农业物联网产品质量安全实时监测电子秤设计

摘 要：针对湖南农业物联网项目实施过程中对主要农产品在流通领域进行质量追踪溯源的问题，给出了一种简易、快速、实时检测设备（电子秤）的设计方法。该设备具有称重识别、扫描RFID条码、实时查询农业物联网平台数据等功能，并可通过读取农产品条码信息与从平台获取的信息进行对比，从而监测农产品的安全性，然后适时报警。实验表明，通过该装置可对农产品进行追踪溯源，进一步完善农产品质量安全检测与预警体系。

关键词：安全电子秤；农业物联网；嵌入式系统；农产品流通

中图分类号：TP216；S126 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2013）07-0031-04

0 引 言

信息化是当今世界经济和社会发展的大趋势，农村信息化是加快推进社会主义新农村建设、全面建设小康社会的重要内容。2010年，长株潭作为唯一城市群被纳入国家第一批“三网融合”试点地区名单，为农业物联网在湖南省大范围示范应用带来了重大契机，同时国内对农业物联网的研究进行得如火如荼。例如，聂鹏程在其博士论文中提出了主动诱导式大规模农业物联网的自组织网络协议和农业物联网深度路由技术，研究了农业物联网故障情况下智能路由维护方法，开发了农业物联网信息采集设备及控制系统[1]，阎晓军介绍了北京市建设农业物联网的研究进展[2]，农产品安全检测公共技术服务平台的搭建与检测方法得到了更新[3-4]，加上国内食品安全问题突出，对农产品质量进行追踪溯源的产品研究不断，如基于嵌入式系统的多功能电子秤[5]、单片机称重系统设计[6]。这些都为本课题研究提供了很好的样本，并在此基础上进一步完善农业物联网的服务功能。

1 电子秤发展需求

随着计量技术和电子技术的发展，传统秤表现出的不足是逐渐显示，而电子秤则以其准确、快速、方便、显示直观等诸多优点而广受欢迎。

从以单片机构成的称重系统[6]、嵌入式系统的多功能电子秤[5]，到基于微处理器的无线电子秤[7]的应用，电子秤朝着自动化、多功能化、在线化发展，特别是计算机网络的出现，电子称重仪器更是向着小型化、网络化的方向发展。

当前由于人们生活水平的提高，农产品的质量安全问题成为当前社会关注的热点，农产品进入市场涉及到生产、加工、运输、零售商销售等多个环节。如何保证流入市场的农产品是安全的，并能追溯到其产出地、生产过程、加工环节，让消费者用得安心、吃得放心，除了上网查阅其有关信息外，能否找到一种简洁、快捷的工具是农业物联网实施过程中必须考虑的内容，这也是2012年国家科技支撑计划课题—— 农村物联网基础平台共性关键技术研究（2012BAD35B05）—— 研究的内容之一。

2 农业物联网电子秤的需求分析

为解决湖南农产品质量安全与农产品流向和来源等问题，提升农产品质量安全保障水平，根据农业物联网关键技术在农业领域的应用，提出了将嵌入式软件开发和一维码扫描技术应用到农业物联网电子秤的设计方案，开发一种能联网、能根据扫描到的条码信息从综合服务平台搜索相应农产品的所有信息，并具有判断是否过期、质量是否有保证、是否有检验检疫合格证、是否串货等功能的电子秤，在农产品流入消费者手中之前，构筑一道防护网，堵截非法商品、不合格商品、过期商品、存在安全隐患的商品，特别堵截某时间段敏感的产品，如疯牛病、猪蓝耳病、禽流感。当信息不符合时，拒绝过秤、票据打印，禁止销售，阻止其继续流通，对农产品采购构筑一道安全防火墙。

3 农业物联网电子秤的设计

3.1 电子秤框架结构

农业物联网电子秤装置主要由中央处理单元、数据采集单元、网线接口、LCD显示屏、RS232调试接口、小票打印机等组成。图1所示是该电子秤的框架结构。

图1 电子秤框架结构

电子秤本体的接口连接有计价显示主机、条码扫描枪、以太网接口，可用条码扫描枪扫描商品的条形码或RFID条码，并用以太网接口连接电脑主机（或通信终端），同时电脑主机配有后台数据库sqllite，用来存放商品信息，与计价显示主机双向通信，而且电脑主机通过网络与湖南农业农村信息化综合服务平台数据库进行链接，进行数据交换。

中央处理单元采用C8051F430单片机作为主控芯片，是高速、低功耗、超强抗干扰的8051单片机，可实现称重、计价和扫描等功能。

数据采集单元主要包含称重传感器、A/D转换器和USB条形码枪。其中，称重传感器传感放大检测电路的功能是把重量通过称重传感器转换为微弱电压信号，并将其放大以便进行A/D转换；HX711是一款专门为高精度电子秤而设计的24位A/D 转换器芯片。该芯片与后端MCU芯片的接口非常简单，可由输入输出口简单编程后直接驱动，从而实现对内部寄存的编程与读写。

