食品安全質量云服務系統

尹帥東 孫力飛 何俊 陳劭瓏 王洪偉 張雅萱

摘要：本項目通過電磁卡銷將本項目與待監控的食品產品直接連接或與待監控的食品產品的包裝機構、運輸設備連接，然后由外部的數據錄入設備通過RFID射頻信號收發裝置、WIFI無線通訊裝置、Zigbee無線通訊裝置中的任意一種將相關產品初始信息，然后使安裝了本項目的與待監控的食品產品隨著物流系統、營銷系統進行運輸及銷售活動，在與待監控的食品產品隨物流系統、營銷系統轉運及流轉過程中，每經過一個環節，均可通過RFID射頻信號收發裝置、WIFI無線通訊裝置、Zigbee無線通訊裝置中的任意一種將該環節中相應的項目錄入到本項目中，另一方面在通過GNSS衛星定位裝置對待監控的食品產品的流通路徑進行持續監控的同時，另通過監控攝像頭定期或隨機對待監控的食品產品在流通轉運過程中的周邊環境項目拍照或視頻采集，從而實現對待監控的食品產品流動途徑精確監控記錄。

關鍵詞：電磁卡銷;食品監控;網絡;無線通訊;信號收發

當前在食品產品的生產至消費流通環節中，需要經過相對較長的時間和較多的工序或手續，但當前由于缺乏有效的監管手段和工具，從而導致當前食品產品質量監管工作難度巨大，一方面無法對存在安全問題的食品產品的源頭進行精確定位，另一方面也無法對導致食品產品質量問題發生的具體環境進行精確定位，從而嚴重影響了當前對食品產品質量監管工作的難度和效率，并導致當前的食品產品安全性存在極大的隱患，因此針對這一問題，迫切需要開發一種全新的食品安全追蹤監管設備，以滿足實際使用的需要。該監管設備本新型結構簡單，使用靈活方便，通用性好，一方面具有良好的環境適應能力，靈活的定位能力和續航運行能力，另一方面具有信息讀取編輯便捷、信息采集獲取全面且定位精度高，從而可有效的實現對食品產品自生產至消費過程中的各環節信息進行持續采集，便于對食品產品質量進行追蹤監控及溯源追蹤管理，從而極大的提高食品安全質量管理工作的效率和精度，具有廣闊的市場前景。

1設備方案設計

如圖1食品安全質量云服務系統，包括承載底座1、承載面板2、射頻天線3、RFID射頻信號收發裝置4、WIFI無線通訊裝置5、Zigbee無線通訊裝置6、GNSS衛星定位裝置7、監控攝像頭8、太陽能電池板9、電磁卡銷10及主控電路11，其中承載底座1為橫斷面呈“凵”字型槽狀結構，其前端面與承載面板2相互連接并構成密閉腔體結構的承載槽12，射頻天線3至少一個，位于承載槽12內并嵌于承載面板2后端面，射頻天線3通過電子開關電路分別與RFID射頻信號收發裝置4、WIFI無線通訊裝置5、Zigbee無線通訊裝置6、GNSS衛星定位裝置7及主控電路11電氣連接，RFID射頻信號收發裝置4、WIFI無線通訊裝置5、Zigbee無線通訊裝置6、GNSS衛星定位裝置7及主控電路11均嵌于承載槽12內并與承載底座1相互連接，且RFID射頻信號收發裝置4、WIFI無線通訊裝置5、Zigbee無線通訊裝置6、GNSS衛星定位裝置7間相互并聯，并分別與主控電路11電氣連接，主控電路11另分別與監控攝像頭8、太陽能電池板9、電磁卡銷10電氣連接，其中監控攝像頭8、太陽能電池板9均嵌于承載面板2前端面，電磁卡銷10至少一個，位于承載槽12外并與承載底座1下端面相互鉸接。

其中，承載底座1、承載面板2間設至少一個電子鉛封13，承載底座1內設若干隔板14，并通過隔板14將RFID射頻信號收發裝置4、WIFI無線通訊裝置5、Zigbee無線通訊裝置6、GNSS衛星定位裝置7及主控電路11相互隔離。

此外，所述太陽能電池板9面積為承載面板2前端面面積的50%—90%。

與此同時，所述承載底座1側表面設至少一個電源接線端子15，且電源接線端子15與主控電路11電氣連接，控制系統11為DSP芯片及FPGA芯片中任意一種為基礎的電路系統，且主控電路11中另設鋰電池輔助電源16及與鋰電池輔助電源配套的充放電控制電路17。

