基于物聯(lián)網(wǎng)的蔬菜可追溯系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

1、基于物聯(lián)網(wǎng)的蔬菜可追溯系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)摘要：為提高蔬菜追溯效率、降低蔬菜跟蹤、監(jiān)控成本，通過對蔬菜生產(chǎn)企業(yè)進行實際調(diào)研，對現(xiàn)有蔬菜生產(chǎn)、定位、跟蹤、監(jiān)控、銷售等全過程進行了分析，給出了一種基于rfid和internet技術(shù)的蔬菜可追溯系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)設計方案。重點分析了該物聯(lián)網(wǎng)中的rfid系統(tǒng)、中間件和手機或無線pda等應用部件，最后分析了該網(wǎng)絡在internet基礎(chǔ)上實現(xiàn)某蔬菜企業(yè)的蔬菜可追溯系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。  物聯(lián)網(wǎng)作為新興的物品信息網(wǎng)絡，為實現(xiàn)供應鏈中物品自動化的跟蹤和追溯提供了基礎(chǔ)平臺。在物流供應鏈中對物品進行跟蹤和追溯對于實現(xiàn)高效的物流管理和商業(yè)運作具有重要的意義。  

2、;    隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，其技術(shù)也被廣泛應用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)中，目前大多蔬菜生產(chǎn)企業(yè)一直打著綠色蔬菜的旗號，但消費者并不能看到蔬菜是否是真正的綠色食品。有了物聯(lián)網(wǎng)，消費者可以通過應用安裝在廚房中的點菜機，把所需的蔬菜信息發(fā)送給生產(chǎn)廠家，廠家會把最新鮮的蔬菜送上門；蔬菜送到家后，消費者可以通過上網(wǎng)查詢蔬菜包裝上的條碼，就能了解這棵蔬菜從種子到采摘的全過程。     同時，應用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)之后，可以提供綠色蔬菜的網(wǎng)上在線訂購，這樣可以及時的將綠色蔬菜送到消費者手中，保證了食品的新鮮程度，同時使消費者能上網(wǎng)通過商品條碼查詢，了解所購買

3、的蔬菜生產(chǎn)的全過程，保證綠色、有機不摻假，讓消費者買的放心。     應用基于物聯(lián)網(wǎng)的追溯技術(shù)，每個食品上都貼上二維碼，不管蔬菜賣到哪里，消費者都可以查到蔬菜的來源、施肥及用藥情況，讓消費者明明白白消費。蔬菜生產(chǎn)企業(yè)可以實時監(jiān)蔬菜生產(chǎn)館內(nèi)的空氣及土地的溫度、濕度以及氣壓、二氧化碳濃度等與種植息息相關(guān)的數(shù)據(jù)。不僅如此，廳內(nèi)何時通風、蔬菜何時澆水、遮陽網(wǎng)如何打開等這些此前很多需要管理人員完成的工作，現(xiàn)在安裝了物聯(lián)網(wǎng)傳感器和網(wǎng)絡后，這些工作由可以自動由安裝在網(wǎng)絡中的相應設置來完成。     1 相關(guān)技術(shù)及研究現(xiàn)狀  &#

4、160;  在物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)方面，國內(nèi)目前在無線傳感器網(wǎng)絡的軟件方面也取得了相應的突破，在基于國外的操作系統(tǒng)之上，開發(fā)自己的中間件軟件。如南京郵電大學無線傳感器網(wǎng)絡研究中心開發(fā)的基于移動代理的無線傳感器網(wǎng)絡中間件平臺，深聯(lián)科技開發(fā)的無線傳感器網(wǎng)絡開發(fā)套件。國內(nèi)研究機構(gòu)在理論研究方面，如對無線傳感器網(wǎng)絡網(wǎng)絡協(xié)議、算法、體系結(jié)構(gòu)等方面，提出了許多具有創(chuàng)新性的想法與理論。在這方面，國內(nèi)的南京郵電大學、清華大學、北京郵電大學等都取得了一些相關(guān)的理論研究成果。     在國外，美國很多大學在無線傳感器網(wǎng)絡方面開展了大量工作。如加州大學洛杉磯分校的cens(cent

5、er for embedded networked sensi-ng)實驗室、wins(wireless integrated netwok sensors)實驗室和irl(internet research lab)等。     本文參照一些蔬菜企業(yè)的實際生產(chǎn)流程，借鑒國內(nèi)外可追溯系統(tǒng)的相關(guān)研究，通過研究基于物聯(lián)網(wǎng)的蔬菜可追溯系統(tǒng)處理方案，對原有的基于web蔬菜可追溯系統(tǒng)處理方案進行了一定的改進，并在實際項目中應用，取得了良好的效果。 2 物聯(lián)網(wǎng)及其工作原理 21

