基于物聯網技術的農產品溯源關鍵問題研究與設計

廖兵 周妮 石洋銘 鄒琴

摘? ?要：為了更好的保障消費者的飲食安全和質量，本文研究設計了一套基于物聯網技術的農產品溯源系統，本系統研究的對象為散養的農產品，本系統主要基于物聯網利用各種傳感器進行數據采集，通過RFID模塊和Zigbee模塊相融合進行小規模組網，將散養的農產品的每天的養殖數據打包并上傳數據庫進行數據儲存，再通過PLC端和遠程智能端對云端經行數據傳輸;養殖戶和消費者只需通過手機獲取相關數據便可了解農產品的相關生長情況。

關鍵詞：物聯網技術? 農產品溯源? 關鍵問題

新聞報道中報道過國內“蘇丹紅”食品添加劑成分、“三聚氰胺”高蛋白毒奶粉、“瘦肉精”豬食料豬肉、“抗生素”超標雞肉等駭人聽聞的食品安全事件;在某種程度上，是由于國內執法部門和產品生產（培育）中存在生產、監管和懲罰不嚴和不明等情況，一些大的養殖戶可能同時還會有一些小養殖戶的為了追求高利潤和高產量，在養殖時給農產品進行打激素等非法行為，來欺騙消費者，并且這些也是執法部門最容易忽略的群體。針對這些監管和國內食品安全、質量問題，同時也為了確保消費者能夠享受到原生態健康的農產品，提高消費的飲食健康程度，維護消費者的合法權益;我們研究并設計了這套對養殖過程中進行數據監控的系統，通過物聯網將每只農產品從幼崽出到成熟過程的數據完整的傳給消費者，這樣消費者飲食的安全和合法權益便得到了保障;同時這套系統也有利于了養殖戶對農產品的管理，通過數據分析來對突發的狀況及時做出相對應措施，也充分的保障了養殖戶的利益。

本文是將物聯網技術應用于農產品溯源系統中，并對以下方面進行研究：（1）培養源頭的感知層面;（2）小規模組網;（3）數據儲存;（4）消費者進行的遠程監測部分。

1? 終端采集系統設計

農產品每天的步數是通過加速度與陀螺儀AN-668_cn進行采集同時也對當天的溫濕度進行采集，然后同時將除農產品的運動數據和溫濕度以外的數據一同傳送給GY-29 ADXL345芯片進行處理，再通過精密模擬微控制器ADuC7024處理數據的誤差;然后通過芯片GY-29 ADXL345將運算的數據保存到寄存器中，再通過IIC協議方式將數據發送給AT89C51單片機，AT89C51單片機接收到數據后將其傳遞到RFID[1-2]標簽上。

2? 數據傳輸組網系統設計

2.1 電子標簽

因為市場中還有不法商販的存在，所以在現有的朔源理論中，筆者認為源頭數據的傳遞是整個溯源系統中重要環節之一。只有在源頭保證數據的真實性和可靠性，才能讓消費者得到很好的保障和安全感。為此源頭數據的傳遞需要更加具有很強的安全性的必要。為提高源頭數據傳輸的安全性，電子標簽便因此而誕生了，借助RFID標簽端的隱蔽性為傳感器數據的傳遞提供可靠的通道，同時也使安全率得到了提升，數據在傳輸過程中得到了保障，這樣數據便更加真實，對消費者來說的數據也更加有說服力（如圖1所示）。

2.2 智能節點

本套系統是應用在占地面積比較大的農產品養殖場中，為了滿足電子標簽的低功耗的特性因此電子標簽的功率不會很大，因而當電子標簽在低功耗下工作時就會導致電子標簽發射距離會很近;為了解決這一問題，智能節點就有了它存在的意義。在如今的生活中智能節點會得到廣泛的應用，它主要應用了WSN[2]網絡具有覆蓋面積廣、自組網、多跳性和數據傳輸速率快的等特點;使它在智能節點的建設中將RFID系統[1]中的閱讀器[2]與無線傳感器網絡中的節點相融合構成一個新的節點。新的節點不再受到地域的限制能夠更好的傳輸電子標簽中的數據。在無線傳感器網絡搭建的過程中選擇Zigbee網絡的無線通信協議標準能夠更好的形成節點之間的通信也可以采用多級跳的形式，在各個節點的作用下便形成一個自組網絡，傳輸范圍和傳輸能力大大增強。融合后的網絡結構圖（如圖2所示）。

