基于物聯(lián)網(wǎng)的果蔬追溯系統(tǒng)設(shè)計.pdf

湖 北 農(nóng) 業(yè) 科 學(xué) 2017 年收稿日期 ：20170614基金項目 ：楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院科學(xué)研究基金項目 （A2015006）作者簡介 ：馮春衛(wèi) （1982），男 ，陜西武功人 ，講師 ，碩士 ，主要從事物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用研究 ，（電話 ）18991292564（電子信箱 ）254410111qqcom。第 55 卷第 13 期2016 年 9 月湖 北 農(nóng) 業(yè) 科 學(xué)Hubei Agricultural SciencesVol 55 No.10May.，2016第 卷第 2 期年 1 月湖 北 農(nóng) 業(yè) 科 學(xué) Vol 55 No.1Jan.第 56 卷第 17 期17 年 月湖 北 農(nóng) 業(yè) 科 學(xué) Vol 56 No.17Sep.，2017近年來 ， 中國不斷加快重要商品追溯體系建設(shè)步伐 ，2016 年 1 月國家出臺相關(guān)法規(guī) ， 明確當(dāng)前及今后一個時期 ，要將食用農(nóng)產(chǎn)品 、食品 、藥品 、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料等作為重點1，推動生產(chǎn)經(jīng)營企業(yè)加快建設(shè)追溯體系 。據(jù)了解 ，中央財政將為這次試點項目提供7 億元資金扶持 ， 重點支持商品追溯體系建設(shè)中的薄弱環(huán)節(jié)和重點領(lǐng)域 。 農(nóng)產(chǎn)品 （果蔬 ）質(zhì)量安全追溯是利用現(xiàn)代信息技術(shù)和手段提高質(zhì)量安全水平的一種新方式 、新途徑 、新模式 。 建設(shè)果蔬質(zhì)量安全追溯體系是跟上形勢變化的重要舉措 ， 對保障人民群眾的食品安全有重要的意義 。發(fā)達(dá)國家建立食品安全可追溯系統(tǒng)比較早 ，主要針對牛肉等牲畜產(chǎn)品 。 中國食品安全可追溯系統(tǒng)研究起步較晚 ，但也取得了一定的進(jìn)展 。自 2000 年 ，在國家相關(guān)政策的扶持下 ， 國內(nèi)學(xué)者積極開展食品可追溯技術(shù)及系統(tǒng)研究 ， 主要集中在畜禽產(chǎn)品 、蔬基于物聯(lián)網(wǎng)的果蔬追溯系統(tǒng)設(shè)計馮春衛(wèi) ，弓有輝（楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院 ，陜西 楊凌 712100）摘要 ：為了給消費者提供準(zhǔn)確 、可靠的追溯信息 ，給政府監(jiān)管部門和農(nóng)業(yè)公司提供有害農(nóng)產(chǎn)品預(yù)警及召回管理服務(wù) ，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) ，結(jié)合 GPS 和 3G4G 技術(shù) ，設(shè)計了一種果蔬追溯系統(tǒng) ，分析了果蔬供應(yīng)鏈各個環(huán)節(jié)信息的獲取方式 。 系統(tǒng)首先通過 RFID 設(shè)備將各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)采集到對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫 ，然后通過Internet 網(wǎng)絡(luò)定期將不同數(shù)據(jù)庫存放的信息上傳到數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)庫 ， 用戶可通過中心數(shù)據(jù)庫生成的二維碼或訪問追溯系統(tǒng)查詢所有環(huán)節(jié)的詳細(xì)信息 。 最后采用 MyEclipse 80 工具進(jìn)行軟件開發(fā) ，利用 TomcatWeb 服務(wù)器及 MySQL 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)開發(fā)并實現(xiàn)上述軟件系統(tǒng) 。 系統(tǒng)應(yīng)用表明 ，基于物聯(lián)網(wǎng)的果蔬追溯系統(tǒng)為智能農(nóng)業(yè)和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)信息化工作提供支撐和示范作用 。關(guān)鍵詞 ：物聯(lián)網(wǎng) ；果蔬 ；追溯系統(tǒng) ；設(shè)計中圖分類號 ：TP79；TN92 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 ：A 文章編號 ：04398114（2017）173338-04DOI:10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.17.038Design on IoTbased Fruit and Vegetable Traceability SystemFENG Chunwei，GONG Youhui（Yangling Vocational Technical College， Yangling 712100，Shaanxi，China）Abstract： To