基于物联网的食品追溯系统设计与实现

王 龙，张竞超，武 尧

（山西农业大学 信息学院，山西 晋中 030800）

加强食品安全与食品行业的监督管理，应该把食品生产和运输以及销售等所有环节进行连接，这样可以保证食品产业链中所有环节信息公正化与透明化，同时还要对食品的安全管理体系与监督管理模式进行改进与完善。而基于物联网的食品追溯系统，能够对食品各个生产流程进行整理和规范，应用现代化物联网技术，实施食品生产和运输以及销售等各个环节信息数据的采集，并且消费人员能够利用手机客户端与网络等相关模式查询食品相关生产和运输等信息数据，进而有效避免出现食品安全问题。另外，基于物联网的食品追溯系统能够为食品安全问题提供合理处理思路。

一、应用技术分析

（一）RFID

其主要应用射频信号经过空间耦合进行无接触信息的传递，并且利用传递的相关信息实现识别的技术。其中射频识别技术并不需要人工操作，从而在一定程度上增强信息数据识别的实时性与可靠性。对于食品可追溯系统而言，RFID能够应用在食品即时信息识别，有效减小人力成本，并且提高食品经过所有环节的速度。一般情况下，R FID主要由标签和读写器以及应用软件系统构成，其中标签由耦合元件和天线以及芯片构成，功能就是存储相关数据信息。而由耦合元件和天线等构成的读写器，功能为读取或是写入标签相关内容，同时和应用软件交互，实现信息数据的传输。另外，应用软件系统为应用层的软件，通常是完成读写器采集的信息数据更为深层处理。

（二）数据交互技术

在服务器和Android应用间，一般要利用特定的信息数据交换格式，从而便于实现双方信息数据的交换，而数据的交换格式包含XML与JSON。基于物联网的食品追溯系统选择的是JSON信息数据交换技术。XML指的是可拓展的标记语言，应用在标记电子文件中，可以使其具备结构性。该语言和HTML语言比较类似，即各个点其允许用户实现自定义标签，具备良好的扩展性。而JSON属于轻量级信息数据交换格式，一般情况下，JSON应用的为完全独立和语言文本格式，因此便于阅读与编写。JSON主要有数组与对象两种格式。从XML与JSON方面而言，能够利用更为精简文字信息有效表达更多的内容，在一定程度上降低了携带信息数据的大小，而且也降低信息数据传输时间，明显提升信息数据的传输效率。对此，在食品科追溯系统设计中应用了JSON信息数据交换格式。

二、食品追溯系统设计

（一）食品可追溯系统组成

其一，生产现场视频监控和信息数据采集系统。利用设置在生产现场的所有生产流水线相关监控摄像机，把食品从生产至包装的所有流程，依据日期进行严格监控记录，同时将采集的视频信息完成分类整合，把视频信息有效存储于信息数据库中，然后把食品相应保质期最长时间合理完成食品更新和删除。生产现场物联网的信息数据采集系统，其通常要对生产现场所有环节进行信息采集，主要包含信息采集有关要求，同时应用RFID技术对信息数据完成实时收集，把信息统一储存于数据库中，实现统一管理于查询。其二，运输链条的信息采集和质控系统。而运输链条的信息采集和质控系统包含了运输链条的物联网信息数据采集与运输链条的质控系统。其中运输链条的物联网信息数据采集系统一般要对运输环节进行信息采集，然后利用RFID技术完成实时信息收集，并且保存于数据库中，实现统一管理于查询。而运输链条的质控系统通常是完成运输链条有关信息的查询与维护。其三，销售链条的信息采集和质控系统。其包含了销售链条的物联网信息数据采集系统与运输链条的质控系统。其中销售链条的物联网信息数据采集系统需要完成销售环节相关信息的采集，然后选择RFID技术针对信息完成实时收集，并且同意保存于数据库中，实现统一管理于查询。另外销售链条的质控系统需要完成销售链条有关信息的查询与维护。其四，信息综合管理系统。其一般是对平台中全部信息进行综合管理，包含了平台中信息所有子系统相关条件查询与视频调用等相关基本操作，还能够在一定权限下完成信息数据的维护，但是维护工作应该具备权限控制，同时要对维护时间与修改技术人员等进行记录，维护的相关历史数据要进行备份。

