基于物聯網的農產品物流終端系統

錢同惠　張仕臻　陳莉

摘 要：本系統中采用ZigBee、無線傳感網絡、理化分析等技術，基于物聯網三層架構設計了一套農產品物流終端系統的解決方案，配合農產品的物流系統可以使整個物流體系更為完整。物流終端可以實時監測存儲環境信息，結合系統中的專家模型庫分析環境數據預判農產品的新鮮存儲時間，及時給消費者及物流管理者提示信息，保證農產品的新鮮且食用安全，給予消費者和企業更好的用戶體驗及交易保障。

關鍵詞：物聯網；ZigBee；農產品；物流終端

中圖分類號：F326.6

目前，基于物聯網發展的“菜聯網”已然成為社會生活的熱點，應用于我國農業市場的各種技術和產品也扮演著越來越顯著的角色，基于電子商務體系架構的系統和應用平臺層出不窮。諸如中百商網、家事易等電商企業，O2O模式在農產品產銷鏈上的應用趨勢開始熱化。[1]農產品因為其本身的新鮮度、安全性等自然屬性，使得在產銷過程中需要考慮諸多因素。令人欣喜的是，農產品的O2O模式在產銷鏈上已經逐步打通。但在農產品物流終端的研究上，雖未見諸多報道，但研究的趨向也是必然的。

1 系統設計

本系統設計了一種農產品的物流終端，以及建立一些常見農產品的新鮮度模型，整套解決方案保障農產品物流最后環節的方便、低耗、硬件成本低廉、支持后期升級擴展。作為主要應用于農產品的物流終端，實現的功能包括：環境溫濕度的實時上報；新鮮冷藏期預估；提醒和報警（針對用戶、企業負責人）。

農產品的品質是消費者購買時首要考慮的因素。農產品的品質不僅決定了食物的口感，更關乎食用安全。本系統以農產品的品質為核心，圍繞O2O模式下的農產品產銷通路，設計了農產品的物流終端系統。系統的架構如圖1所示。

系統主要由物流終端（組）、數據庫服務器以及管理服務器組成。按照物聯網的三層模型，物流終端屬于感知層，數據服務器和管理服務器屬于網絡層，服務器提供的接口或推送服務將會擴展至應用層。物流終端主要的功能有商品存儲及采集環境溫濕度信息。從商品放入物流終端，物流終端即將時間、溫濕度信息按既定周期上報，由數據庫服務器進行數據的實時存儲。管理服務器根據專家庫中對應的農產品品質變化模型，判定商品新鮮品質下的保存時間，并依此推送提醒和報警信息給消費者或物流公司，以及時取走商品。

物流終端（組）的功能實現是基于ZigBee協議的無線傳感器網絡?，F實情況下，同一片區下的物流終端組的分布距離不大，其傳感器網絡的搭建完全可以采用ZigBee無線傳輸協議。物流終端（組）的ZigBee節點通過組網后，數據通過ZigBee網關與數據庫服務器進行通信，通訊方式可以根據實際情況選擇Internet等。數據庫服務器安裝的是SQL Server 2008 R2，當然也可以選擇其他常見的關系型數據庫，如oracle等。管理服務器中部署了專家模型庫，讀取數據庫服務器的數據源，結合相應的專家模型來作出新鮮度判定，并將判定結果推送到應用層。

2 硬件設計

ZigBee網絡至少需要一個協調器（Coordinator）和若干終端節點（End Device）來實現。系統中，終端節點搭載著SHT11溫濕度傳感器，安裝在物流終端內部；協調器作為ZigBee無線傳感器網絡的網關，在上電時進行同信道節點自組網后，將終端節點上傳的數據統一上傳給數據庫服務器。

物流終端中的終端節點采用的是TI公司的CC2530F256芯片，單個芯片上整合ZigBee射頻（RF）前端、內存和微控制器[2]。溫濕度傳感器采用的是SENSIRION公司的STH11溫濕度傳感器。CC2530F256讀取傳感器采集的溫濕度值，通過LCD5110液晶屏顯示以及發送給協調器。兩個LED顯示工作狀態，JTAG接口用于下載程序，Button按鍵可以通過程序來指定功能。

3 專家庫建立

通常情況下，農產品的生鮮冷藏溫度是0～4℃。在此存儲溫度下，結合國標關于生鮮食品新鮮度的規定[3-4]，對常見的生鮮農產品進行了實驗，建立其新鮮度與保存時間的關系模型。如圖3所示為常見的幾種肉類在4℃溫度、85%左右的濕度環境下存儲時，揮發性鹽基氮隨時間的變化規律，國家標準規定檢測結果在15mg/100g以內判定為新鮮肉質。結果表明列舉的幾種肉類在此溫濕度環境下至少可以保存72小時以上。

專家模型給出了產品新鮮度與保存時間的關系（在設定的溫濕度環境下）。建立專家模型庫的原因在于，如果實時檢測關乎農產品的特征參數，如揮發性鹽基氮、菌落總數等，這樣的無損檢測手段并不普遍，并且檢測設備及整個終端造價非常昂貴。

農產品O2O銷售模式，存儲節點主要是集中倉儲、物流配送，終端存儲。在保鮮溫濕度環境通常保持不變的情況下，通過專家模型預估的新鮮保質期除去農產品集中倉儲和物流配送的時間，得出的結果可以作為農產品在物流終端中保存的最大時長。系統中可以設定安全閾值和不同的提醒時間點，保證商品的新鮮和及時提醒消費者取回商品。

4 結束語

本系統研究所涉及的是農產品O2O銷售鏈上物流環節的獨立的一部分，可以作為子系統應用到農產品物流乃至農產品O2O的其他解決方案中。系統擴展涉及的接口常見，主要是服務器間的TCP/IP連接和數據庫ODBC。系統中的專家模型庫可根據農產品種類進行實驗建模后不斷添加，實驗中的樣品環境可根據實際存儲條件和農產品本身需要進行增設。本系統以專家模型庫取代了實時檢測方式的復雜的和昂貴造價，為農產品O2O模式下的物流終端提供了較為簡便和有安全保障的解決方案。

參考文獻：

[1]位靜.從“家事易”建立社區電子菜箱，看傳統企業如何玩轉O2O[J].信息與電腦，2014（04）：72-75.

[2]Texas Instruments.A True System-on-Chip Solution for 2.4-GHz IEEE 802.15.4 and ZigBee Applications[EB/OL].http：//www.ti.com.cn/cn/lit/ds/symlink/cc2530.pdf.

[3]GB/T 5009.44-2003，肉與肉制品衛生標準的分析方法[S].

作者單位：江漢大學，武漢 430056；湖北工業大學，武漢 430068