provide reliable and traceable information for consumers and early warning against harmful agricultural productsand their recall management for government monitoring departments and agricultural companies， a fruit and vegetable trace-ability system on the strength of the Internet of things （IoT） technology and the GPS and 3G4G technology was designed Inaddition， the methods of obtaining information in all links of fruit and vegetable supply chain were explored and analysedThe system designed will first collect the data of each link into corresponding databases through RFID equipment， and thenupload the data stored in the databases onto centre database regularly through Internet network Through the twodimensionalcode generated by the centre database or traceability system， users can query the detailed data of each link Finally， MyE-clipse 80 is used for software development， and Tomcat Web server and MySQL database system are adopted to realize theabove software system System application shows that the IoTbased fruit and vegetable traceability system can provide supportand demonstration for intelligent agriculture and modern agriculture informationizationKey words： internet of things；fruit and vegetable；traceability system；design第 17 期菜 、水果 、水產(chǎn)品 、糧油產(chǎn)品等方面2。 利用 RFID 技術(shù)實現(xiàn)了肉食品安全追溯系統(tǒng)35；基于 NFC 技術(shù)設(shè)計了生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈可追溯系統(tǒng)6；基于 RIA技術(shù)實現(xiàn)了肉雞質(zhì)量安全追溯系統(tǒng)7；實現(xiàn)了基于HACCP 的肉品安全生產(chǎn)可追溯系統(tǒng)8；利用二維碼技術(shù)實現(xiàn)了蔬菜 、云冠橙等農(nóng)產(chǎn)品安全追溯系統(tǒng)911；利用多種信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)計并實現(xiàn)了農(nóng)副產(chǎn)品安全追溯系統(tǒng)1215。 以上的研究均以食品安全追溯系統(tǒng)為研究對象 ， 沒有統(tǒng)一的實施標(biāo)準(zhǔn) 。 本研究圍繞智能農(nóng)業(yè) ，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ) ，開發(fā)包括數(shù)據(jù)采集 、產(chǎn)品標(biāo)識 、移動終端 、數(shù)據(jù)傳輸模型及其可重用的設(shè)計方法 、互聯(lián)網(wǎng) 、標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)過程控制及流通溯源環(huán)節(jié)應(yīng)用的中間件和應(yīng)用平臺 。 為消費者提供追溯信息 ， 為政府監(jiān)管部門和農(nóng)業(yè)公司提供有害農(nóng)產(chǎn)品預(yù)警及召回管理 ， 為智能農(nóng)業(yè)和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)信息化工作提供支撐和示范作用 。1技術(shù)選擇果蔬供應(yīng)鏈可劃分為果蔬生產(chǎn)環(huán)節(jié) 、 果蔬流通環(huán)節(jié) 、果蔬銷售環(huán)節(jié) 。 為了獲取詳細(xì)的溯源信息 ，本研究利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)獲取 3 個環(huán)節(jié)的監(jiān)測信息 。