6、 物聯(lián)網(wǎng)的定義 物聯(lián)網(wǎng)(the internet of things)的定義是：通過射頻識別(rfid)、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡。 22 物聯(lián)網(wǎng)的工作流程 物聯(lián)網(wǎng)的基本工作流程由4部分組成，即由信息采集系統(tǒng)(rfid系統(tǒng))、pml信息服務器、產(chǎn)品命名服務器(ons)和應用管理系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。 它們的功能分別如下： 1)信息采集系統(tǒng) 信息采集系統(tǒng)包括rfid電子標簽(tag)、二

7、維碼、閱讀器(reader)以及數(shù)據(jù)交換和管理系統(tǒng)軟件，主要完成產(chǎn)品的識別和產(chǎn)品的epc(electronic product code)碼的采集和處理。 2)產(chǎn)品命名服務器(ons) 產(chǎn)品命名服務器ons(object name service)主要實現(xiàn)的功能是在各個信息采集點與pml信息服務器之間建立關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)從物品電子標簽epc碼到產(chǎn)品pml描述信息之間的映射。 3)pml信息服務器 pml(physical markup language，實體描述語言)信息服務器中的數(shù)據(jù)定義規(guī)則由用戶創(chuàng)建并維護，用戶根據(jù)事

8、先規(guī)定的規(guī)則對物品進行編碼，并利用xml對物品信息進行詳細描述。在物聯(lián)網(wǎng)中，pml服務器主要用于以通用的模式提供對物品原始信息的規(guī)則定義，以便于其他服務器訪問。      4)業(yè)務管理系統(tǒng) 業(yè)務管理系統(tǒng)通過獲取信息采集軟件得到的epc信息，并通過ons找到物品的pml信息服務器，從而可以以web的形式向internet用戶提供諸如信息查詢、跟蹤等功能，用戶也可以通過手機或無線pda實時了解物品的狀態(tài)。     3 基于物聯(lián)網(wǎng)的蔬菜可追溯系統(tǒng)設計    &#

9、160;31 系統(tǒng)架構(gòu)設計     基于物聯(lián)網(wǎng)的蔬菜可追溯系統(tǒng)采用了無線射頻身份識別和二維碼技術(shù)，每棵蔬菜上都貼上二維碼，不管蔬菜賣到哪里，消費者都可以查到蔬菜的來源。基于物聯(lián)網(wǎng)的蔬菜可追溯系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。它主要由蔬菜識別、信息處理控制跟蹤、pml服務器、本地數(shù)據(jù)庫服務器、業(yè)務系統(tǒng)5大模塊組成。     它們的作用分別如下：     1)蔬菜識別 蔬菜識別系統(tǒng)的核心是蔬菜的編碼和識別。由于每棵蔬菜的條形碼都有唯一編碼，不管蔬菜賣到哪兒，只要輸入蔬菜的編號，就可

10、以對蔬菜進行跟蹤和監(jiān)控。所以，在基于rfid或二維碼標簽的蔬菜可追溯系統(tǒng)采用epc碼作為蔬菜的唯一標識碼，標簽由芯片和天線(antenna)組成，每個標簽具有唯一的產(chǎn)品電子碼。epc碼(electronic product code)是auto-id研究中心為每個物理目標分配的唯一的可查詢的標識碼，其內(nèi)含的一串數(shù)字可代表蔬菜類別和蔬菜id、生產(chǎn)日期和生產(chǎn)地等信息。同時，隨著蔬菜的銷售轉(zhuǎn)移或變化，這些數(shù)據(jù)可以實時更新。通常，epc碼可存入硅芯片做成的電子標簽內(nèi)，并附在被標識蔬菜上，以被信息處理軟件識別、傳遞和查詢。     2)信息處理

11、蔬菜控制跟蹤 信息處理控制跟蹤模塊是系統(tǒng)的核心功能模塊，它通過數(shù)據(jù)采集接口、信息處理、蔬菜跟蹤和監(jiān)控3個接口同其他功能模塊進行交互，從而實現(xiàn)蔬菜的自動處理。     3)pml服務器 pml服務器主要由蔬菜生產(chǎn)廠家創(chuàng)建并維護的服務器，它以標準的xml為基礎(chǔ)，提供蔬菜的詳細信息，如蔬菜類別和id、登生產(chǎn)日期和產(chǎn)地等信息，并允許通過蔬菜的epc碼對蔬菜信息進行查詢。     4)本地數(shù)據(jù)庫服務器 本地數(shù)據(jù)庫服務器主要用于存儲數(shù)據(jù)采集和處理接口獲得的蔬菜信息，以便在業(yè)務系統(tǒng)中查詢和維護。例如

12、，用戶可以通過手機或無線pda或web客戶端隨時隨地查詢蔬菜的當前狀態(tài)。 $page$    32 系統(tǒng)開發(fā)平臺     該系統(tǒng)運用internet環(huán)境，采用bs模式進行開發(fā)。系統(tǒng)服務器端操作系統(tǒng)選用linux，主要技術(shù)為java ee和使用java語言編程，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)選用oraclellg。     4 基于物聯(lián)網(wǎng)的蔬菜可追溯系統(tǒng)實現(xiàn)     41 系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)  &#

