基于物聯(lián)網(wǎng)的食品安全檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引 言

如何保障食品安全，讓消費(fèi)者了解食品來(lái)源與加工程序并買到放心的食品，已成為當(dāng)代社會(huì)的重要話題。在當(dāng)今信息化飛速發(fā)展的時(shí)代，我們把先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運(yùn)用到食品安全檢測(cè)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)食品安全檢測(cè)的智能化和透明化。利用先進(jìn)的RFID 技術(shù)讓消費(fèi)者能夠?qū)κ称飞a(chǎn)信息及檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行查詢。食品安全監(jiān)督管理部門(mén)可以通過(guò)RFID 碼查到產(chǎn)品的自檢信息，同時(shí)食品安全監(jiān)督管理部門(mén)使用B/S 模式的食品安全檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)儀器管理、文件管理、人員管理和資源管理，極大程度地提高了食品安全檢測(cè)相關(guān)機(jī)構(gòu)的工作效率。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)

基于物聯(lián)網(wǎng)食品安全檢測(cè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，不僅要節(jié)省人力，提高系統(tǒng)自動(dòng)化程度，還要做到檢測(cè)過(guò)程效率高、檢測(cè)結(jié)果透明化?；谖锫?lián)網(wǎng)食品安全檢測(cè)系統(tǒng)的功能模塊如圖 1 所示。根據(jù)功能劃分，將該系統(tǒng)分為儀器自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)和溯源管理系統(tǒng)三大塊。生產(chǎn)企業(yè)把食品送到食品安全監(jiān)管機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，儀器自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)把檢測(cè)的相關(guān)數(shù)據(jù)自動(dòng)上傳至監(jiān)管平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)質(zhì)檢部門(mén)的工作流程、任務(wù)分配和最終報(bào)告歸檔，避免使用紙質(zhì)文檔，同時(shí)提高了工作人員的工作效率。溯源管理系統(tǒng)采用了 RFID 和傳感器技術(shù)讓檢測(cè)結(jié)果透明化， 同時(shí)設(shè)計(jì)開(kāi)放的公眾監(jiān)管平臺(tái)讓檢測(cè)數(shù)據(jù)在 Web 端也能被公眾看到。

2 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)與技術(shù)

2.1 ARM嵌入式食品安全快速檢測(cè)裝置

儀器自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括傳統(tǒng)的檢測(cè)儀器與新型的快速檢測(cè)裝置。這種食品安全快檢儀能大概檢測(cè)出食品中某一項(xiàng)指標(biāo)的含量，并對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)值是否超標(biāo)。例如果蔬中的農(nóng)藥殘留、海帶中的二氧化硫含量等。食品安全快檢裝置內(nèi)置藍(lán)牙通訊模塊，檢測(cè)數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)上傳至公眾監(jiān)管平臺(tái)。

2.2 儀器數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)

大部分檢測(cè)任務(wù)由食品安全監(jiān)督管理部門(mén)通過(guò)精密的儀器設(shè)備進(jìn)行定量檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)室儀器數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集是實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化的關(guān)鍵內(nèi)容。儀器連接到實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)，分析儀器將分析結(jié)果自動(dòng)傳送到管理系統(tǒng)，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎驼_性。數(shù)據(jù)自動(dòng)采集儀器的接口分為兩大類，分別為圖 2 所示的帶有計(jì)算機(jī)作為數(shù)據(jù)工作站的儀器接口和圖 3 所示的沒(méi)有數(shù)據(jù)工作站但可通過(guò)RS 232 串口輸出數(shù)據(jù)的儀器接口。

帶有數(shù)據(jù)處理工作站的儀器設(shè)備檢測(cè)完結(jié)果后可配置自動(dòng)導(dǎo)出文件到指定目錄下，導(dǎo)入工作站后可直接展示在工作站， 并進(jìn)行后續(xù)檢測(cè)結(jié)果的數(shù)據(jù)填入，便于批量操作，無(wú)誤后發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上。管理系統(tǒng)讀取此文件的內(nèi)容，按照既定規(guī)則讀出所需數(shù)據(jù)并寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)的檢測(cè)結(jié)果字段。

沒(méi)有數(shù)據(jù)工作站的儀器有一個(gè)共同點(diǎn) 沒(méi)有相應(yīng)的儀器操作軟件。通常這類儀器通過(guò) RS 232 與外部通訊。為了能將儀器統(tǒng)一管理，可以通過(guò)轉(zhuǎn)換器將儀器接口轉(zhuǎn)化成以太網(wǎng)接口，通過(guò)以太網(wǎng)協(xié)議與管理系統(tǒng)連接。

2.3 實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)

2.3.1 實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)架構(gòu)