11 RFID 技術(shù)RFID 技術(shù)又稱為射頻識別 （Radio FrequencyDeification）技術(shù) ，是自動識別技術(shù)的一種 ，是利用射頻信號通過空間耦合的方式進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信 ， 對目標(biāo)物的有關(guān)信息進(jìn)行識別并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)的一種技術(shù)3，是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的最關(guān)鍵技術(shù) 。 典型的RFID 系統(tǒng)包括三部分 ：電子標(biāo)簽 、閱讀器 、天線 。 電子標(biāo)簽上記錄目標(biāo)的相關(guān)信息 ， 經(jīng)常貼附于需要被識別的物品上 ； 閱讀器主要用于識別電子標(biāo)簽的相關(guān)信息 ；天線用于信息的傳輸 ，將電子標(biāo)簽的相關(guān)信息傳輸?shù)骄唧w的應(yīng)用系統(tǒng)處理 。RFID 是一項易于操控 ， 簡單實用且特別適合用于自動化控制的靈活性應(yīng)用技術(shù)16，其主要有以下幾個方面的系統(tǒng)優(yōu)勢 ：讀取方便快捷 、識別速度快 、數(shù)據(jù)容量大 、使用壽命長 、應(yīng)用范圍廣 、標(biāo)簽數(shù)據(jù)可動態(tài)更改 、更好的安全性 、動態(tài)實時通信等 。12 二維碼技術(shù)二維碼是一種在水平和垂直方向都可以存儲信息的條碼格式 ，二維碼是自動識別中的一項重要技術(shù) ，也是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵 、核心技術(shù)之一17。 二維碼的技術(shù)優(yōu)勢包括 ：采用高密度編碼技術(shù) ，編碼范圍廣且信息容量大 ；容錯能力強且譯碼可靠性高 ；制作簡單且成本低 ；保密性好 ，防偽性高 ；可使用激光或 CCD 閱讀器識讀 ，條形碼形狀 、尺寸大小比例可變18。2追溯系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的果蔬追溯系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1 所示 ，在果蔬生產(chǎn)環(huán)節(jié)中 、果蔬流通環(huán)節(jié)中 、果蔬銷售環(huán)節(jié)中 ， 相關(guān)人員使用系統(tǒng)通過 RFID 標(biāo)簽采集 3 個供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)的相關(guān)信息 ， 利用 RFID 閱讀器讀取標(biāo)簽采集的信息并通過互聯(lián)網(wǎng)或 3G4G 網(wǎng)絡(luò)將其上傳到數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)庫 。 數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)庫收到相關(guān)信息后按照相應(yīng)的編碼規(guī)則生成二維碼并打印 ，制作好的二維碼貼在果蔬上 ，發(fā)往銷售商 ，最終由銷售商將物流 、銷售等信息推送到溯源平臺 。消費者掃描果蔬上的二維碼或訪問溯源系統(tǒng)可以獲取基本的溯源信息 。3追溯系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)追溯信息的獲取追溯系統(tǒng)的三大追溯環(huán)節(jié)是信息的源頭 ， 直接關(guān)系到果蔬等農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全 。因此 ，對三大追溯環(huán)節(jié)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計是非常重要的19。 本研究設(shè)計的追溯環(huán)節(jié)主要包括果蔬生產(chǎn)環(huán)節(jié) 、果蔬流通環(huán)節(jié) 、果蔬銷售環(huán)節(jié) ， 其中果蔬銷售環(huán)節(jié)又分為倉儲環(huán)節(jié)和物流運輸環(huán)節(jié) 。31 溯源數(shù)據(jù)初始化在果蔬種植基地為每個地塊設(shè)定一個 RFID 電子標(biāo)簽 ，建立起每塊地的電子檔案 。此標(biāo)簽包含地塊信息 、果蔬品名 、果蔬品種簡介 ，按照果蔬編碼標(biāo)準(zhǔn) ，對每種果蔬設(shè)置一個身份 ID。 基于 RFID 技術(shù)建立標(biāo)識為種植基地的每塊地與自動化系統(tǒng)之間的信息傳遞提供了方便 、切實可行的技術(shù)手段 ，從而使得食品安全追溯領(lǐng)域的自動化和信息化得以實現(xiàn) ， 種植信息初始化過程如圖 2 所示 。