食品質(zhì)量安全是人們一直高度關注的問題,，傳統(tǒng)的保質(zhì)方法只是簡單設定食品出廠的保質(zhì)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(huán)節(jié)中,，都會受到外界溫度,、濕度、光照及環(huán)境中微生物群與包裝氣體組成等影響,，并不斷地發(fā)生物理,、化學、微生物上的變化,，因此急需對食品在生產(chǎn),、運輸、銷售等環(huán)節(jié)進行實時監(jiān)測,、管理,，但傳統(tǒng)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(jiān)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(chǎn)品貨架期指示器[5],，能夠?qū)λa(chǎn)品進行實時監(jiān)測,。通過生化實驗對比，監(jiān)測的貨架期數(shù)據(jù)與生化數(shù)據(jù)具有98%的擬合度,，此檢測裝置達到了對水產(chǎn)品實時監(jiān)測的水平,但不能將監(jiān)測數(shù)據(jù)及時發(fā)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(jiān)測系統(tǒng),，該系統(tǒng)能夠?qū)κ称窋?shù)據(jù)進行實時采集,，從而實現(xiàn)實時管理。
1 系統(tǒng)結(jié)構與原理
    食品貨架期監(jiān)測系統(tǒng)由監(jiān)測前端,、監(jiān)測終端和監(jiān)控中心三部分組成,。監(jiān)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(shù)據(jù)處理；監(jiān)測終端負責接收監(jiān)測前端的數(shù)據(jù)信息,，并進行數(shù)據(jù)發(fā)送,；監(jiān)控中心負責接收數(shù)據(jù)信息。監(jiān)測前端與監(jiān)測終端的無線通信采用星型網(wǎng)絡拓撲結(jié)構,，每個監(jiān)測前端都能與監(jiān)測終端進行雙向通信,，但各個監(jiān)測前端之間不能進行通信，食品貨架期監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構如圖1所示,。

    監(jiān)測系統(tǒng)首先通過監(jiān)測前端檢測冷藏車內(nèi)食品質(zhì)量信息,，通過射頻裝置將質(zhì)量參數(shù)信息發(fā)送給監(jiān)測終端，監(jiān)測終端通過SPI口將數(shù)據(jù)發(fā)送給GPRS模塊,，然后發(fā)送給監(jiān)控中心的監(jiān)測終端,，再通過RS232串口將數(shù)據(jù)發(fā)送到PC機，以此實現(xiàn)客戶端的可視化和實時數(shù)據(jù)信息的監(jiān)測與查詢,。
2 系統(tǒng)硬件設計
2.1 監(jiān)測前端硬件設計
    監(jiān)測前端主要負責對食品質(zhì)量信息的采集與計算,，通過nRF905無線射頻模塊將數(shù)據(jù)信息發(fā)送給監(jiān)測終端，并接收監(jiān)測終端發(fā)送的相關指令,。監(jiān)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(diào)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(jù)指令格式發(fā)送數(shù)據(jù)包；溫度采集模塊負責采集溫度并將溫度傳輸?shù)娇刂颇K,；控制模塊處理裝置的所有數(shù)據(jù)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(jiān)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(tǒng)代碼;地址為0200H-9FFH的2 KB RAM用于存儲裝置的歷史信息。監(jiān)測前端的信號類型分為模擬部分和數(shù)字部分,，模擬部分負責與監(jiān)測終端的通信,，數(shù)字部分負責處理數(shù)據(jù)、控制裝置運行以及控制與監(jiān)測終端的通信,。模擬部分包括射頻收發(fā)芯片nRF905,、PCB板載天線,、晶振等芯片和相關電路等。數(shù)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(diào)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(tài)是處于接收狀態(tài)，即ShockBurst RX模式,。在接收到指令時,自動將指令數(shù)據(jù)包的字頭和CRC校驗碼移出,，再根據(jù)數(shù)據(jù)包的第一個字節(jié)的內(nèi)容解析指令數(shù)據(jù)包，并根據(jù)解析的配置裝置運行狀態(tài)或發(fā)送數(shù)據(jù),。若解析后的指令為“讀當前”,，則把當前溫度、貨架期等數(shù)據(jù)組裝成32 B的數(shù)據(jù)包發(fā)送至監(jiān)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(shù)據(jù)為一組并組裝成32 B的數(shù)據(jù)包發(fā)送出去,，直至RAM中所有信息均發(fā)送出去時，裝置發(fā)送過程結(jié)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(fā)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(wěn)定,，在晶振兩端并聯(lián)電阻R1(1 M?贅),；為了讓監(jiān)測前端得到穩(wěn)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(wěn)定的RF輸出,，圖2所示為監(jiān)測前端的射頻電路。

2.2 監(jiān)測終端硬件設計
    監(jiān)測終端的任務是把監(jiān)測前端的數(shù)據(jù)信息通過GPRS發(fā)送至監(jiān)控中心,，其結(jié)構框圖如圖3所示,。

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

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

4 系統(tǒng)測試
    在食品運輸流通過程中,，監(jiān)測前端通過傳感器模塊進行數(shù)據(jù)采集及貨架期計算,，然后通過NRF905射頻模塊將數(shù)據(jù)信息發(fā)送監(jiān)測終端，監(jiān)測終端再把數(shù)據(jù)發(fā)送至監(jiān)控中心,。在監(jiān)控中心,，監(jiān)測終端通過RS232串口與電腦連接，從而使數(shù)據(jù)能夠直接傳輸?shù)絇C機上,。圖6所示為監(jiān)測前端發(fā)送到監(jiān)控中心的數(shù)據(jù),，可通過串口調(diào)試精靈顯示。
    在圖6監(jiān)測數(shù)據(jù)中,，監(jiān)測終端首先接收到的是監(jiān)測前端的ID號,，其次是溫度數(shù)值。讀取到的第一個監(jiān)測前端是G3,，其溫度數(shù)據(jù)為10.13 ℃,。通過實驗表明，食品貨架期監(jiān)測系統(tǒng)能夠監(jiān)測食品在流通過程中的質(zhì)量信息,。

    食品貨架期監(jiān)測系統(tǒng)通過RFID技術和GPRS技術實現(xiàn)了對食品質(zhì)量的實時監(jiān)測,，并將數(shù)據(jù)可視化，達到動態(tài)監(jiān)測食品在流通過程中的情況,，系統(tǒng)具有可靠性高,、適應性強等優(yōu)點，推廣價值較大,。
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