雞蛋安全生產可追溯系統設計

馬彬彬,柳平增,趙麗,鄧振民

山東農業大學信息科學與工程學院,山東泰安271018

雞蛋安全生產可追溯系統設計

馬彬彬,柳平增*,趙麗,鄧振民

山東農業大學信息科學與工程學院,山東泰安271018

為提升雞蛋安全生產的監控力度、提高雞群飼養的信息化管理水平，設計了雞蛋溯源系統，包括商品蛋雞生產信息管理系統、物聯網雞舍環境監測系統、雞蛋溯源系統，系統依托物聯網信息采集技術、數據庫技術和編程技術，實現了環境信息監測、雞群信息化飼養管理，提出了一種雞蛋溯源安全編碼實現了雞蛋溯源，為蛋雞養殖企業提供了信息化的管理手段，為雞蛋的溯源提供了可靠的數據來源。

物聯網;雞蛋溯源;生產管理;設計

隨著社會的發展和人民生活水平的提高，人們對食品安全的關注度和食品安全意識越來越高。近年來頻頻爆發的雞蛋質量安全事故，如2006爆發的“禽流感事故”，2010年美國爆發的“雞蛋感染沙門氏菌事故”，2012年河南洛陽“樹脂雞蛋事故”，以及2013年德國“有機雞蛋造假事故”等等，不但引起了消費者對雞蛋質量安全的擔憂，還影響了消費者的購買信心，危害了雞蛋生產企業的利益。關于雞蛋溯源的研究，陸昌華，王立方等人在2005年提出了畜禽產品的可追溯系統的研究方向和趨勢并于2006年提出了設計思路[1-4]；2008～2009年，陸昌華等人分別構建了畜禽產品的質量追溯體系[5-7]。2010年，周水琴等人設計了符合中國國情的禽蛋安全生產可追溯系統，指出了追溯碼=廠商識別代碼+產品代碼+追溯流水號，并確定了14位的一維碼的禽蛋追溯編碼[8]，雖然包含了較全面的信息，但是從安全性的角度考慮上仍然具有完善的意義和價值。本文以雞蛋生產過程為研究重點，構建了雞蛋溯源系統，并設計了一個信息量較為完整，安全性相對較高的雞蛋溯源編碼，實現了雞蛋的溯源。

1 系統設計

1.1 設計目標

雞蛋溯源系統的構建是一項復雜的系統工程，包括雞群生產信息管理系統、物聯網雞舍環境監測系統、雞蛋溯源系統。通過三個子系統的構建，實現雞群飼養過程的信息化管理，雞舍環境信息的自動化監測和智能處理以及完成從雞蛋到雞群批次的可溯源管理。整個系統以計算機技術為支撐，以“生產—監督—溯源”為主線，通過對雞舍環境信息的監測、雞群飼養過程中的飼料喂養、疾病控制以及雞蛋生產過程中雞蛋消毒、清潔進行監督實現雞蛋生產流程的可追溯管理：一方面，要保證雞蛋的安全生產，嚴格監控雞群飼養各個重要的環節，實現蛋雞養殖企業的精細化管理；另一方面，當消費者購買到問題雞蛋時能夠進行投訴舉報，防止問題雞蛋的蔓延，實現雞蛋安全的相關預警，縮小問題雞蛋的危害范圍和危害程度。

1.2 流程設計

整個系統的設計主要依據雞群的生長過程和雞蛋生產流程，具體包括三個方面：雞舍環境信息監測，雞群的日常飼養管理，雞蛋溯源。其中，雞舍環境信息監控為生產者和消費者提供了雞群生長過程中環境信息的瀏覽和查詢；雞群的日常飼養管理提為生產者提供了雞群飼養信息的管理，為消費者提供了關鍵信息的數據來源；雞蛋溯源則是為消費者提供了雞蛋來源和相關信息的查詢，同時也為消費者提供了雞蛋質量反饋平臺（見圖1）。

