物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在乳制品鏈條關(guān)鍵控制點監(jiān)督管理中的應(yīng)用探討

0 引 言

日前，國務(wù)院辦公廳發(fā)布了《關(guān)于推進奶業(yè)振興保障乳品質(zhì)量安全的意見》（以下簡稱《意見》），《意見》要求建立健全養(yǎng)殖、加工、流通等各環(huán)節(jié)的乳品質(zhì)量安全體系。乳制品的質(zhì)量安全涉及諸多環(huán)節(jié)，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都會對質(zhì)量安全造成威脅，如何確保乳制品全鏈條安全管理成為所有從業(yè)者及政府監(jiān)管急需解決的問題。本文通過設(shè)計基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能終端，將 RFID 技術(shù)、GPS 技術(shù)、傳感器技術(shù)等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到乳制品的養(yǎng)殖環(huán)節(jié)、檢驗檢測環(huán)節(jié)、物流運輸環(huán)節(jié)這三個乳制品質(zhì)量安全關(guān)鍵控制點，實現(xiàn)對三個節(jié)點的管理，以期滿足《意見》對強化乳品質(zhì)量安全監(jiān)管的要求，保證乳制品的質(zhì)量安全。

1 養(yǎng)殖環(huán)節(jié)

1.1 業(yè)務(wù)需求

養(yǎng)殖環(huán)節(jié)是乳制品供應(yīng)鏈的起始環(huán)節(jié)，在整個安全鏈條中意義重大。2006 年農(nóng)業(yè)部要求使用二維碼耳標(biāo)、電子標(biāo)簽、腳環(huán)以及其他承載畜禽信息的標(biāo)識物，以加強畜禽標(biāo)識管理，保障畜禽產(chǎn)品質(zhì)量安全。2011 年底農(nóng)業(yè)部發(fā)布了《動物電子標(biāo)識試點方案》，對畜禽的追溯由二維碼標(biāo)識逐步升級到 RFID 標(biāo)識技術(shù)。我國目前多數(shù)大型乳品企業(yè)開始關(guān)注養(yǎng)殖過程中的動物健康管理和經(jīng)營效益，在自有養(yǎng)殖場試用以色列的計步器監(jiān)測奶牛運動量，便于及早發(fā)現(xiàn)奶牛的發(fā)情期，減少空懷，提高原奶產(chǎn)量和質(zhì)量。目前國內(nèi)使用的動物標(biāo)識設(shè)備大部分采用以色列產(chǎn)品，但該產(chǎn)品尚存在不能滿足農(nóng)業(yè)部要求、配套成本高、更換電池間隔時間短、標(biāo)簽及相應(yīng)的讀寫器貴等問題，急需研發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品予以替代。

1.2 技術(shù)應(yīng)用

本文設(shè)計研發(fā)了一款基于UHF 的半有源傳感RFID 標(biāo)簽， 該標(biāo)簽不僅具有普通 UHF RFID 電子標(biāo)簽的標(biāo)識牛號、保存信息、遠距離識讀等基本功能，還內(nèi)置了溫度傳感器、振動傳感器和相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集控制電路，可實時進行奶牛體溫變化曲線和活動量記錄，并保存到標(biāo)簽內(nèi)部 FRAM 存儲器中。平時該終端穿戴在牛身上，可實時記錄牛的體溫、運動狀況等信息。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與電路原理分別如圖 1、圖 2 所示。

由圖 1、圖 2 可知，奶牛養(yǎng)殖用半有源傳感裝置，包括殼體 2，其內(nèi)設(shè)置電路板。電路板上包括控制器 12、射頻模塊 9、溫度傳感器 10、振動傳感器 11、時鐘模塊 13、數(shù)據(jù)存儲模塊 14 以及電源模塊 15。其中，射頻模塊 9、溫度傳感器 10、振動傳感器 11、時鐘模塊 13、數(shù)據(jù)存儲模塊 14、電源模塊 15分別與控制器 12相連接。射頻模塊 9包括有源射頻單元 9-1和無源射頻單元 9-2，有源射頻單元 9-1選用470MHz頻率頻段，無源射頻單元 9-2選用 850MHz 頻率頻段。電源模塊 15 還連接有電源開關(guān) 7 和電源指示燈 6，電源開關(guān) 7 和電源指示燈 6 設(shè)置在殼體 2 上，電源開關(guān) 7 控制裝置的開關(guān)，電源指示燈 6 指示裝置工作狀況。

2 檢驗環(huán)節(jié)

