背景
目前，全球正面臨著新型冠狀病毒疾病(COVID-19)大流行帶來(lái)的前所未有的威脅。許多國(guó)家已采納世界衛(wèi)生組織(WHO)建議，將保持人與人之間的距離作為減少疾病傳播的方法之一。許多企業(yè)也積極響應(yīng)政府號(hào)召，鼓勵(lì)員工在家辦公、避免接觸。雖然世衛(wèi)組織明確了COVID-19不是食品安全問(wèn)題，但此次疫情卻給食品行業(yè)帶來(lái)新的變化，切實(shí)推動(dòng)了云服務(wù)在食品檢測(cè)行業(yè)的發(fā)展。針對(duì)防疫所帶來(lái)的更多基于云服務(wù)的大數(shù)據(jù)分析需求，食品檢測(cè)行業(yè)需要新的解決方案來(lái)滿足這一需求。對(duì)此，技術(shù)型分銷商Excelpoint世健公司推出了基于阿里云應(yīng)用的食品光譜分析安全檢測(cè)方案。
云介入
食品行業(yè)應(yīng)建立基于危害分析和關(guān)鍵控制點(diǎn)(HACCP)原則的食品安全管理體系(FSMS)，以管理食品安全風(fēng)險(xiǎn)、防止食品污染。保持食品加工環(huán)境，云應(yīng)用在食品安全檢查的應(yīng)用與實(shí)踐，以及在互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用日益廣泛，食品安全領(lǐng)域監(jiān)管和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)與檢測(cè)，機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、小樣本、分散式的碎片化數(shù)據(jù)，通過(guò)云應(yīng)用進(jìn)行快速收集、存儲(chǔ)、分析和鑒別，很好地符合當(dāng)前食品安全檢測(cè)要求相類方案成為行業(yè)趨勢(shì)。
解決方案
眾所周知，因?yàn)闀r(shí)間帶來(lái)的積累性氧化是食品變質(zhì)的主要問(wèn)題之一，以果汁、食用油為例，因?yàn)檠趸淖冾伾舛群臀兜溃皇秤糜捅晃廴净蚨啻渭逭ǎ瑫?huì)改變顏色和光譜譜線。
世健公司攜手Microchip帶來(lái)了基于阿里云平臺(tái)開(kāi)發(fā)，針對(duì)飲料、液態(tài)食品、食物添加劑等安全檢測(cè)應(yīng)用場(chǎng)景的解決方案。
食品安全檢測(cè)原理是由LED發(fā)射出可見(jiàn)光，通過(guò)比色皿吸收后，在可見(jiàn)光部分有吸收，由傳感器檢測(cè)液體的光譜曲線，不同的液體在可見(jiàn)光譜段有不同的光譜曲線，模塊檢測(cè)其光譜數(shù)據(jù)，通過(guò)NB-IoT無(wú)線通信模塊上傳到阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，經(jīng)過(guò)樣本學(xué)習(xí)及云計(jì)算來(lái)辨別種類。
本方案設(shè)計(jì)中使用了MICROCHIP公司基于ARM Cortex-M0+的超低功耗處理器作為主控平臺(tái)運(yùn)行本地?cái)?shù)據(jù)采集和阿里云的通信協(xié)議，光譜傳感器使用了ams公司的產(chǎn)品，LED光源采用首爾半導(dǎo)體的產(chǎn)品，無(wú)線連接采用的芯訊通NB-IOT模塊具備覆蓋廣、支持海量連接、低功耗、低成本等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。
方案具體介紹
設(shè)計(jì)框圖
LED光源：首爾半導(dǎo)體的SUNLIKE系列
在可見(jiàn)光范圍內(nèi)有高質(zhì)量的光譜輸出。
光譜傳感器：ams傳感器在可見(jiàn)光到近紅外部分（400nm-940nm）有18個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，每個(gè)波長(zhǎng)的半峰寬是20nm。
MCU處理器：MICROCHIP的ATSAML21
SAML21硬件架構(gòu)
超低功耗ARM Cortex-M0+MCU架構(gòu)，運(yùn)行頻率高達(dá)48MHz；
工作模式下的功耗為35Ua/MHz，在睡眠模式下的功耗低于200nA；
集成高級(jí)模擬外設(shè)、高級(jí)PWM、靈活的SERCOM、USB、硬件觸摸PTC加密引擎等；
硬件架構(gòu)圖
SAML21軟件架構(gòu)
SAML21支持TCP/IP與SSL等多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，可以完美的運(yùn)行鏈接阿里云、谷歌云等。
網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸實(shí)例
鋰電池充電管理芯片：MICROCHIP的MCP73853
帶有涓流式預(yù)充電、快速充電等模式，快速充電最大電流可以達(dá)到400mA，帶有溫度檢測(cè)功能，溫度過(guò)高會(huì)自動(dòng)切斷電源。
NB-IoT：芯訊通SIM7020C