13、160;  為了確保蔬菜處理的完整性，對每棵蔬菜上的標簽都進行了唯一編碼。編碼由3位蔬菜類別碼和10位蔬菜id碼、10位生產(chǎn)日期碼、4位生產(chǎn)地碼、4位生產(chǎn)廠家碼、4位銷售地碼、10位銷售日期碼、4位銷售企業(yè)碼及6位序列號組成。在蔬菜銷售前，為每棵蔬菜上貼一個rfid標簽。rfid電子標簽編碼組成如圖3所示。     42 rfid中間件的設計     根據(jù)前面研究的標簽id表示方法以及savant中間件的定義，rfid中間件的功能模塊應該包含如下幾個功能模塊：reader接口模塊、邏輯驅(qū)動器映射

14、模塊、rfid數(shù)據(jù)過濾模塊、業(yè)務規(guī)則過濾模塊、設備管理與配置模塊、上層服務接口模塊。其中，reader接口用于中間件與rfid讀寫器的數(shù)據(jù)通信，主要有獲取rfid數(shù)據(jù)以及下達設備管理模塊的讀寫器指令。設備管理配置模塊用于調(diào)整rfid讀寫設備的工作狀態(tài)，配置相應的reader接口參數(shù)等，邏輯讀寫器映射模塊用于將多個物理讀寫器或者讀寫器的多條天線映射成為一個邏輯讀寫器。    43 rfid數(shù)據(jù)采集過濾方法設計     rfid采集的原始數(shù)據(jù)量非常大，在實際應用中，根據(jù)具體的配置不同，每臺讀寫器每秒可以上報數(shù)

15、個至數(shù)十個不等的電子標簽數(shù)據(jù)，如重復多次掃描同一個電子標簽，但其中只有少部分是對用戶有意義的、非重復性的數(shù)據(jù)，這樣大量的數(shù)據(jù)如果不經(jīng)過去冗等處理而直接上傳，將會給整個rfid系統(tǒng)帶來很大的負擔。所以，對rfid采集的數(shù)據(jù)進行過濾處理。     rfid數(shù)據(jù)采集過濾方法設計主要可以分為如下幾類：     1)建立數(shù)據(jù)采集事件列表類 對每一個新到電子標簽數(shù)據(jù)進行實時檢測，如果是新掃描的電子標簽，則加入到相應列表中，如果該標簽在列表中已存在，則僅更新對應標簽的時間等狀態(tài)數(shù)據(jù)，而不新建標簽數(shù)據(jù)記錄，以達到清除重復

16、數(shù)據(jù)的目的。     2)數(shù)據(jù)采集事件編碼類 對電子標簽狀態(tài)的改變進行編碼，定義標簽出現(xiàn)的狀態(tài)編碼為0，標簽狀態(tài)消失的編碼為1。然后加入計時器機制，對計時器有效時間內(nèi)的同一標簽的狀態(tài)跳變進行忽略，從而在狀態(tài)定義和時間維度2個方面對數(shù)據(jù)進行了去重化。     上述這些算法均能夠很好地消除冗余數(shù)據(jù)，減少了上層系統(tǒng)的負荷。但在實際應用中，除了rfid數(shù)據(jù)的去冗化以外，對數(shù)據(jù)的過濾還有著其他的需求。比如，由于信號不穩(wěn)定或其他干擾因素，蔬菜上的rfid標簽并不能在每一個讀寫器周期中被檢測到。針對上述問題，設計了在不

17、同應用場景下的適應性和有效性的過濾算法，實驗平臺使用rs232接口的單天線讀寫器，該讀寫器報告周期為1 s，每次報告標簽數(shù)為5個。算法實現(xiàn)采用java語言，通過java串口來進行串口通訊。     44 業(yè)務系統(tǒng)的實現(xiàn)     依據(jù)上述的基本原理，本文基于java ee平臺下設計并實現(xiàn)了一個基于蔬菜可追溯系統(tǒng)，該原型系統(tǒng)實現(xiàn)了蔬菜識別、信息處理控制跟蹤、pml服務器的維護、本地數(shù)據(jù)庫的維護等，基于物睽網(wǎng)的蔬菜可追溯系統(tǒng)主要通過rfid電子標簽實現(xiàn)蔬菜的自動識別和發(fā)運，利用物聯(lián)網(wǎng)獲取蔬菜的生產(chǎn)日期等相關(guān)信息。其中，業(yè)務管理系統(tǒng)通過獲取信息采集軟件得到的epc信息，并通過ons找到物品的pml信息服務器，以web的形式向internet用戶提供諸如信息查詢、跟蹤等功能的管理的界面如圖4所示，用戶通過手機或無線pda實時了解蔬菜的狀態(tài)的界面如圖5所示。     5 結(jié)論     本文在物聯(lián)網(wǎng)逐步興起的研究背景下，探求物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用，對于蔬菜可追溯碼標簽，國外現(xiàn)有的系統(tǒng)大部分采用一維碼制作可追溯標簽。但是考慮到蔬菜包裝一般都比較小，因此可追溯碼的標簽不能設計過大，而