圖 2 種植信息初始化過程果蔬初始信息基本信息地塊信息標(biāo)簽號設(shè)定 RFID標(biāo)簽信息種植基地數(shù)據(jù)服務(wù)器操作人員RFID標(biāo)簽溯源信息查詢設(shè)備圖 1 果蔬追溯系統(tǒng)總體架構(gòu)Web 服務(wù)數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)庫 用戶種植基地數(shù)據(jù)服務(wù)器 流通環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)服務(wù)器 生成二維碼商品RFID 讀寫器讀取RFID 標(biāo)簽RFID 讀寫器讀取RFID 標(biāo)簽打印二維碼深加工上架溯源數(shù)據(jù)初始化農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)節(jié)RFID 標(biāo)簽初始化RFID 標(biāo)簽掃描二維碼農(nóng)產(chǎn)品流通環(huán)節(jié) 農(nóng)產(chǎn)品銷售環(huán)節(jié)RFID 標(biāo)簽Internet Internet Internet Internet馮春衛(wèi)等 ：基于物聯(lián)網(wǎng)的果蔬追溯系統(tǒng)設(shè)計 3339湖 北 農(nóng) 業(yè) 科 學(xué) 2017 年32 果蔬生產(chǎn)環(huán)節(jié)該環(huán)節(jié)主要是對該地塊或該品種果蔬從種植到采收的整個過程中的信息采集 ， 采集信息如種植時間 、種苗來源 、農(nóng)資來源 、農(nóng)事操作 （整地 、播種 、除草 、澆水 、施肥 、噴藥 、采收 、清茬以及其他農(nóng)事操作 ）等 ，重點關(guān)注農(nóng)藥和化肥的來源 、使用量 、安全間隔期等影響果蔬安全的因素 ， 力求果蔬完成溯源供應(yīng)鏈的第一個環(huán)節(jié)時 ，已經(jīng)儲存了應(yīng)有的基本信息 。當(dāng)對任何一個地塊的果蔬品種收購時 ， 通過采用 RFID 讀寫器對果蔬信息進(jìn)行信息采集 ， 可以有效減少出錯率 ，提高采集信息的準(zhǔn)確性與完整性 ，為果蔬的溯源提供源頭數(shù)據(jù) 。 同時 ，把 RFID 讀寫器采集到的數(shù)據(jù)信息上傳到種植基地數(shù)據(jù)服務(wù)器 ， 最終通過互聯(lián)網(wǎng)定期上傳數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)中心 。 主管部門工作人員以及消費者可以通過監(jiān)管決策與溯源查詢系統(tǒng)實現(xiàn)對果蔬種植環(huán)節(jié)各項數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢 ， 從而實現(xiàn)果蔬的實時監(jiān)管和質(zhì)量安全追溯 。 果蔬生產(chǎn)環(huán)節(jié)追溯信息獲取過程如圖 3 所示 。33 果蔬流通環(huán)節(jié)這個環(huán)節(jié)包含兩個過程 ，倉儲過程和運輸過程 。果蔬作為一種時令產(chǎn)品 ，其對倉庫環(huán)境要求高 ，為了方便消費者查詢倉庫環(huán)境信息 ， 必須采用 RFID 技術(shù)將倉庫環(huán)境數(shù)據(jù)和果蔬托盤標(biāo)簽數(shù)據(jù)發(fā)送到倉庫數(shù)據(jù)服務(wù)器 ， 由倉庫數(shù)據(jù)服務(wù)器處理后根據(jù)倉庫特點形成庫存信息 ，同時輸出入庫區(qū)位 、貨架 、貨位的指令20。 盤點時 ，倉庫管理人員使用手持 RFID 讀寫器讀入果蔬托盤標(biāo)簽信息 ，實時記錄盤點的數(shù)量 ，通過 3G4G 網(wǎng)絡(luò)將盤點產(chǎn)生的數(shù)據(jù)發(fā)送到倉庫數(shù)據(jù)服務(wù)器 。 果蔬在出庫前 ，利用 RFID 手持讀寫器對果蔬托盤標(biāo)簽進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫與檢查 ， 并記錄果蔬的出庫時間等信息 ， 將獲取的信息發(fā)送到倉庫的數(shù)據(jù)服務(wù)器 ， 最后利用追溯條碼建立與果蔬種植環(huán)節(jié)的關(guān)聯(lián) ， 倉儲管理子系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)定期上傳數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)庫 。 果蔬倉儲過程中的信息獲取過程如圖4 所示 。新鮮果蔬在運輸環(huán)節(jié)中 ，利用 RFID 標(biāo)簽可以實現(xiàn)在途貨物的監(jiān)控 、跟蹤及口岸檢查 。 通過將 RFID標(biāo)簽技術(shù)和 GPS 定位系統(tǒng)結(jié)合起來 ，可實現(xiàn)對運輸車輛的實時監(jiān)控和跟蹤 ，并將運輸環(huán)節(jié)中的信息 ，如出發(fā)時間 、車體環(huán)境信息 、到達(dá)時間以及運輸路線通過車載無線模塊上傳至數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)庫21。34 果蔬銷售環(huán)節(jié)超市以及批發(fā)市場的經(jīng)營戶在零售果蔬時 ，使用電子稱對果蔬進(jìn)行銷售 ， 電子秤完成零售果蔬的稱重后 ，自動記錄果蔬銷售數(shù)據(jù) （出售地點 、出售時間等 ）并發(fā)送到銷售數(shù)據(jù)服務(wù)器 ，銷售服務(wù)器會定期上傳數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)庫 。 自動記錄果蔬銷售數(shù)據(jù)的同時 ，打印二維碼和溯源網(wǎng)址的收銀小票 ，以方便用戶查詢果蔬的溯源信息 。4數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)庫的設(shè)計安全可靠的追溯系統(tǒng)離不開高質(zhì)量的數(shù)據(jù)庫 ，果蔬追溯系統(tǒng)實現(xiàn)的基礎(chǔ)是信息采集的自動化 ，為了更好地存儲整個果蔬供應(yīng)鏈相關(guān)信息 ， 數(shù)據(jù)庫的建立是重要的支撐 。