基于物聯網的農產品溯源系統設計

摘 要：?分析了基于物聯網的農產品溯源系統的設計意義和功能需求，搭建了農產品溯源系統的體系架構。基于RFID技術、ZigBee技術、網絡信息技術和數據庫技術，設計了農產品溯源系統，系統可以實現農產品生產、倉儲、運輸、銷售整個供應鏈信息的采集與存儲。通過農產品溯源系統，消費者可以通過web端來查詢所購農產品在供應鏈中各環節的信息，銷售商可以監控農產品在供應鏈中的環境情況，農產品生產者可以根據農產品的銷售情況分析市場需求，規劃農產品的再生產。

關鍵詞：?物聯網; 農產品;? 溯源系統

中圖分類號： TP 311? ? ? 文獻標志碼： 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

隨著一些農產品安全事件的發生，消費者對農產品安全問題越來越關注，希望詳細了解所購農產品的供應鏈相關信息。目前，大部分農民生產農產品前沒有進行市場調研，盲目無規劃地生產，可能產生農產品滯銷或低收益的現象。一些農產品銷售商，沒有對農產品運輸、存儲過程中的環境情況進行監控，導致部分農產品腐爛或變質，影響了農產品的銷售，甚至降低收益或賠錢。農產品溯源系統可以更好地方便消費者查詢購買的農產品的相關信息[1]，引導農民根據農產品的銷售情況和消費者的評價情況規劃下一年的生產，幫助銷售商監控農產品流通過程中的環境參數保持農產品新鮮。

物聯網是指通過射頻識別（RFID）、 傳感器、全球定位系統、激光掃描器等信息標識和傳感設備，把任何物品與互聯網連接起來，按約定的協議進行信息交換和通信， 以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的網絡， 它是信息化產業的第三次浪潮[2]。基于物聯網的農產品溯源系統可以將農產品、農產品生產者、消費者、銷售商緊密地關聯起來，把農產品變得智能化，使農產品供應鏈中涉及的相關人員可以在任何時間、任何地點獲取和共享農產品信息。

1 系統功能需求

農產品供應鏈涉及農產品的生產、運輸、倉儲、銷售等環節，農產品溯源系統實現的功能要涉及到這些環節，系統的具體功能如下：

（1）農產品生產信息管理： 記錄農產品生產的相關信息，包括農產品的種子或種苗、產地、種植或養殖條件和環境、農產品的種植或養殖者等信息。

（2）農產品倉儲信息管理：記錄農產品倉儲的相關信息，包括農產品倉儲的倉庫、倉庫管理員、倉庫環境信息等信息。

（3）農產品再加工信息管理：記錄農產品加工的相關信息，包括農產品加工的地點、時間、環境和添加的原料、加工者、保質期等信息。

（4）農產品銷售信息管理：記錄農產品銷售的相關信息，包括農產品的銷售者、銷售時間、地點等信息。

（5）農產品信息溯源：查詢農產品生產、倉儲、加工、銷售等供應鏈中的信息。

系統功能結構圖，如圖1所示。

2 基于物聯網的農產品溯源系統設計

基于物聯網的農產品溯源系統包括農產品生產、倉儲、加工環境監測，農產品生產、倉儲、加工、銷售基本信息記錄，農產品生產、倉儲、加工、銷售信息查詢功能。農產品在供應鏈各環節的環境監測基于無線傳感網技術實現，農產品在供應鏈各環節的基本信息記錄通過射頻識別技術實現，農產品在供應鏈各環節的信息查詢通過web技術和數據庫技術實現。

2.1 系統總體結構設計

基于物聯網的農產品溯源系統總體結構設計框架圖，如圖2所示。

2.2 系統軟件總體設計

農產品溯源系統主要包括農產品供應鏈的信息管理與用戶、管理員和數據庫之間的信息交互。用戶可以對農產品供應鏈信息進行查詢操作。管理員可以對農產品生產、倉儲、再加工、銷售信息管理。用戶和管理員對農產品溯源系統的操作所需要或更改的信息通過系統與數據庫之間的信息交換完成，如圖3所示。

