《基于物联网的食品质量追溯管理系统》-工学论文，软件工程论文-论文范文参考-科学狗论文网

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基于物联网的食品质量追溯管理系统

范文

李同宇　徐均　邵琦　赵峰

摘要：食品安全问题日益凸显，有效的食品质量溯源系统可以准确地追溯食品的相关信息，加强对食品安全监控力度。基于物联网的食品质量追溯管理系统利用二维码技术、数据同步技术、智能传感器技术等物联网相关技术，采集食品的加工、物流及流通销售过程中的数据，建立产品溯源数据中心。该系统主要包含生产线在线控制系统、追溯查询系统和收发货管理系统三个子系统，实现了生产商与经销商之间食品信息的共享以及帮助消费者快速、准确地查询食品信息，保证了食品信息可追溯，增强了依据生产链和销售链追溯食品的能力。

关键词：物联网；食品追溯；二维码；数据同步

中图分类号：TP311 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2015.02.006

0 引言

随着食品产业和食品国际贸易的快速发展，食品安全日益为人们所重视。由于食品生产加工程序多、配料多，食品流通进销渠道复杂，食品生产、加工、包装、储运、销售等环节都可能引起食品卫生安全问题，因此保障食品安全，加强食品安全监控力度，建立完善的食品溯源系统能够有效地解决食品安全问题。

基于物联网的食品质量追溯管理系统利用二维码技术、数据同步技术、智能传感器技术等物联网相关技术，能够使消费者快速、准确地了解到自己需要的产品信息，实现了食品信息的共享与追踪溯源。

1 系统总体架构

基于物联网的食品质量追溯管理系统总体架构是在统一的网络基础设施支撑下，建立和整合统一数据资源中心，构建完全自主可控的统一信息安全保障体系。该系统包含生产线在线控制子系统、追溯查询子系统和收发货管理子系统三个子系统。生产线在线控制子系统主要实现生产线任务单管理、在线生产、产品信息管理、设备集成及数据关联等功能；追溯查询子系统主要实现产品流向、防伪、防串货、收发货单、数据关联关系等信息查询功能；收发货管理子系统运行与手持智能终端，其主要实现收发货单管理及异常处理等功能。系统总体架构如图1所示。

2 系统关键技术

2.1 二维码打码技术

二维码（2D barcode）是用某种特定的几何图形按一定规律在二维方向上分布的黑白相间的图形记录数据符号信息。在代码编制上利用构成计算机内部逻辑基础的“0”、“1”比特流概念，使用若干个与二进制相对应的几何形体来表示信息，通过图象输入设备或光电扫描设备自动识读以实现信息自动处理。相对于一维条形码，它具有如下主要优势：

（1）信息密度高、信息容量大，可不依赖数据库及通讯网络而单独应用，而且可以将图片、声音、签字、指纹等可以数字化的信息进行编码，完成对物品的描述。

（2）容错能力强，具有错误校验和纠错能力，当二维码出现穿孔、污损等引起局部损坏面积达50%时，仍然可以正确识别。

二维码可以分为行排式/堆积式二维码和矩阵式二维码，其中，行排式/堆积式二维码编码原理是建立在一维条形码基础之上，按需要堆积成二行或多行，具有代表性的行排式/堆积式二维码有PDF417、CODE49、CODE 16K等；矩阵式二维码编码原理是在一个矩形空间通过黑、白像素在矩阵中的不同分布进行编码，具有代表性的矩阵式二维码有：QR Code、Data Matrix、Code One等。

为了便于食品的溯源，本系统设计了基于QRCode编码规范的二维码编码方式，编码由商品名称+生产商+生产日期+保质期+工厂+车间+山产线+生产批号组成，其中前七项为直接记录类信息，可以直接通过智能终端扫描显示出来，最后一项为数据库检索类信息，可以根据扫描出来的批号信息查询食品溯源信息数据库而得到更多详细的溯源信息。

2.2 赋码信息关联模式

食品的包装一般包括三个流程：a.初级包装，形成单品；b.二级包装，如将一定数量的单品包装成小箱；c.三级包装，如将一定数量的小箱包装成大箱。每一次包装的外包装上都赋予二维码。赋码信息关联就是将单品的二维码信息、小箱的二维码信息、大箱的二维码信息进行关联，用于掌握食品的流向，便于食品的追溯。

本系统采用的赋码信息关联方式为在线关联。操作方式是：生产线的设备对单体、小箱、大箱进行赋码，在线对单体与小箱、小箱与大箱码直接进行匹配，现场直接实现各级关联。优点是赋码信息内容丰富，保证了精确关联。