由于果蔬種植基地 、倉庫和銷售網(wǎng)點分布在不同的地方 ，因此 ，本研究為每個供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)都分配一個數(shù)據(jù)庫服務(wù)器 ，分別為種植基地數(shù)據(jù)庫 、流通環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)庫 、零售點數(shù)據(jù)庫服務(wù)器 ，這 3 個數(shù)據(jù)庫通過 Internet 網(wǎng)絡(luò)連接到數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)庫 。追溯系統(tǒng)包含以下幾種表 ：個人用戶信息表 、地塊信息表 、種植信息表 、倉儲信息表 、加工信息表 、配送信息表 、零售信息表和果蔬品信息表 。每張表包含字段名稱 、數(shù)據(jù)類型 、主鍵 、允許空 、字段描述等信息 。5追溯系統(tǒng)的實現(xiàn)果 蔬 追 溯 系 統(tǒng) 是 在 J2EE （Java 2 Platform，Enterprise Edition）技術(shù)的基礎(chǔ)之上 ，采用瀏覽器 服務(wù)器結(jié)構(gòu)模式開發(fā)的 ，開發(fā)平臺為 MyEclipse 100，Web 編程框架 為 Spring 3，Web 服務(wù)器 為 Tomcat90，數(shù)據(jù)庫為常用的 MySQL。Spring MVC 是 Spring 框架的 Web 組件 ，2009年 Spring 3 MVC 發(fā)布后 ， 很多 Web 項目開發(fā)選擇了 Spring 3 MVC。 Spring 3 MVC 性能優(yōu)秀 、功能強大 、結(jié)構(gòu)簡單且靈活 。它采用了松耦合可插拔組件結(jié)構(gòu) ，比其他 MVC 框架更具擴展性和靈活性22，23。 該追溯系統(tǒng)采用 Spring 3 作為 MVC 框架進(jìn)行設(shè)計 ，具體設(shè)計如圖 5 所示 。果蔬品名果蔬產(chǎn)地農(nóng)事管理施肥信息噴藥信息RFID 讀寫器種植基地數(shù)據(jù)服務(wù)器操作人員RFID標(biāo)簽圖 3 果蔬生產(chǎn)環(huán)節(jié)追溯信息獲取過程數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)庫圖 4 倉儲環(huán)節(jié)追溯信息獲取過程入庫信息RFID 讀寫器倉庫數(shù)據(jù)服務(wù)器操作人員RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)庫RFID 讀寫器RFID標(biāo)簽出庫信息3340第 17 期消費者買到產(chǎn)品后 ， 可以根據(jù)收銀小票上的追溯條碼或者追溯號 ， 通過果蔬追溯平臺查詢所購買果蔬的全過程 ，包括生產(chǎn) 、加工 、流通 、銷售等信息 ，查詢界面如圖 6 所示 ， 通過這種方式讓消費者吃到安全的農(nóng)副食品 。6結(jié)論基于溯源理論 ，通過分析果蔬供應(yīng)鏈所有環(huán)節(jié) ，綜合應(yīng)用了物聯(lián)網(wǎng)科技中的 RFID 和二維碼 ， 設(shè)計并開發(fā)了一套基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的果蔬全程質(zhì)量追溯平臺 ，建立了有效的果蔬全程質(zhì)量監(jiān)控體系 。本研究實現(xiàn)了果蔬標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)和溯源系統(tǒng)的無縫銜接 ，強調(diào)溯源系統(tǒng)中的果蔬按照標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)過程生產(chǎn) ，并按照標(biāo)準(zhǔn)化溯源過程實現(xiàn)溯源 ， 從源頭上確保果蔬的質(zhì)量安全 。參考文獻(xiàn) ：1 國務(wù)院辦公廳關(guān)于加快推進(jìn)重要產(chǎn)品追溯體系建設(shè)的意見 EB/OLhttp：/wwwcaamorgcn/guojiazhengce/20151230/0805183574html，20161272 馬鴻健 ，柳平增 ，張耘凡 ，等 我國蔬菜供應(yīng)鏈可追溯體系研究現(xiàn)狀 J農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息 ，2014（4）：52553 張鷙程 基于 RFID 技術(shù)的豬肉食品安全追溯系統(tǒng)研究 D太原 ：中北大學(xué) ，20144 任守綱 ，徐煥良 ，黎 安 ，等 基于 RFIDGIS 物聯(lián)網(wǎng)的肉品跟蹤及追溯系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) J農(nóng)業(yè)工程學(xué)報 ，2010，26（10）：229235.5 劉 堯 ，高 峰 ，徐幸蓮 ，等 基于 RFIDEPC 物聯(lián)網(wǎng)的豬肉跟蹤追溯系統(tǒng)開發(fā) J食品工業(yè)科技 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