基于物联网的农产品溯源系统设计

摘 要： 分析了基于物联网的农产品溯源系统的设计意义和功能需求，搭建了农产品溯源系统的体系架构。基于RFID技术、ZigBee技术、网络信息技术和数据库技术，设计了农产品溯源系统，系统可以实现农产品生产、仓储、运输、销售整个供应链信息的采集与存储。通过农产品溯源系统，消费者可以通过web端来查询所购农产品在供应链中各环节的信息，销售商可以监控农产品在供应链中的环境情况，农产品生产者可以根据农产品的销售情况分析市场需求，规划农产品的再生产。

关键词： 物联网; 农产品;  溯源系统

中图分类号： TP 311      文献标志码： A

Design of Tracing System for Agricultural Products

Based on the Internet of Things

REN Xiaoli

（College of Computer， Baoji University of Arts and Science， Baoji， Shanxi 721016， China）

Abstract： The design signification and function requirement of tracing system for agricultural products based on the Internet of thing are analyzed. The architecture of the system is built. Based on the technologies such as RFID， ZigBee， network information and database， a tracing system for agricultural products is designed. In the system， the supply chain information of agricultural products may be acquired and stored. By the system， the consumers may query the supply chain information of agricultural products by Web terminal; the sellers may monitor the environment condition during agricultural products supply chain; the producers may analyze the market requirement according to the selling condition of agricultural products， and plan the reproduction.

Key words： the internet of things; agricultural products; tracing system

0 引言

随着一些农产品安全事件的发生，消费者对农产品安全问题越来越关注，希望详细了解所购农产品的供应链相关信息。目前，大部分农民生产农产品前没有进行市场调研，盲目无规划地生产，可能产生农产品滞销或低收益的现象。一些农产品销售商，没有对农产品运输、存储过程中的环境情况进行监控，导致部分农产品腐烂或变质，影响了农产品的销售，甚至降低收益或赔钱。农產品溯源系统可以更好地方便消费者查询购买的农产品的相关信息[1]，引导农民根据农产品的销售情况和消费者的评价情况规划下一年的生产，帮助销售商监控农产品流通过程中的环境参数保持农产品新鲜。

物联网是指通过射频识别（RFID）、 传感器、全球定位系统、激光扫描器等信息标识和传感设备，把任何物品与互联网连接起来，按约定的协议进行信息交换和通信， 以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的网络， 它是信息化产业的第三次浪潮[2]。基于物联网的农产品溯源系统可以将农产品、农产品生产者、消费者、销售商紧密地关联起来，把农产品变得智能化，使农产品供应链中涉及的相关人员可以在任何时间、任何地点获取和共享农产品信息。

1 系统功能需求

农产品供应链涉及农产品的生产、运输、仓储、销售等环节，农产品溯源系统实现的功能要涉及到这些环节，系统的具体功能如下：

（1）农产品生产信息管理： 记录农产品生产的相关信息，包括农产品的种子或种苗、产地、种植或养殖条件和环境、农产品的种植或养殖者等信息。

（2）农产品仓储信息管理：记录农产品仓储的相关信息，包括农产品仓储的仓库、仓库管理员、仓库环境信息等信息。

（3）农产品再加工信息管理：记录农产品加工的相关信息，包括农产品加工的地点、时间、环境和添加的原料、加工者、保质期等信息。

（4）农产品销售信息管理：记录农产品销售的相关信息，包括农产品的销售者、销售时间、地点等信息。

（5）农产品信息溯源：查询农产品生产、仓储、加工、销售等供应链中的信息。

系统功能结构图，如图1所示。

2 基于物联网的农产品溯源系统设计

基于物联网的农产品溯源系统包括农产品生产、仓储、加工环境监测，农产品生产、仓储、加工、销售基本信息记录，农产品生产、仓储、加工、销售信息查询功能。农产品在供应链各环节的环境监测基于无线传感网技术实现，农产品在供应链各环节的基本信息记录通过射频识别技术实现，农产品在供应链各环节的信息查询通过web技术和数据库技术实现。

