中的农产品的数目众多和养殖范围面积大，同时每天需要传输的数据量也很大，并且每个节点的功率也是很有限的;为了保障各个节点能够正常运行所以在养殖场中建设基站是很有必要的，利用基站的大功率性来接收数据能够更好的防止数据包丢失，保证数据的真实有效并且传输速率也会得到一定的提升，同时大大提高了系统的工作效率。

3  数据库系统设计

通过了解和对比在该系统中我们应用了SQL Server数据库[3];本SQL Server数据库系统功能主要分五大块：注册登录、数据采集、数据检索、数据分析以及数据管理;注册登录模块分为普通用户以及管理用户。数据采集主要通过传感器进行数据采集和RFID进行数据上传;数据检索是针对数据库中的资料信息，提供多维度、分段检索等高级检索功能;数据分析是对数据库中的信息按照用户需求可视化展示，有统计分析，以及饼图、柱状图、曲线图等可视化展示;数据管理是指数据的格式转化，并提供下载打印等功能（如图3所示）;这样设计数据库系统功能是为了更好地让消费者和养殖户去查看相关信息，同时统计图也能够更好地反映农产品的生产状况，这样使养殖户能够更好的解决一些突发情况。

4  移动端远程监测系统设计

本系统主要采用远程监控PLC系统[4]使云端与数据库进行数据传输然后养殖户和消费者都可以通过手机APP、微信公众号和网站等方式来进行查询所购买的农产品的生长情况。

远程监控PLC系统主要通过PLC使用专用的通信协议，但是APP使用网络通讯协议一般不能直接和PLC通信，因此现场控制终端需要加一个远程通信终端，实现PLC专用协议的和APP通讯协议的转换;本系统采用巨控PLC专用无线通信模块GRM200，相当于直接代替了RS485双交线，不用设置，直接将有线变成无线方式;无线通信模块GRM200 支持无线PPI，无线MODBUS协议的S7‐200通信（如图4所示）。

5  结语

基于物联网技术的农产品溯源关键问题研究与设计（见图5、图6）不仅方便消费者和养殖户对农产品的生长情况的了解，也有利于了国内执法部门监管，对国内农产品的发展具有十分重要的意义，本文主要完成以下内容。

（1）提出将RFID标签和无线传感器网络节点技术应用到农产品养殖当中，对农产品的生长情况通过运动、饮食等数据进行采集和传输。

（2）利用RFID的标识功能使每只农产品都能进行数据传输，并且数据具有隐蔽性，使数据更加真实可信。

（3）利用数据库和远程监控技术施行远距离管理和生长情况了解，并可以通过对数据库的数据进行处理和分析，对当天的数据进行汇总，同时对相近几天的数据进行对比来合理的对农产品进行养殖。

参考文献

[1] 慈新新，王苏滨，王硕.无线射频识别RFID系统技术与应用[J].出版时期，2007（1）.

[2] 张熠，刘峰宁，曹林.RFID阅读器与WSN节点的低功耗集成设计[J].仪表技术与传感器，2015（7）：41-44.

[3] 康琪.基于SQL Server的学校德育研究课题数据库设计与应用[J].现代计算机，2018（1）：82-85.

[4] 曹金声，李华清，潘可欣，等.基于PLC与GPRS的电梯远程监测系统[J].电子世界，2018（6）.