圖1 流程設計框圖Fig.1 Design for process of egg treatment

1.3 功能設計

系統的功能設計主要包括物聯網雞舍環境信息監測、雞群生產信息管理、雞蛋溯源三個方面的功能（見圖2）。

圖2 功能設計框圖Fig.2 Design for function

雞舍環境信息監測主要實現雞舍環境信息的監測包括：空氣溫濕度、二氧化碳濃度、光照強度、空氣粉塵濃度、有害氣體濃度（H2S;NH3;CO）等，環境采集不僅要完成以上信息的實時采集和信息顯示，還要對異常環境參數進行提醒和突出顯示，用戶還可以通過查詢時間和雞舍對不同雞舍在某段時間的環境信息進行查詢。

雞群生產信息管理系統主要有如下方面的功能：①日常信息管理是系統的基礎，為雞蛋的溯源提供可靠的信息來源，為企業提供雞群生長性能和生產性能的準確數據，通過對采集雞群各個生長階段的中雞群公母存欄數、淘汰公母數、死亡公母數、商品蛋數、次破蛋數、飼料消耗、飲水消耗、周末體重等數據，系統自動分析計算上述信息得到產蛋率、雞只料、蛋料比比、總蛋數等，以及各類飼料消耗總量，商品蛋、次破蛋銷售信息等。系統對以上數據的計算和分析，生成四類報表：生產性能統計報表，飼料統計報表，銷售統計報表和淘汰統計報表，不但提供了直觀的數字數據和折線圖顯示，還可以對數據進行分析，捕獲異常數據，給出警示和提醒。②由于雞群的免疫在雞群生長過程中至關重要，免疫管理在系統中也非常重要。包括免疫計劃的制定，在完成設置不同免疫日齡的免疫操作后，系統會根據計劃在相應的時間范圍內給與智能提醒，同時該模塊也包括了免疫記錄、免疫藥品、免疫檢測等信息的錄入和查詢修改等功能。③基本信息管理中包括對雞場、棟舍、本場人員、雞群等信息的錄入、修改和刪除等操作。階段變更則是完成對本場雞群的生長階段的變更功能，由育雛期到育成期、產蛋期的變更和雞群淘汰。④產蛋記錄中主要是完成對產蛋信息和商品蛋、次破蛋銷售信息的添加、修改和刪除等操作，同時也能查詢相應的信息記錄。⑤飼料管理中主要包括對飼料類型的管理、各類飼料的出入庫管理以及飼料的庫存記錄的查看瀏覽。該模塊對于統計雞群的蛋料比非常重要。⑥消毒管理主要是對日常消毒和空舍消毒的信息進行管理，以及對消毒藥品的管理。日常消毒記錄的信息包括：消毒日期，消毒場所、消毒藥品，藥品用量、操作人員等。⑦倉庫管理中消毒藥品、免疫藥品的出入庫的管理，管理的信息包括：藥品名稱、出入庫數量、時間、出庫人員等。同時，本模塊增加庫存查詢功能，用戶可以按照不同類型（有飼料、消毒藥品、免疫藥品三種類型）進行查詢。

雞蛋溯源主要為消費者提供溯源查詢，消費者通過溯源查詢可以查詢到雞蛋的生產日期、產蛋雞群的批次、雞群所用飼料信息以及雞群疾病控制方面的信息等；另外，溯源反饋功能的設計主要實現消費者對購買到的雞蛋進行反饋，對問題雞蛋進行投訴舉報等功能。

2 關鍵問題

2.1 物聯網雞舍環境監測

信息采集部分核心是功能強、功耗低的MSP430F149系列單片機。系統主板通過各個接口實現與相應信息采集傳感器的通信，然后將采集到的信息通過GPRS傳輸至數據中心（見圖3）。

傳感器部分主要包括空氣溫濕度傳感器SLHT5-1傳感器、光照強度傳感器SC-GZ、空氣粉塵傳感器PDN4S、硫化氫濃度傳感器BMG-H2S、二氧化碳傳感器BMG-CO2-NDIR、氨氣濃度傳感器BMG-NH3等。