2.1 系统总体结构设计

基于物联网的农产品溯源系统总体结构设计框架图，如图2所示。

2.2 系统软件总体设计

农产品溯源系统主要包括农产品供应链的信息管理与用户、管理员和数据库之间的信息交互。用户可以对农产品供应链信息进行查询操作。管理员可以对农产品生产、仓储、再加工、销售信息管理。用户和管理员对农产品溯源系统的操作所需要或更改的信息通过系统与数据库之间的信息交换完成，如图3所示。

2.3 数据库设计

农产品追溯系统中农产品在供应链中信息，可以通过数据库创建农产品相关信息表，包括农产品生产信息表、农产品仓储信息表、农产品再加工信息表、农产品销售信息表。通过这些表可以记录农产品的生产、仓储、加工、销售全供应链的信息，实现农产品信息的追溯。

农产品生产信息表结构，如表1所示。

农产品仓储信息表结构，如表2所示。

农产品再加工信息表结构，如表3所示。

农产品销售信息表结构，如表4所示。

3 基于物联网的农产品溯源系统实现

基于物联网的农产品溯源系统采用RFID技术来标识和记录农产品基本信息，采用 SQLite设计数据库部分记录农产品供应链信息，采用WSN技术部署节点实现农产品供应链生产、仓储环节的环境参数检测。

3.1 基于RFID的农产品信息记录模块

射频识别 （Radio Frequency Identification） 技术是一种非接触的自动识别技术，它利用射频信号和空间耦合（电感和电磁耦合）特性，在读卡器和射频卡之间进行无线双向通信，实现自动识别目标对象并获取相关数据。农产品溯源系统采用读写器对标签进行读写，读写器与嵌入式网关连接。上位机通过串口发送读取指令给阅读器，通过网线读取存放在网关上的数据库信息，返回给上位机[3]。

3.2 基于WSN的农产品生产、仓储环境信息采集模块

ZigBee技术具备低功耗、低成本、低复杂度、低速率、稳定性好、网络容量大、时延短、高安全性等特点。从网络配置上，ZigBee网络中有3种类型的节点：ZigBee协调点、ZigBee路由节点和ZigBee终端节点[4]。硬件部分包括基于CC2530芯片设计的协调器模块、终端采集节点模块，控制端的继电器模块。软件部分包括了ZigBee协议栈以及各节点模块的软件设计、上位机的设计和SQLite数据库的设计。本设计利用无线射频网络ZigBee技术构建起树型网络，实现对生产、仓储环境的覆盖，通过终端节点上的温湿度传感器采集温濕度，光敏传感器采集光照强度、气敏传感器采集气体浓度，然后将采集数据通过无线网络发送给上位机，上位机对采集数据进行处理，实现生产、仓储环境监测和控制[5]。

基于Qt[6]开发物联网农产品溯源系统实现结果，如图4所示。

4 总结

基于物联网的农产品溯源系统完成了对农产品供应链中信息采集和环境监测，实现了农产品供应链信息的溯源，能够满足消费者及监管者对农产品追溯的需求，使消费者可以放心食用。

参考文献

[1] 李健，黄彦博， 陈光，等.基于物联网技术的藜麦可追溯系统的研究与示范[J]. 吉林农业大学学报，2017，39（5）：624-630.

[2] 张鸿涛.物联网关键技术及系统应用 [M]. （第2版）.北京：机械工业出版社，2017.

[3] 任晓莉.基于RFID的商品溯源系统设计与实现[J]. 自动化与仪器仪表2015（11）：225-237.

[4] 单洪伟.Zigbee框架体系结构及组网技术的研究及应用[J].电子设计工程，2014，22（11）：174-176.

[5] 任晓莉.基于物联网的仓储环境监控系统[J]. 计算机与数字工程，2017，45（4）：783-786.

[6] 霍亚飞. Qt Creator快速入门[M]. （第2版）. 北京：北京航空航天大学出版社，2014.

（收稿日期： 2019.05.28）