充放電控制電路17分別與太陽能電池板9、主控電路11及鋰電池輔助電源16電氣連接。

本項目在具體使用中，首先對承載底座、承載面板、射頻天線、RFID射頻信號收發裝置、WIFI無線通訊裝置、Zigbee無線通訊裝置、GNSS衛星定位裝置、監控攝像頭、太陽能電池板、電磁卡銷及主控電路進行裝配，完成本項目組裝備用。

2工作流程設計

2.1系統運行流程

如圖2所示，本項目在具體實施中，首先在食品產品生產環節，將本項目通過電磁卡銷將本項目與待監控的食品產品直接連接或與待監控的食品產品的包裝機構、運輸設備連接，然后由外部的數據錄入設備通過RFID射頻信號收發裝置、WIFI無線通訊裝置、Zigbee無線通訊裝置中的任意一種將相關產品初始信息，然后使安裝了本項目的與待監控的食品產品隨著物流系統、營銷系統進行運輸及銷售活動，在與待監控的食品產品隨物流系統、營銷系統轉運及流轉過程中，每經過一個環節，均可通過RFID射頻信號收發裝置、WIFI無線通訊裝置、Zigbee無線通訊裝置中的任意一種將該環節中相應的項目錄入到本項目中，另一方面在通過GNSS衛星定位裝置對待監控的食品產品的流通路徑進行持續監控的同時，另通過監控攝像頭定期或隨機對待監控的食品產品在流通轉運過程中的周邊環境項目拍照或視頻采集，從而實現對待監控的食品產品流動途徑精確監控記錄。

2.2系統存儲與定位

在進行對待檢測食品產品進行溯源管理中，可通過RFID射頻信號收發裝置、WIFI無線通訊裝置、Zigbee無線通訊裝置中的任意一種，一方面在待監控的食品產品流轉過程中將本項目錄入的待監控的食品產品的信息、GNSS衛星定位裝置的定位信息和監控攝像頭采集的圖像或視頻信息進行遠程傳送至監控平臺，實現對待檢測食品產品持續監控管理，另一方面在待監控的食品產品到達指定檢測位置時，將本項目錄入的待監控的食品產品的信息、GNSS衛星定位裝置的定位信息和監控攝像頭采集的圖像或視頻信息進行遠程傳送至監控平臺，實現對待檢測食品產品進行溯源管理。

2.3系統電力供給

在運行過程中，一方面可通過外部電源對本項目進行電能供應，另一方面也可通過太陽能電池板對本項目運行進行電能供應。

3項目開發

3.1開發平臺

利用c/c++編程語言進行相關交互和功能實現的開發，其編程語言特點速度快，面向對象與過程，有大量開源庫可使用，滿足了云服務系統的開發功能要求。

3.2無線裝置的相關使用

Zigbee無線通訊裝置，數據傳輸速率低：10Kb/s～250Kb/s，專注于低速率傳輸應用功耗低：在低功耗待機模式下，兩節普通 5號電池可使用 6～24 個月，成本低：Zigbee 數據傳輸速率低，協議簡單，所以大大降低了成本，網絡容量大：網絡可容納 65000 個設備，延時短：典型搜索設備時延為 30ms，休眠激活時延為 15ms，活動設備信道接入時延為15ms。網絡的自組織、自愈能力強，通信可靠數據安全：Zigbee 提供了數據完整性檢查和健全功能，采用 AES-128 加密算法（美國新加密算法，是目前最好的文本加密算法之一） ，各個應用可靈活確定其安全屬性，ZigBee 技術在低功耗、低成本和組網能力具有無可比擬的應用優勢。

RFID無線射頻技術，基于物聯網，傳統電信網，讓一般所有能夠獨立尋址的物理對象進行信息互聯。通俗點概括，就是條碼掃描進階成為了無線感應。其所具備的遠距離讀取、高儲存量等特性。

WIFI無線通信技術是一種可以將個人電腦、手持設備（如 PDA、手機）等終端以無線方式互相連接的技術，客戶可通過手機終端的條碼，來與云服務系統進行交互。

4結語

設計食品安全云系統能有效的實現對食品產品自生產至消費過程中的各環節信息進行持續采集，便于對食品產品質量進行追蹤監控及溯源追蹤管理。該系統能夠針對食品進行定向追蹤與記錄功能，并通過監控系統和定位發送系統發送視頻定位，確保食品的安全。此外，還采用電磁卡銷，將食品的運輸信息進行實時記錄與定位，方便用戶進行遠程監管。該系統具有使用靈活方便，通用性好，一方面具有良好的環境適應能力，靈活的定位能力和續航運行能力顯著等特點，對食品安全監督設計具有一定的參考價值。

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基金支持

該項目獲得遼寧科技大學2020年期大學生創新創業訓練計劃支持，項目編號（202010146389）