食品質量安全是人們一直高度關注的問題，傳統的保質方法只是簡單設定食品出廠的保質期,并利用條形碼技術對食品進行流通管理[1-2]。但無論是植物性食品、動物性食品還是人造食品，在原材料的摘取、加工、物流、倉儲、銷售等環節中，都會受到外界溫度、濕度、光照及環境中微生物群與包裝氣體組成等影響，并不斷地發生物理、化學、微生物上的變化，因此急需對食品在生產、運輸、銷售等環節進行實時監測、管理，但傳統方法已不能滿足細致的食品安全管理要求。

    目前，對于食品安全監測已成為研究重點[3-4]，上海海洋大學陳明、劉慧芳、馮國富采用K—means聚類算法，研制了水產品貨架期指示器[5]，能夠對水產品進行實時監測。通過生化實驗對比，監測的貨架期數據與生化數據具有98%的擬合度，此檢測裝置達到了對水產品實時監測的水平,但不能將監測數據及時發送給管理者進行及時有效的管理。針對這一問題，本文采用RFID技術[6]和GPRS" title="GPRS" target="_blank">GPRS技術[7-8]設計了食品貨架期監測系統，該系統能夠對食品數據進行實時采集，從而實現實時管理。
1 系統結構與原理
    食品貨架期監測系統由監測前端、監測終端和監控中心三部分組成。監測前端負責采集食品在流通過程中的貨架期信息，并進行數據處理；監測終端負責接收監測前端的數據信息，并進行數據發送；監控中心負責接收數據信息。監測前端與監測終端的無線通信采用星型網絡拓撲結構，每個監測前端都能與監測終端進行雙向通信，但各個監測前端之間不能進行通信，食品貨架期監測系統結構如圖1所示。

    監測系統首先通過監測前端檢測冷藏車內食品質量信息，通過射頻裝置將質量參數信息發送給監測終端，監測終端通過SPI口將數據發送給GPRS模塊，然后發送給監控中心的監測終端，再通過RS232串口將數據發送到PC機，以此實現客戶端的可視化和實時數據信息的監測與查詢。
2 系統硬件設計
2.1 監測前端硬件設計
    監測前端主要負責對食品質量信息的采集與計算，通過nRF905無線射頻模塊將數據信息發送給監測終端，并接收監測終端發送的相關指令。監測前端主要由控制模塊、RFID模擬前端模塊(天線、射頻芯片nRF905)、溫度采集模塊、用戶界面模塊(按鍵模塊、用于LED、時鐘模塊、調試接口JTAG)、電源管理模塊等五大模塊和相關電路組成。RFID模擬前端模塊負責接收指令，并根據指令格式發送數據包；溫度采集模塊負責采集溫度并將溫度傳輸到控制模塊；控制模塊處理裝置的所有數據并維護裝置的正常運行，用戶界面模塊能夠便于用戶使用,電源管理模塊主要為控制模塊和RFID模擬前端模塊供電。
    監測前端的微處理器采用MSP430F149，其自帶有60 KB+256 B Flash存儲器，地址為1100H-FFDFH的Flash存儲器,用于存放系統代碼;地址為0200H-9FFH的2 KB RAM用于存儲裝置的歷史信息。監測前端的信號類型分為模擬部分和數字部分，模擬部分負責與監測終端的通信，數字部分負責處理數據、控制裝置運行以及控制與監測終端的通信。模擬部分包括射頻收發芯片nRF905、PCB板載天線、晶振等芯片和相關電路等。數字部分由嵌入式微處理器MSP430F149、溫度傳感器DS18B20、日歷時鐘芯片DS1302、調試接口JTAG、紅綠指示燈、開關鍵、復位鍵等外圍電路以及各芯片間的連接電路組成。射頻芯片nRF905的4種工作方式中，正常工作狀態是處于接收狀態，即ShockBurst RX模式。在接收到指令時,自動將指令數據包的字頭和CRC校驗碼移出，再根據數據包的第一個字節的內容解析指令數據包，并根據解析的配置裝置運行狀態或發送數據。若解析后的指令為“讀當前”，則把當前溫度、貨架期等數據組裝成32 B的數據包發送至監測終端；若“讀歷史”,則從微處理器MSP430F149的0200H-9FFH的2 KB RAM中一次讀取N個數據為一組并組裝成32 B的數據包發送出去，直至RAM中所有信息均發送出去時，裝置發送過程結束。
    射頻電路主要由三大部分組成：與單片機相連的接口電路、nRF905應用電路以及天線的發送、接收電路。在設計過程中，電源VDD引腳所接入的電壓范圍為1.9~3.6 V；為了使晶振穩定，在晶振兩端并聯電阻R1(1 M?贅)；為了讓監測前端得到穩定的信號，天線的電路設計尤為關鍵，其中，VDD_PA引腳給天線提供直流電源，ANT1與ANT2引腳給天線提供穩定的RF輸出，圖2所示為監測前端的射頻電路。

2.2 監測終端硬件設計
    監測終端的任務是把監測前端的數據信息通過GPRS發送至監控中心，其結構框圖如圖3所示。

    監測終端的微處理器通過SPI口與射頻模塊NRF905數據通信,通過串口方式與GPRS模塊數據通信。
3 系統軟件設計
3.1 監測前端的軟件設計
    在冷鏈物流過程中，監測前端需要實時監測食品質量，采集完數據后進入休眠狀態，每隔一定時間被喚醒監聽是否有監測終端的射頻信號，若監聽到射頻信號，則立刻與之進行數據通信；若沒有監聽到射頻信號，則繼續進入休眠狀態。每隔30 min喚醒溫度傳感器模塊完成數據的采集，采集完數據轉入休眠狀態，工作流程如圖4所示。

3.2 監測終端的軟件設計
    在冷藏車內的監測終端需要讀取監測前端的數據信息，監測終端首先發送讀取命令，待進入通信范圍內的監測前端被喚醒時，將對其進行驗證，如果認證成功，則建立數據通信，并將數據通過GPRS模塊發送給監控中心的監測終端，工作流程如圖5所示。

4 系統測試
    在食品運輸流通過程中，監測前端通過傳感器模塊進行數據采集及貨架期計算，然后通過NRF905射頻模塊將數據信息發送監測終端，監測終端再把數據發送至監控中心。在監控中心，監測終端通過RS232串口與電腦連接，從而使數據能夠直接傳輸到PC機上。圖6所示為監測前端發送到監控中心的數據，可通過串口調試精靈顯示。
    在圖6監測數據中，監測終端首先接收到的是監測前端的ID號，其次是溫度數值。讀取到的第一個監測前端是G3，其溫度數據為10.13 ℃。通過實驗表明，食品貨架期監測系統能夠監測食品在流通過程中的質量信息。

    食品貨架期監測系統通過RFID技術和GPRS技術實現了對食品質量的實時監測，并將數據可視化，達到動態監測食品在流通過程中的情況，系統具有可靠性高、適應性強等優點，推廣價值較大。
參考文獻
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