圖3 環境監測設計框圖Fig.4 Design for environmental monitoring

為了保證氣體濃度傳感器采集到的數據更加準確，系統采用軟件方法來修正傳感器的靈敏度。假設在初始時傳感器的靈敏度為S,測得的某一標準氣樣的濃度值為c，如果能得到靈敏度隨時間下降后一系列時間點的靈敏度s1,s2，…，sn對應的濃度值c1，c2，…，cn，那么得到參數

根據這n個數據對(si，Ki),得出各個時間點的相對濃度比值和靈敏度的對應關系曲線：

將式(2)存人單片機的FLASH中，測量時得氣體濃度值ci，根據傳感器的輸出算出靈敏度si，將si代入式(2)計算出Ki，再由式

1得c=ciKi，將ci、Ki代入即可得到實測濃度c[9]。

本系統中，數據信息傳輸主要是通過GPRS無線傳輸來實現的。設備上電以后，先讀出FLASH內部保存配置參數（DTU撥號參數、串口波特率、數據中心IP地址等），然后DTU登陸GSM網絡進行GPRS PPP撥號。撥號成功后，DTU獲得一個移動內部分配的IP地址，隨后與數據中心進行TCP/UDP通信連接，帶連接成功后，便可進行數據雙向通信了。GPRS DTU將數據傳送至數據中心以后，程序會自動將信息存入相應數據庫中，其中包含的信息主要有：采集時間、各項環境參數、雞舍編號和棟舍內雞群的批次號等信息（見圖4）。

圖4 信息傳輸流程框圖Fig.4 Information transmission process

2.2 數據庫構建

由于系統的設計目標是為了提升企業的管理水平和品牌形象，滿足消費者的知情權和選擇權，所以，系統在設計時更加注重各個子系統之間的信息交流和傳遞，數據庫的構建采用分布式數據庫。采用分布式數據庫不僅僅降低數據傳送的代價，提高了數據庫系統的可靠性，還方便了系統的擴充。數據庫設置有個一個中央數據中心以及企業級數據庫、消費者溯源數據庫和互聯網查詢數據庫三個區域數據庫，三個區域數據庫通過中央數據中心進行數據的交流和更新。數據傳遞的核心是中央數據中心，核心數據中心包含各個局部數據庫的所有數據。數據傳遞的源頭是企業級數據庫，企業管理人員在完成信息采集之后通過數據MD5加密算法將信息保存至數據庫，然后通過網絡傳遞至中央數據中心，中央數據中心將消費者溯源數據以及互聯網查詢數據庫中使用到的數據傳遞至兩個區域數據庫，當用戶進行查詢時，客戶端再使用相應的解密算法完成數據的解密顯示查詢信息。

企業級數據庫包含雞舍環境信息數據、雞群日常信息管理數據、雞群飼料喂養數據、雞群免疫管理數據、雞場消毒數據管理信息、雞場庫存管理數據等信息；溯源查詢數據庫和互聯網查詢數據庫主要包括溯源查詢管理數據、消費者反饋管理數據等，（見圖5）。

圖5 數據庫構建框圖Fig.5 Database establishment

2.3 溯源編碼

當前國內在雞蛋溯源標志標準上主要采用EAN-UCC編碼標準，使用二維條碼一維條碼將溯源編碼轉化成特定的符號信息。但是這種編碼規則在日常使用中容易造成仿造，不利于安全防偽，安全性有待提高。在研究EAN-UCC和農業部制定的畜禽標志編碼標準之后，制定了一種用于雞蛋溯源的包含重要信息的安全性較高的編碼方案。本編碼通過對雞蛋生產基地、生產雞舍、生產日期、雞群批次號、以及雞蛋序列號等信息進行MD5加密后得到的密文進行存儲并轉化為二維碼，然后打印二維碼，將其貼到蛋殼上。其中生產基地32位，生產雞舍16位，生產日期16位，雞群批次16位，雞蛋序列號32位，共計112位。通過采用MD5加密后的編碼，可以有效提高編碼的安全性。例如：“山東省海藍種禽公司（生產基地），001（生產雞舍）,20130101（生產日期），20120708（雞群批次），000000001（雞蛋序列號）”在經過MD5加密后，將分別得到如下字符：