SIM7020C是一款多頻段NB-IoT 無(wú)線通信模塊，采用42 PIN LCC封裝；擁有豐富的硬件接口，包括串口、GPIO、ADC等，具備豐富的擴(kuò)展性，為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)提供了極大的便利性。相比較GSM，NB-IoT有很強(qiáng)增益，信號(hào)覆蓋廣。模塊支持PSM和eDRX低功耗模式，理論上兩節(jié)5號(hào)電池可支持10年。此外，SIM7020的封裝和SIM800C模塊兼容，可以盡可能縮短客戶研發(fā)時(shí)間，加快客戶產(chǎn)品投放市場(chǎng)的速度。
硬件加密功能
考慮到IoT的無(wú)線傳輸?shù)陌踩裕朔桨钢幸仓С諱icrochip的非對(duì)稱加密芯片——ATECC608A，實(shí)現(xiàn)硬件加密功能，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院涂煽啃浴?nbsp;
方案數(shù)據(jù)流程
用戶可以通過(guò)Excelpoint世健公司開(kāi)發(fā)的軟件工具，來(lái)設(shè)置NB-IoT無(wú)線通信模塊的參數(shù)、光譜數(shù)據(jù)及波形曲線。該軟件也可以與本地?cái)?shù)控庫(kù)進(jìn)行樣品相似度匹配，并且可以通過(guò)TCP/IP與用戶服務(wù)器內(nèi)的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行相似度計(jì)算之后，將結(jié)果返回至模塊，通過(guò)SIM7020C通信模塊發(fā)送至阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。當(dāng)然，用戶也可以使用阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的付費(fèi)計(jì)算功能獲得計(jì)算結(jié)果。
數(shù)據(jù)流程圖
阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)可以紀(jì)錄歷史數(shù)據(jù)及匹配結(jié)果
食品安全與云應(yīng)用的結(jié)合，無(wú)論在數(shù)據(jù)量、形式、還是技術(shù)手段上，都為食品安全行業(yè)提供了強(qiáng)有力的保障，為政府管理部門、食品企業(yè)、經(jīng)銷商、超市、檢測(cè)機(jī)構(gòu)、消費(fèi)者等不同用戶主題提供了便捷的應(yīng)用服務(wù)；同時(shí)具有監(jiān)管科學(xué)性，有效建立了食品健康企業(yè)與消費(fèi)者間的溝通渠道，引導(dǎo)正確消費(fèi)，保證食品安全。
關(guān)于世健——亞太區(qū)領(lǐng)先的元器件授權(quán)代理商
世健是完整解決方案的供應(yīng)商，為亞洲電子廠商包括原設(shè)備生產(chǎn)商(OEM)、原設(shè)計(jì)生產(chǎn)商(ODM)和電子制造服務(wù)提供商(EMS)提供優(yōu)質(zhì)的元器件、工程設(shè)計(jì)及供應(yīng)鏈管理服務(wù)。
世健與供應(yīng)商及電子廠商緊密協(xié)作，為新的科技與趨勢(shì)作出定位，并幫助客戶把這些最先進(jìn)的科技揉合于他們的產(chǎn)品當(dāng)中。集團(tuán)分別在新加坡、中國(guó)及越南設(shè)有研發(fā)中心，專業(yè)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)不斷創(chuàng)造新的解決方案，幫助客戶提高成本效益并縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。世健研發(fā)的完整解決方案及參考設(shè)計(jì)可應(yīng)用于工業(yè)、無(wú)線通信及消費(fèi)電子等領(lǐng)域。
世健是新加坡的主板上市公司，總部設(shè)于新加坡，擁有約750名員工，業(yè)務(wù)范圍已擴(kuò)展至亞太區(qū)40多個(gè)城市和地區(qū)，遍及新加坡、馬來(lái)西亞、泰國(guó)、越南、中國(guó)、印度、印度尼西亞、菲律賓及澳大利亞等十多個(gè)國(guó)家。世健集團(tuán)在2019年的年?duì)I業(yè)額超過(guò)9億7千萬(wàn)美元。1993年，世健在香港設(shè)立區(qū)域總部——世健系統(tǒng)（香港）有限公司，正式開(kāi)始發(fā)展中國(guó)業(yè)務(wù)。目前，世健在中國(guó)擁有十多家分公司和辦事處，遍及中國(guó)主要大中型城市。憑借專業(yè)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)、頂尖的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用支持以及豐富的市場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，世健在中國(guó)業(yè)內(nèi)享有領(lǐng)先地位。