2.3 數據庫設計

農產品追溯系統中農產品在供應鏈中信息，可以通過數據庫創建農產品相關信息表，包括農產品生產信息表、農產品倉儲信息表、農產品再加工信息表、農產品銷售信息表。通過這些表可以記錄農產品的生產、倉儲、加工、銷售全供應鏈的信息，實現農產品信息的追溯。

農產品生產信息表結構，如表1所示。

農產品倉儲信息表結構，如表2所示。

農產品再加工信息表結構，如表3所示。

農產品銷售信息表結構，如表4所示。

3 基于物聯網的農產品溯源系統實現

基于物聯網的農產品溯源系統采用RFID技術來標識和記錄農產品基本信息，采用 SQLite設計數據庫部分記錄農產品供應鏈信息，采用WSN技術部署節點實現農產品供應鏈生產、倉儲環節的環境參數檢測。

3.1 基于RFID的農產品信息記錄模塊

射頻識別 （Radio Frequency Identification） 技術是一種非接觸的自動識別技術，它利用射頻信號和空間耦合（電感和電磁耦合）特性，在讀卡器和射頻卡之間進行無線雙向通信，實現自動識別目標對象并獲取相關數據。農產品溯源系統采用讀寫器對標簽進行讀寫，讀寫器與嵌入式網關連接。上位機通過串口發送讀取指令給閱讀器，通過網線讀取存放在網關上的數據庫信息，返回給上位機[3]。

3.2 基于WSN的農產品生產、倉儲環境信息采集模塊

ZigBee技術具備低功耗、低成本、低復雜度、低速率、穩定性好、網絡容量大、時延短、高安全性等特點。從網絡配置上，ZigBee網絡中有3種類型的節點：ZigBee協調點、ZigBee路由節點和ZigBee終端節點[4]。硬件部分包括基于CC2530芯片設計的協調器模塊、終端采集節點模塊，控制端的繼電器模塊。軟件部分包括了ZigBee協議棧以及各節點模塊的軟件設計、上位機的設計和SQLite數據庫的設計。本設計利用無線射頻網絡ZigBee技術構建起樹型網絡，實現對生產、倉儲環境的覆蓋，通過終端節點上的溫濕度傳感器采集溫濕度，光敏傳感器采集光照強度、氣敏傳感器采集氣體濃度，然后將采集數據通過無線網絡發送給上位機，上位機對采集數據進行處理，實現生產、倉儲環境監測和控制[5]。

基于Qt[6]開發物聯網農產品溯源系統實現結果，如圖4所示。

4 總結

基于物聯網的農產品溯源系統完成了對農產品供應鏈中信息采集和環境監測，實現了農產品供應鏈信息的溯源，能夠滿足消費者及監管者對農產品追溯的需求，使消費者可以放心食用。

參考文獻

[1] 李健，黃彥博， 陳光，等.基于物聯網技術的藜麥可追溯系統的研究與示范[J]. 吉林農業大學學報，2017，39（5）：624-630.

[2] 張鴻濤.物聯網關鍵技術及系統應用 [M]. （第2版）.北京：機械工業出版社，2017.

[3] 任曉莉.基于RFID的商品溯源系統設計與實現[J]. 自動化與儀器儀表2015（11）：225-237.

[4] 單洪偉.Zigbee框架體系結構及組網技術的研究及應用[J].電子設計工程，2014，22（11）：174-176.

[5] 任曉莉.基于物聯網的倉儲環境監控系統[J]. 計算機與數字工程，2017，45（4）：783-786.

[6] 霍亞飛. Qt Creator快速入門[M]. （第2版）. 北京：北京航空航天大學出版社，2014.

（收稿日期： 2019.05.28）