基于物联网的蔬菜可追溯系统的设计与实现

摘要：为提高蔬菜追溯效率、降低蔬菜跟踪、监控成本，通过对蔬菜生产企业进行实际调研，对现有蔬菜生产、定位、跟踪、监控、销售等全过程进行了分析，给出了一种基于RFID和Internet技术的蔬菜可追溯系统的物联网设计方案。重点分析了该物联网中的RFID系统、中间件和手机或无线PDA等应用部件，最后分析了该网络在Internet基础上实现某蔬菜企业的蔬菜可追溯系统的实现方法。该系统不仅可以为消费者提供详细的蔬菜产品信息查询，而且还为企业的生产管理和蔬菜质量安全监控提供了良好的操作平台。应用结果表明对提蔬菜追溯效率、降低蔬菜跟踪、监控成本有较明显的效果。
关键词：射频识别；物联网；蔬菜；电子标签

物联网作为新兴的物品信息网络，为实现供应链中物品自动化的跟踪和追溯提供了基础平台。在物流供应链中对物品进行跟踪和追溯对于实现高效的物流管理和商业运作具有重要的意义。
随着物联网的发展，其技术也被广泛应用到农业生产的各个环节中，目前大多蔬菜生产企业一直打着绿色蔬菜的旗号，但消费者并不能看到蔬菜是否是真正的绿色食品。有了物联网，消费者可以通过应用安装在厨房中的点菜机，把所需的蔬菜信息发送给生产厂家，厂家会把最新鲜的蔬菜送上门；蔬菜送到家后，消费者可以通过上网查询蔬菜包装上的条码，就能了解这棵蔬菜从种子到采摘的全过程。
同时，应用了物联网技术之后，可以提供绿色蔬菜的网上在线订购，这样可以及时的将绿色蔬菜送到消费者手中，保证了食品的新鲜程度，同时使消费者能上网通过商品条码查询，了解所购买的蔬菜生产的全过程，保证绿色、有机不掺假，让消费者买的放心。
应用基于物联网的追溯技术，每个食品上都贴上二维码，不管蔬菜卖到哪里，消费者都可以查到蔬菜的来源、施肥及用药情况，让消费者明明白白消费。蔬菜生产企业可以实时监蔬菜生产馆内的空气及土地的温度、湿度以及气压、二氧化碳浓度等与种植息息相关的数据。不仅如此，厅内何时通风、蔬菜何时浇水、遮阳网如何打开等这些此前很多需要管理人员完成的工作，现在安装了物联网传感器和网络后，这些工作由可以自动由安装在网络中的相应设置来完成。

1 相关技术及研究现状
在物联网相关技术方面，国内目前在无线传感器网络的软件方面也取得了相应的突破，在基于国外的操作系统之上，开发自己的中间件软件。如南京邮电大学无线传感器网络研究中心开发的基于移动代理的无线传感器网络中间件平台，深联科技开发的无线传感器网络开发套件。国内研究机构在理论研究方面，如对无线传感器网络网络协议、算法、体系结构等方面，提出了许多具有创新性的想法与理论。在这方面，国内的南京邮电大学、清华大学、北京邮电大学等都取得了一些相关的理论研究成果。
在国外，美国很多大学在无线传感器网络方面开展了大量工作。如加州大学洛杉矶分校的CENS(Center for Embedded Networked Sensi-ng)实验室、WINS(Wireless Integrated Netwok Sensors)实验室和IRL(Internet Research Lab)等。
本文参照一些蔬菜企业的实际生产流程，借鉴国内外可追溯系统的相关研究，通过研究基于物联网的蔬菜可追溯系统处理方案，对原有的基于Web蔬菜可追溯系统处理方案进行了一定的改进，并在实际项目中应用，取得了良好的效果。

2 物联网及其工作原理
2．1 物联网的定义
物联网(The Internet of Things)的定义是：通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
2．2 物联网的工作流程
物联网的基本工作流程由4部分组成，即由信息采集系统(RFID系统)、PML信息服务器、产品命名服务器(ONS)和应用管理系统。物联网的系统结构如图1所示。

它们的功能分别如下：
1)信息采集系统 信息采集系统包括RFID电子标签(tag)、二维码、阅读器(Reader)以及数据交换和管理系统软件，主要完成产品的识别和产品的EPC(Electronic Product Code)码的采集和处理。
2)产品命名服务器(ONS) 产品命名服务器ONS(Object Name Service)主要实现的功能是在各个信息采集点与PML信息服务器之间建立关联，实现从物品电子标签EPC码到产品PML描述信息之间的映射。
3)PML信息服务器 PML(Physical Markup Language，实体描述语言)信息服务器中的数据定义规则由用户创建并维护，用户根据事先规定的规则对物品进行编码，并利用XML对物品信息进行详细描述。在物联网中，PML服务器主要用于以通用的模式提供对物品原始信息的规则定义，以便于其他服务器访问。
4)业务管理系统 业务管理系统通过获取信息采集软件得到的EPC信息，并通过ONS找到物品的PML信息服务器，从而可以以Web的形式向Internet用户提供诸如信息查询、跟踪等功能，用户也可以通过手机或无线PDA实时了解物品的状态。

3 基于物联网的蔬菜可追溯系统设计
3．1 系统架构设计
基于物联网的蔬菜可追溯系统采用了无线射频身份识别和二维码技术，每棵蔬菜上都贴上二维码，不管蔬菜卖到哪里，消费者都可以查到蔬菜的来源。基于物联网的蔬菜可追溯系统的结构如图2所示。它主要由蔬菜识别、信息处理／控制／跟踪、PML服务器、本地数据库服务器、业务系统5大模块组成。