2.1 業(yè)務(wù)需求

檢驗檢測是乳制品質(zhì)量安全的重要環(huán)節(jié)，目前國內(nèi)很多奶站存在收奶時檢測指標(biāo)數(shù)據(jù)不上傳、不存檔的問題，導(dǎo)致出現(xiàn)問題時無法追溯。如何方便收奶人員將檢測過程中出現(xiàn)的三聚氰胺、重金屬、菌落數(shù)等重點檢驗指標(biāo)數(shù)據(jù)收集存檔， 以備追溯和監(jiān)管是亟待解決的問題。

2.2 技術(shù)應(yīng)用

本文設(shè)計研發(fā)了一款三聚氰胺、重金屬、菌落數(shù)等奶液重點檢驗指標(biāo)的檢測數(shù)據(jù)采集傳輸終端，首先通過不同的接口采集檢測數(shù)據(jù)，然后通過有線傳輸、無線傳輸?shù)确绞綄z測數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦芾砥脚_，實現(xiàn)相關(guān)信息聯(lián)網(wǎng)，避免收奶時不檢測或者檢測不到位的現(xiàn)象發(fā)生。采集傳輸終端產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖、模塊圖分別如圖 3、圖 4 所示。

由圖 3、圖 4 可知，牛奶檢測數(shù)據(jù)采集傳輸智能終端為殼體 1，其內(nèi)設(shè)置電路板。電路板上包括傳輸控制器 10、分析控制器 13、接口模塊 3、按鍵模塊 15、安全隔離模塊 16、報警模塊 17、LCD 輸出模塊 14、無線傳輸模塊 8、長線傳輸模塊 4、數(shù)據(jù)傳輸模塊 12、存儲模塊 9和電源模塊 11。其中， 接口模塊 3、無線傳輸模塊 8、長線傳輸模塊 4、存儲模塊 9 分別與傳輸控制器 10相連接 ；按鍵模塊 15、安全隔離模塊16、LCD 輸出模塊 14 分別與分析控制器 13 相連接 ；安全隔離模塊 16與報警模塊 17相連接 ；傳輸控制器 10通過數(shù)據(jù)傳輸模塊 12與分析控制器 13相連接 ；電源模塊 11分別與傳輸控制器 10、分析控制器 13 相連接 ；電源模塊 11 可采用交流電源輸入，并可調(diào)理變壓，以滿足不同的電壓需求，使用方便。接口模塊 3 可采用 RS 232 接口，長線傳輸模塊 4 可采用 RS 485 接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速可靠傳輸。

3 運輸環(huán)節(jié)

3.1 業(yè)務(wù)需求

由于乳制品易變質(zhì)，因此長途運輸過程中需要控制溫度。運輸也是影響乳制品質(zhì)量安全的重要環(huán)節(jié)，如何了解運輸過程中乳制品所處的環(huán)境是乳制品追溯和監(jiān)督管理的需求。

3.2 技術(shù)應(yīng)用

運輸環(huán)節(jié)研發(fā)的智能終端是一款基于 RFID 技術(shù)的傳感定位一體化遠程監(jiān)控智能車載終端，該終端集成了有源RFID 技術(shù)、傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、GPS 技術(shù)、3G 技術(shù)， 把工作頻率為 433 MHz 的有源RFID 電子標(biāo)簽和溫濕度采集、RFID 電子鉛封、油耗傳感器等相結(jié)合，在冷鏈運輸車的車身組建一個小型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，實現(xiàn)對貨物所處環(huán)境溫濕度、貨柜門開關(guān)狀態(tài)、車輛油耗等參數(shù)的分布式采集和傳輸，運用 GPS 定位技術(shù)實現(xiàn)對在途車輛地理位置的實時監(jiān)控。產(chǎn)品設(shè)計框圖如圖 5 所示。

4 結(jié) 語

為了實現(xiàn)對乳制品養(yǎng)殖環(huán)節(jié)、檢驗檢測環(huán)節(jié)、物流環(huán)節(jié)的監(jiān)督和管理，本文結(jié)合三個節(jié)點的業(yè)務(wù)需求，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計了半有源傳感標(biāo)簽、數(shù)據(jù)采集傳輸終端、車載終端等三種智能終端，分別給出了終端的結(jié)構(gòu)圖及框圖，并將其應(yīng)用到乳制品養(yǎng)殖、檢驗檢測、物流運輸三個關(guān)鍵控制點的監(jiān)督管理中。樣品應(yīng)用情況表明，三個智能終端能夠較好地實現(xiàn)設(shè)計目的，有助于企業(yè)落實《意見》的要求，對提高乳制品質(zhì)量安全具有重要意義。目前三個終端屬于第一代產(chǎn)品，