實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)對(duì)人員、機(jī)器、原料、方法、環(huán)境五大影響實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)結(jié)果的因素進(jìn)行嚴(yán)格管理。該實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)采用瀏覽器 / 服務(wù)器模式由J2EE 平臺(tái)開(kāi)發(fā)而成。按邏輯并使用SpringMVC 架構(gòu)劃分為表現(xiàn)層（UI）、業(yè)務(wù)層（BLL）和數(shù)據(jù)層三層（DAL）。三層結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系如圖 4 所示。

(3) 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層直接訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的讀取、保存、刪除、更新等操作。該層使用基于映射語(yǔ)言 XML 面向?qū)ο笏季S編寫(xiě)的mybatis 輕量級(jí)框架對(duì)數(shù)據(jù)層進(jìn)行操作。

(4) 數(shù)據(jù)庫(kù)

數(shù)據(jù)層對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，發(fā)送請(qǐng)求到數(shù)據(jù)庫(kù) DataBase， 數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)層的請(qǐng)求做出響應(yīng)，處理完數(shù)據(jù)后返回?cái)?shù)據(jù)層。

2.3.2 實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)按功能模塊劃分可分為人員管理、檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)管理、檢測(cè)工作管理、檢測(cè)任務(wù)管理、實(shí)驗(yàn)室儀器管理和檢測(cè)結(jié)果歸檔管理等模塊。

系統(tǒng)可以分配管理員或檢測(cè)人員的權(quán)限給不同用戶。檢測(cè)人員同樣可以分配不同的權(quán)限，例如室主任可以給檢測(cè)科員分配檢測(cè)任務(wù)并審核其完成情況。上級(jí)制定實(shí)驗(yàn)計(jì)劃并給下級(jí)分配檢測(cè)任務(wù)，下級(jí)可以根據(jù)實(shí)際情況選擇接受或退回。每個(gè)檢測(cè)項(xiàng)目流程已經(jīng)預(yù)先在系統(tǒng)中編寫(xiě)好，如果下級(jí)接受檢測(cè)任務(wù)，則填寫(xiě)原始記錄并提交。上級(jí)審核下級(jí)提交的原始記錄，可通過(guò)或退回。若通過(guò)，則根據(jù)檢測(cè)結(jié)果編寫(xiě)最終報(bào)告并提交。上級(jí)審核下級(jí)提交的最終報(bào)告，若通過(guò)則歸檔。

2.4 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是把傳感器、RFID 技術(shù)、GPS 定位系統(tǒng)、激光掃描等信息傳感設(shè)備按照約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。本系統(tǒng)主要采用RFID 無(wú)線頻射識(shí)別技術(shù)，RFID 技術(shù)是一種無(wú)線通信技術(shù)，它通過(guò)無(wú)線電信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并能夠自動(dòng)獲取目標(biāo)對(duì)象的相關(guān)數(shù)據(jù)。

2.5 溯源管理系統(tǒng)設(shè)計(jì) 

溯源管理系統(tǒng)功能模塊如圖 5 所示。RFID 標(biāo)簽可以存 儲(chǔ)食品從原料、加工到成品運(yùn)輸和檢測(cè)結(jié)果等過(guò)程的全透明 追溯，實(shí)現(xiàn)全過(guò)程嚴(yán)格控制。通過(guò) RFID 讀寫(xiě)器可以讀取食品 相關(guān)內(nèi)部數(shù)據(jù)。同樣我們也可以對(duì) RFID 標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更 新。由于 RFID 標(biāo)簽通過(guò)無(wú)線電收發(fā)信號(hào)，所以數(shù)據(jù)的安全性 比較高。讀取到食品從生產(chǎn)到流通市場(chǎng)的所有數(shù)據(jù)后，我們 把所有數(shù)據(jù)上傳至 Web 端公眾監(jiān)管平臺(tái)。公眾監(jiān)管平臺(tái)的核 心技術(shù)和實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)類似，該平臺(tái)是一個(gè)全開(kāi)放的系統(tǒng)， 消費(fèi)者可以在此查詢相應(yīng)的食品安全溯源信息，也可以通過(guò)調(diào) 用實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的接口下載檢測(cè)報(bào)告。為了方便消費(fèi)者查詢 食品安全信息，我們也設(shè)計(jì)了移動(dòng)端 App，消費(fèi)者在超市購(gòu)買 食品時(shí)，只需用手機(jī)掃描食品包裝袋上的二維碼即可追溯食品 安全信息，讓消費(fèi)者放心購(gòu)買。若發(fā)現(xiàn)食品安全問(wèn)題或有疑問(wèn)， 可進(jìn)行質(zhì)量投訴或咨詢。