（二）传感层设计

首先是传感层的数据交互设计。系统应该先利用RFID阅读器与低频标签进行测试。比如说禽类蛋产品，因为标签中存储的主要内容是鸡蛋编号信息，所以要保留16位读写位数，而16位中应该预留出8位保留相应鸡蛋编号。同时为了完成标签可以重复应用，此编号应该利用读写器向标签合理发送特定指令完成修改。其次是读写器作业流程设计。读写器作业流程为实现传感层交互的重点，而读写器具体作业流程见图1所示。

图1 读写器作业流程

而读写器在编写标签数据过程中，会先接收用户想要写入的信息数据，在获取数据之后读写器就会依据信息数据有效计算出CRC校验位，同时校验结果和信息数据构成发送指令，这时指令就会发送到标签进行处理。另外，读写器在阅读标签过程中，应该重新对CRC校验位以及信息数据CRC的校验位进行计算，在确认没有错误之后发送至用户，若是CRC的校验位不满足要求，就应该返回错误标识。

（三）人机界面设计

手机系统主界面应该选择绿色作为背景，这样可以为用户创造一种自然感觉。应用草绿色表示生产现场信息，寓意生产现场清新；而选择橘黄色表示运输信息，寓意运输快捷与高效；选择深绿色表示市场销售状况，寓意市场销售干净与可靠。另外，对于信息查询界面而言，界面设计应该依据上述色块进行选取，这样能够使信息有效传递，并且确保应用客户声明信息的统一性。

（四）服务端设计

Android客户端实施二维码扫描，而且客户端把二维码的扫描结果利用URI模式发送至服务器，这样服务端就能够对基本信息进行查询。通常情况下，基本信息主要包含了产品编码与产品名称以及生产日期等多方面信息。而查询的结果主要利用JSON格式传递至Android客户端，同时在客户端实现相关显示。

三、基于物联网的食品追溯系统实现

（一）硬件设备

基于物联网的食品追溯系统必须要有硬件的支撑，比如说路由器和交换机以及服务器等，此系统需要应用的硬件设备见表1所示。

表1 硬件设备

（二）软件设备

基于物联网的食品可追溯系统软件环境主要包含了操作系统与数据库以及开发工具等。在食品科追溯系统中，各个软件设备的版本与功能都存在一定差异，具体见表2所示。

表2 软件设备

（三）RFID阅读器与标签实现

RFID阅读器主要应用井上阅读器与标签。而井上读写器与标签可以满足基于物联网的食品可追溯系统需求，同时应用java语言实现RFID串口的通讯。目前通用的Java串口通讯的相关接口是comm.jar，接口的通讯包能够提供串口相关操作方。因为开发及其为64位的操作系统，所以应该选择 RXTXcomm.jar，同时 RXTXcomm.jar和 comm.jar的内部接口一致，存在的区别就是实现方法，所以不需要考虑功能与调用方式的差异。

（四）二维条形码识别

二维条形码相应扫描运用在消费人员的Android客户端，主要选择开源ZXING作为前提的二维条码先进扫描技术。基于物联网的食品可追溯系统能够对一维条形码和QR码以及PDF417码等相关码制完成扫描与识别。在进行实现时，手机系统把调用照相机的硬件完成设置，在合理设置过后就会自动对焦完成二维码的有效扫描。同时在扫描完成之后，就要对条码完成图片处理和信息读取以及信息验证等。

（五）人机界面实现

界面应用表格布局，把界面主要分成四行。其中第一行主要显示文字，把生产现场相关信息在value.xml文件中完成设置，并且在第一行和第二行间设置一条横线，主要分割标题和显示的内容。第二行选择ListView，一般显示具体的基本信息，而基本信息的加载为动态的，生产现场信息要从服务器总的JSON文件获取，而手机客户端把JSON信息数据实施解析过后，依据相关格式完成填写。第三行包含两列，主要展示生产现场的信息与运输各个环节的按钮，而按钮选择图片进行显示，对此应用ImageButton。另外，第四行显示为销售信息，依然选择ImageButton当作超链接。

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