2.3 数据同步技术

本系统的数据同步技术采用基于socket通信技术数据同步方法，通过socket数据表现形式为字节流信息，按照约定的数据单元格式进行数据的封装和解释，各模块按照时间确定同步更新的数据以及针对该数据的操作，在各阶段采集的信息数据上传到溯源中心数据库实现同步处理，以便消费者最后的溯源查询。

（1）数据同步技术

数据同步包括服务器之间的同步以及服务器与移动终端的同步。本系统中数据同步主要是指服务器与移动终端之间数据的同步。一般而言，服务器与移动终端之间的同步主要采用SQLServer数据复制技术。在SQLServer同步复制技术之后，提出了一种基于传输XML文件的数据库同步的方案。在这种同步方案中，采用的是同步代理控制方式，而同步的过程主要是通过服务器的同步代理和移动端的同步代理来完成的。移动端创建XML文件，并向服务器端发出请求，传输XML文件，同步代理之间相互交互，服务器端接收完成后解析XML数据，更新数据库数据，从而完成数据的同步。在此基础上，本文对基于XML的数据同步方式加以改进，提出了一种基于Socket通信的传输XML文件的同步方案。

（2）基于Socket通信的传输XML文件的数据同步

网络上的两个程序通过一个双向的通信连接来实现数据的交换，这个双向链路的一端就称为一个Socket，它通常用来实现客户端和服务器端的连接。这种方式的主要特点就是可以对所传输的数据进行筛选控制。一方面不仅可以减少对冗余数据操作所造成的时间浪费，另一方面可以缩短数据的同步时间，因为这种方式所花费的主要是生成XML文件和传输XML文件的时间。

本系统采用C/S结构，有上传和下载两大功能，采用的是多线程服务。首先是移动客户端发送服务请求上传或下载到服务器端，服务器端接收到请求后判断是哪种请求，然后再启动相应的线程来处理不同事务。同步过程中这几个模块之间是相互联系，相互依靠的。上传数据时，移动客户端首先生成XML文件，然后再传送XML文件，传送完毕后服务器端进行XML文件解析，下载时过程类似，服务器端生成XML文件，然后传送给客户端，传送完成后客户端进行解析文件。

3 追溯流程

3.1 质量追溯信息赋值

从系统平台接收产品质量追溯信息并给产品外包装赋值，具体流程如下图2。

3.2 发货和收货时产品质量追溯信息采集

此阶段主要实现产品流向、收发货单、数据关联关系等信息的采集。

a.工厂一级发货信息识读，实现工厂发货质量追溯信息采集，流程如图3。终端接收要发货的发货单信息：

如果是整托盘出库，直接从托盘电子标识中获取产品质量追溯信息；

如果是拆托盘通过手持设备扫描识读质量追溯信息，并修改

退库托盘电子标识信息；

如果出现拆包现象，打印产品质量追溯信息贴粘到拆包产品上；

把全部采集的产品质量追溯信息和产品发货单号对应。同时同步到系统平台；

b.中转站和一级经销商接收产品后信息进行同步，然后进行产品的入库与发货，具体流程如图4。

c.二级经销商接收产品后，进行信息同步，然后进行产品的入库与发货，具体流程如图5。

d.终端商接货后进行信息采集，同步到系统平台，具体流程如图6。

3.3 产品质量追溯信息查询

1.消费者产品质量查询

消费者用手机识读产品二维码。

自动登录企业产品质量查询网站，获得产品、生产厂家，生产车间、生产线、生产日期、生产批次的合格产品确认。

如果确认要进一步查询该产品的质检报告，可获得产品的出厂质检报告。

2.公司业务查询

登录质量信息追溯查询界面，录入要查询的产品批号，可查询该产品批号的产品的相关信息

不同权限有不同的查询结果

1）最高权限可查询出的信息是，产品产量、当前库存量、各级经销商（中转库）接货量、经销商（中转库）库存量、发货量和全部流通渠道。

2）每一级经销商（中转库）可查询本身的接货量、库存量、发货量、归属自己的下级经销商的接货量、库存量、发货量和全部流通渠道。

4 总结

本系统主要是采用物联网技术，采集了食品的加工、物流及流通销售过程中的数据，建立产品溯源数据中心，实现了生产商与经销商之间食品信息的共享以及帮助消费者快速、准确地了解食品信息，保证了食品来源的可靠性，同时增强了依据生产和销售链追踪产品的能力，提高了相关部门质量安全管理的能力。

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