21AE9D8392CF08F43263BB1DDB20C393

DAEF50C1E02AB09B

43F70300FE3109EF

0C1A307E63F11053

977BC7F02200D98AD3BA9B1C94ACC8DF

生成的二維條碼圖像（見圖6）。

圖6 雞蛋二維碼Fig.6 Dimensional code of egg

2.4 溯源查詢安全機制

通過采用加密的編碼標準可以提升編碼的安全性，卻沒有辦法從根本上解決編碼被盜用的現象，在溯源查詢客戶端設計一定的安全機制可以提醒消費者購買到雞蛋的二維條碼是不是已經被盜用。在溯源查詢的客戶端，在數據庫中添加編碼的查詢次數并給與相應的信息提醒，當消費者進行溯源查詢時，系統在給出查詢結果的同時會提示當前已經查詢的次數提醒消費者注意雞蛋標簽被盜用和雞蛋的質量安全。當出現標簽被盜用的情況，消費者可以通過相關的投訴進行維權和舉報。

3 總結

本系統在研究國內外雞蛋溯源進展的基礎上進行了設計，在溯源編碼以及溯源安全查詢機制上進行了完善和創新，同時，通過對本地蛋雞養殖企業的深入調研和學習，在雞群生產信息管理系統上進行了較為全面的設計和修改，使系統能夠為蛋雞養殖企業帶來一定的效益提升企業的現代化管理水平。由于客觀情況的限制，雞蛋溯源的發展和應用在我國還處于較為初級的階段，要全面實現雞蛋的溯源，需要政府監管部門、各級雞蛋生產企業以及眾多的消費者的大力投入和參與。隨著人們安全意識的提高和對雞蛋溯源的深入了解，本系統將會加大對雞蛋溯源的安全性、可靠性以及追溯的深度、廣度和精確度的研究，為將來雞蛋的溯源貢獻力量。

[1]王立方,陸昌華,謝菊芳,等.家畜和畜產品可追溯系統研究進展[J].農業工程學報,2005(7):175-181

[2]陸昌華.畜禽及畜禽產品的可追溯管理[J].中國禽業導刊,2006(14):36-37

[3]白云峰,陸昌華,李秉柏.畜產品安全的可追溯管理[J].食品科學,2005(8):455-459

[4]白云峰,陸昌華,李秉伯.畜禽產品可追溯管理的監控[J].中國禽業導刊,2006(14):38

[5]陸昌華,白云峰,白紅武.禽及禽產品可追溯體系的構建[J].中國家禽,2008(13):5-8

[6]陸昌華.畜禽及畜禽產品的溯源體系構建[J].中國家禽,2009(14):10-14

[7]陸昌華.畜禽及畜禽產品的可追溯管理[J].中國禽業導刊,2006(14):36-37

[8]周水琴,王東亭.禽蛋安全生產追溯系統設計[J].食品工業科技,2010(04):271-273

[9]廖波,劉宏專.CO2氣敏特性元件檢測裝置研究[J].傳感器技術,1997,16(5):43-45

Design for Traceability System of Safe Egg Production

MA Bin-bin,LIU Ping-zeng*,ZHAO Li,DENG Zhen-min
School of Information Science and Engineering,Shandong Agricultural University,Taian 271018,China

In order to improve the monitoring efforts of egg production safety,and to improve the information management level of chicken breeding,this paper designed the egg traceability system,which included commercial layer production information management system,IOT hen house environment monitoring system and egg traceability system.It achieved information monitoring and layers reared information management relies on IOT information collection,database technology and programming technology,also it achieved egg traceability by proposing an egg traceability security code and provided an information management for laying hens enterprises and reliable source of data for egg traceability.

IOT;egg traceability;production management;design

TP202

A

1000-2324(2015)03-0445-05

2013-05-12

2013-05-23

國家星火重大專項(2011GA740001);山東省科技發展計劃項目(2011GNC11106)

馬彬彬(1987-),男,碩士研究生,主要從事農業信息計算機與網絡技術的研究.E-mail:oavrilo@qq.com

*通訊作者:Author for correspondence.E-mail:pzliu@sdau.edu.cn