2.3 基站

本套系統考慮到每個養殖場中的農產品的數目眾多和養殖范圍面積大，同時每天需要傳輸的數據量也很大，并且每個節點的功率也是很有限的;為了保障各個節點能夠正常運行所以在養殖場中建設基站是很有必要的，利用基站的大功率性來接收數據能夠更好的防止數據包丟失，保證數據的真實有效并且傳輸速率也會得到一定的提升，同時大大提高了系統的工作效率。

3? 數據庫系統設計

通過了解和對比在該系統中我們應用了SQL Server數據庫[3];本SQL Server數據庫系統功能主要分五大塊：注冊登錄、數據采集、數據檢索、數據分析以及數據管理;注冊登錄模塊分為普通用戶以及管理用戶。數據采集主要通過傳感器進行數據采集和RFID進行數據上傳;數據檢索是針對數據庫中的資料信息，提供多維度、分段檢索等高級檢索功能;數據分析是對數據庫中的信息按照用戶需求可視化展示，有統計分析，以及餅圖、柱狀圖、曲線圖等可視化展示;數據管理是指數據的格式轉化，并提供下載打印等功能（如圖3所示）;這樣設計數據庫系統功能是為了更好地讓消費者和養殖戶去查看相關信息，同時統計圖也能夠更好地反映農產品的生產狀況，這樣使養殖戶能夠更好的解決一些突發情況。

4? 移動端遠程監測系統設計

本系統主要采用遠程監控PLC系統[4]使云端與數據庫進行數據傳輸然后養殖戶和消費者都可以通過手機APP、微信公眾號和網站等方式來進行查詢所購買的農產品的生長情況。

遠程監控PLC系統主要通過PLC使用專用的通信協議，但是APP使用網絡通訊協議一般不能直接和PLC通信，因此現場控制終端需要加一個遠程通信終端，實現PLC專用協議的和APP通訊協議的轉換;本系統采用巨控PLC專用無線通信模塊GRM200，相當于直接代替了RS485雙交線，不用設置，直接將有線變成無線方式;無線通信模塊GRM200 支持無線PPI，無線MODBUS協議的S7‐200通信（如圖4所示）。

5? 結語

基于物聯網技術的農產品溯源關鍵問題研究與設計（見圖5、圖6）不僅方便消費者和養殖戶對農產品的生長情況的了解，也有利于了國內執法部門監管，對國內農產品的發展具有十分重要的意義，本文主要完成以下內容。

（1）提出將RFID標簽和無線傳感器網絡節點技術應用到農產品養殖當中，對農產品的生長情況通過運動、飲食等數據進行采集和傳輸。

（2）利用RFID的標識功能使每只農產品都能進行數據傳輸，并且數據具有隱蔽性，使數據更加真實可信。

（3）利用數據庫和遠程監控技術施行遠距離管理和生長情況了解，并可以通過對數據庫的數據進行處理和分析，對當天的數據進行匯總，同時對相近幾天的數據進行對比來合理的對農產品進行養殖。

參考文獻

[1] 慈新新，王蘇濱，王碩.無線射頻識別RFID系統技術與應用[J].出版時期，2007（1）.

[2] 張熠，劉峰寧，曹林.RFID閱讀器與WSN節點的低功耗集成設計[J].儀表技術與傳感器，2015（7）：41-44.

[3] 康琪.基于SQL Server的學校德育研究課題數據庫設計與應用[J].現代計算機，2018（1）：82-85.

[4] 曹金聲，李華清，潘可欣，等.基于PLC與GPRS的電梯遠程監測系統[J].電子世界，2018（6）.