基于物联网的食品安全检测系统设计

引 言

如何保障食品安全，让消费者了解食品来源与加工程序并买到放心的食品，已成为当代社会的重要话题。在当今信息化飞速发展的时代，我们把先进的物联网技术、网络技术和移动互联网技术运用到食品安全检测系统中，实现食品安全检测的智能化和透明化。利用先进的RFID 技术让消费者能够对食品生产信息及检测结果进行查询。食品安全监督管理部门可以通过RFID 码查到产品的自检信息，同时食品安全监督管理部门使用B/S 模式的食品安全检测实验室管理系统实现仪器管理、文件管理、人员管理和资源管理，极大程度地提高了食品安全检测相关机构的工作效率。

1 系统总体设计与结构

基于物联网食品安全检测系统的总体设计，不仅要节省人力，提高系统自动化程度，还要做到检测过程效率高、检测结果透明化。基于物联网食品安全检测系统的功能模块如图 1 所示。根据功能划分，将该系统分为仪器自动化数据采集系统、实验室管理系统和溯源管理系统三大块。生产企业把食品送到食品安全监管机构进行检测，仪器自动化数据采集系统把检测的相关数据自动上传至监管平台。实验室管理系统主要负责质检部门的工作流程、任务分配和最终报告归档，避免使用纸质文档，同时提高了工作人员的工作效率。溯源管理系统采用了 RFID 和传感器技术让检测结果透明化， 同时设计开放的公众监管平台让检测数据在 Web 端也能被公众看到。

2 系统详细设计与技术

2.1 ARM嵌入式食品安全快速检测装置

仪器自动化数据采集系统包括传统的检测仪器与新型的快速检测装置。这种食品安全快检仪能大概检测出食品中某一项指标的含量，并对比标准值是否超标。例如果蔬中的农药残留、海带中的二氧化硫含量等。食品安全快检装置内置蓝牙通讯模块，检测数据可实时上传至公众监管平台。

2.2 仪器数据自动采集系统

大部分检测任务由食品安全监督管理部门通过精密的仪器设备进行定量检测。实验室仪器数据的自动采集是实验室自动化的关键内容。仪器连接到实验室管理系统，分析仪器将分析结果自动传送到管理系统，提高了数据传输的效率和正确性。数据自动采集仪器的接口分为两大类，分别为图 2 所示的带有计算机作为数据工作站的仪器接口和图 3 所示的没有数据工作站但可通过RS 232 串口输出数据的仪器接口。

带有数据处理工作站的仪器设备检测完结果后可配置自动导出文件到指定目录下，导入工作站后可直接展示在工作站， 并进行后续检测结果的数据填入，便于批量操作，无误后发送到网络上。管理系统读取此文件的内容，按照既定规则读出所需数据并写入数据库的检测结果字段。

没有数据工作站的仪器有一个共同点 没有相应的仪器操作软件。通常这类仪器通过 RS 232 与外部通讯。为了能将仪器统一管理，可以通过转换器将仪器接口转化成以太网接口，通过以太网协议与管理系统连接。

2.3 实验室管理系统

2.3.1 实验室管理系统架构

实验室管理系统对人员、机器、原料、方法、环境五大影响实验室检测结果的因素进行严格管理。该实验室管理系统采用浏览器 / 服务器模式由J2EE 平台开发而成。按逻辑并使用SpringMVC 架构划分为表现层（UI）、业务层（BLL）和数据层三层（DAL）。三层结构之间的关系如图 4 所示。

(3) 数据层

数据层直接访问数据库，主要实现对数据的读取、保存、删除、更新等操作。该层使用基于映射语言 XML 面向对象思维编写的mybatis 轻量级框架对数据层进行操作。

(4) 数据库

数据层对数据进行操作，发送请求到数据库 DataBase， 数据库用于存储数据，并对数据层的请求做出响应，处理完数据后返回数据层。

2.3.2 实验室管理系统设计

实验室管理系统按功能模块划分可分为人员管理、检测标准管理、检测工作管理、检测任务管理、实验室仪器管理和检测结果归档管理等模块。

系统可以分配管理员或检测人员的权限给不同用户。检测人员同样可以分配不同的权限，例如室主任可以给检测科员分配检测任务并审核其完成情况。上级制定实验计划并给下级分配检测任务，下级可以根据实际情况选择接受或退回。每个检测项目流程已经预先在系统中编写好，如果下级接受检测任务，则填写原始记录并提交。上级审核下级提交的原始记录，可通过或退回。若通过，则根据检测结果编写最终报告并提交。上级审核下级提交的最终报告，若通过则归档。

2.4 物联网技术

物联网技术是把传感器、RFID 技术、GPS 定位系统、激光扫描等信息传感设备按照约定的协议，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。本系统主要采用RFID 无线频射识别技术，RFID 技术是一种无线通信技术，它通过无线电信号自动识别目标对象并能够自动获取目标对象的相关数据。

2.5 溯源管理系统设计 

溯源管理系统功能模块如图 5 所示。RFID 标签可以存 储食品从原料、加工到成品运输和检测结果等过程的全透明 追溯，实现全过程严格控制。通过 RFID 读写器可以读取食品 相关内部数据。同样我们也可以对 RFID 标签中的数据实时更 新。由于 RFID 标签通过无线电收发信号，所以数据的安全性 比较高。读取到食品从生产到流通市场的所有数据后，我们 把所有数据上传至 Web 端公众监管平台。公众监管平台的核 心技术和实验室管理系统类似，该平台是一个全开放的系统， 消费者可以在此查询相应的食品安全溯源信息，也可以通过调 用实验室管理系统的接口下载检测报告。为了方便消费者查询 食品安全信息，我们也设计了移动端 App，消费者在超市购买 食品时，只需用手机扫描食品包装袋上的二维码即可追溯食品 安全信息，让消费者放心购买。若发现食品安全问题或有疑问， 可进行质量投诉或咨询。