物联网技术在乳制品链条关键控制点监督管理中的应用探讨

0 引 言

日前，国务院办公厅发布了《关于推进奶业振兴保障乳品质量安全的意见》（以下简称《意见》），《意见》要求建立健全养殖、加工、流通等各环节的乳品质量安全体系。乳制品的质量安全涉及诸多环节，任何一个环节出现问题，都会对质量安全造成威胁，如何确保乳制品全链条安全管理成为所有从业者及政府监管急需解决的问题。本文通过设计基于物联网技术的智能终端，将 RFID 技术、GPS 技术、传感器技术等物联网技术应用到乳制品的养殖环节、检验检测环节、物流运输环节这三个乳制品质量安全关键控制点，实现对三个节点的管理，以期满足《意见》对强化乳品质量安全监管的要求，保证乳制品的质量安全。

1 养殖环节

1.1 业务需求

养殖环节是乳制品供应链的起始环节，在整个安全链条中意义重大。2006 年农业部要求使用二维码耳标、电子标签、脚环以及其他承载畜禽信息的标识物，以加强畜禽标识管理，保障畜禽产品质量安全。2011 年底农业部发布了《动物电子标识试点方案》，对畜禽的追溯由二维码标识逐步升级到 RFID 标识技术。我国目前多数大型乳品企业开始关注养殖过程中的动物健康管理和经营效益，在自有养殖场试用以色列的计步器监测奶牛运动量，便于及早发现奶牛的发情期，减少空怀，提高原奶产量和质量。目前国内使用的动物标识设备大部分采用以色列产品，但该产品尚存在不能满足农业部要求、配套成本高、更换电池间隔时间短、标签及相应的读写器贵等问题，急需研发出具有自主知识产权的产品予以替代。

1.2 技术应用

本文设计研发了一款基于UHF 的半有源传感RFID 标签， 该标签不仅具有普通 UHF RFID 电子标签的标识牛号、保存信息、远距离识读等基本功能，还内置了温度传感器、振动传感器和相应的数据采集控制电路，可实时进行奶牛体温变化曲线和活动量记录，并保存到标签内部 FRAM 存储器中。平时该终端穿戴在牛身上，可实时记录牛的体温、运动状况等信息。产品结构与电路原理分别如图 1、图 2 所示。

由图 1、图 2 可知，奶牛养殖用半有源传感装置，包括壳体 2，其内设置电路板。电路板上包括控制器 12、射频模块 9、温度传感器 10、振动传感器 11、时钟模块 13、数据存储模块 14 以及电源模块 15。其中，射频模块 9、温度传感器 10、振动传感器 11、时钟模块 13、数据存储模块 14、电源模块 15分别与控制器 12相连接。射频模块 9包括有源射频单元 9-1和无源射频单元 9-2，有源射频单元 9-1选用470MHz频率频段，无源射频单元 9-2选用 850MHz 频率频段。电源模块 15 还连接有电源开关 7 和电源指示灯 6，电源开关 7 和电源指示灯 6 设置在壳体 2 上，电源开关 7 控制装置的开关，电源指示灯 6 指示装置工作状况。

2 检验环节

2.1 业务需求

检验检测是乳制品质量安全的重要环节，目前国内很多奶站存在收奶时检测指标数据不上传、不存档的问题，导致出现问题时无法追溯。如何方便收奶人员将检测过程中出现的三聚氰胺、重金属、菌落数等重点检验指标数据收集存档， 以备追溯和监管是亟待解决的问题。

2.2 技术应用

本文设计研发了一款三聚氰胺、重金属、菌落数等奶液重点检验指标的检测数据采集传输终端，首先通过不同的接口采集检测数据，然后通过有线传输、无线传输等方式将检测数据传输到管理平台，实现相关信息联网，避免收奶时不检测或者检测不到位的现象发生。采集传输终端产品结构图、模块图分别如图 3、图 4 所示。

由图 3、图 4 可知，牛奶检测数据采集传输智能终端为壳体 1，其内设置电路板。电路板上包括传输控制器 10、分析控制器 13、接口模块 3、按键模块 15、安全隔离模块 16、报警模块 17、LCD 输出模块 14、无线传输模块 8、长线传输模块 4、数据传输模块 12、存储模块 9和电源模块 11。其中， 接口模块 3、无线传输模块 8、长线传输模块 4、存储模块 9 分别与传输控制器 10相连接 ；按键模块 15、安全隔离模块16、LCD 输出模块 14 分别与分析控制器 13 相连接 ；安全隔离模块 16与报警模块 17相连接 ；传输控制器 10通过数据传输模块 12与分析控制器 13相连接 ；电源模块 11分别与传输控制器 10、分析控制器 13 相连接 ；电源模块 11 可采用交流电源输入，并可调理变压，以满足不同的电压需求，使用方便。接口模块 3 可采用 RS 232 接口，长线传输模块 4 可采用 RS 485 接口，实现数据的快速可靠传输。

3 运输环节

3.1 业务需求

由于乳制品易变质，因此长途运输过程中需要控制温度。运输也是影响乳制品质量安全的重要环节，如何了解运输过程中乳制品所处的环境是乳制品追溯和监督管理的需求。

3.2 技术应用

运输环节研发的智能终端是一款基于 RFID 技术的传感定位一体化远程监控智能车载终端，该终端集成了有源RFID 技术、传感器技术、网络技术、GPS 技术、3G 技术， 把工作频率为 433 MHz 的有源RFID 电子标签和温湿度采集、RFID 电子铅封、油耗传感器等相结合，在冷链运输车的车身组建一个小型无线传感器网络环境，实现对货物所处环境温湿度、货柜门开关状态、车辆油耗等参数的分布式采集和传输，运用 GPS 定位技术实现对在途车辆地理位置的实时监控。产品设计框图如图 5 所示。

4 结 语

为了实现对乳制品养殖环节、检验检测环节、物流环节的监督和管理，本文结合三个节点的业务需求，基于物联网技术设计了半有源传感标签、数据采集传输终端、车载终端等三种智能终端，分别给出了终端的结构图及框图，并将其应用到乳制品养殖、检验检测、物流运输三个关键控制点的监督管理中。样品应用情况表明，三个智能终端能够较好地实现设计目的，有助于企业落实《意见》的要求，对提高乳制品质量安全具有重要意义。目前三个终端属于第一代产品，