LCD 显示屏同时可当成普通的图像型液晶显示模块使用，它带有GB2312 字库，可用于显示汉字。

3.2 电子秤后台数据库

本电子秤属于嵌入式系统，与此配套，选择嵌入式关系型、轻量级数据库SQLite，无需安装、无需数据库引擎驱动，方便与综合服务平台进行数据交互，最终让电子秤具有识别功能。表1列出两个数据表定义。

表1 两个数据表定义举tb_Quarantine（检疫表） tb_sales（销售流水表）

字段 字段名 类型 字段 字段名 类型

QuaID 检疫码 char SellID 流水ID char

SupID 药监码（备用字段） char GoodID 商品码 char

QualFlag 启检标志 bool SupID 药监码 char

Goods 商品名称 varchar QualID 检疫码 char

Unit 计量单位 varchar SellNum 销售数量 integer

QualNum 审批数量 real SellDate 销售日期 date

SaleNum 已售数量 real Price 销售单价 decimal

QualDate 检验日期 date Gauger 计量员 varchar

Validity 有效期 integer Cashier 收银员 varchar

Area 产地信息 varchar SellPos 销售商ID char

Supplier 供应商ID char SellRes 销售结果 varchar

SellPosID 销售商ID char

QualOfficer 检疫员 varchar

QualDepart 检疫单位 varchar

ReportID 检疫报告ID char

3.3 主要核心代码

本设备下位机开发环境为keil，上位机开发语言是visual studio 2005。主要代码如下：

void main （void） //主程序

{ PCA0MD &= ～0x40； // 禁止看门狗

SYSTEMCLOCK_Init（）； //初始化震荡器

Delay（）；

PORT_Init（）； // 初始化数据交叉开关

Delay（）；

memset（UART0_Buffer，0，UART_BUFFERSIZE0）；

memset（UART1_Buffer，0，UART_BUFFERSIZE1）；//缓存区清空

memset（StrScrSave1，0，17）；

memset（StrScrSave2，0，17）；

Timer0_Init（）；

Delay（）；

Timer2_Init（）；

UART0_Init（）； //初始化串口0

UART1_Init（）； //初始化串口1

lcdreset（）； //初始化液晶显示控制器

FLASH_Read （UART0_Buffer， start_address-512*13， UART_BUFFERSIZE0）；

//取屏保变量1

memcpy（StrScrSave1，pSS->ScrSave1String，16）；

PosX=GetPos（pSS->PosX）；

PosY=GetPos（pSS->PosY）；

charlcdfill（‘ ‘）；

PosX3=PosX；

PosY3=PosY；

putstrxy（PosX3，PosY3，StrScrSave1）；//立即显示称重效果

FLASH_Read （UART0_Buffer， start_address-512*14， UART_BUFFERSIZE0）；

//取屏保变量2

memcpy（StrScrSave2，pSS->ScrSave1String，16）；

PosX2=GetPos（pSS->PosX）；

PosY2=GetPos（pSS->PosY）；

PosX4=PosX2；

PosY4=PosY2；

putstrxy（PosX4，PosY4，StrScrSave2）； //立即显示称重效果

FLASH_Read （UART0_Buffer， start_address-512*15， UART_BUFFERSIZE0）；

GlobalVar=pGV->GlVar； //取全局变量

memset（UART0_Buffer，0，UART_BUFFERSIZE0）；

Delay（）；

EA=1；

LED = 1；

while（1） { HubMain（）；//调用 HostDataProcess（void） }

}

//读711 AD数据子程序

unsigned long ReadCount（void）

{ unsigned long Count；

unsigned int ADval；

unsigned char i；

ADDO=1；

ADSK=0；

Count=0；

while（ADDO）；

for（i=0；i

{ ADSK=1；

Count=Count

ADSK=0；

if（ADDO）Count++；

}

ADSK=1； //发送第25个脉冲，表示下次转换使用A通道128db

// Count=Count^0x800000；

ADSK=0；

ADval = （int）（Count >> 8）；//取高十六位有效值

return（ADval）； }

3.4 操作流程

本电子秤选择嵌入式关系型、轻量级数据库SQLite，并已固化在嵌入式系统中，无需安装、无需数据库引擎驱动，十分方便与综合服务平台进行数据交互，也方便电子秤识别。

图2是本电子秤的整体示意图。现结合整体示意图分析其具体的操作流程。

图2 电子秤整体示意图

图2中的1是重力传感器，为数据采集单元；2是电子秤控制板，为数据中央处理单元；3是条形码扫描枪，是条码采集单元；4是以太网接口（RJ45），是与综合服务平台进行数据交互单元。

具体称重时，称重传感器1的信号输出端连接计价显示主机2，计价显示主机2与条码扫描枪3相连，条码扫描枪3能扫描商品的条形码，还能扫描RFID条码。计价显示主机2连接互联网的以太网接口4，以太网接口4连接电脑主机，电脑主机配有数据库sqllite，用来存放商品信息，并与计价显示主机2双向通信，同时，电脑主机通过网络与湖南农业信息化数据库后台链接，进行数据比较与交互。只有所需物品与原物品一致，产品质量在有效期内，才能由打印机5打出相应信息，否则报警。

4 结 语

本电子秤经过多次实验测试，软硬件设备均可满足农产品信息数据与农业物联网后台数据库交互，并具有称重、扫描RFID条码、扫描一维条形码、接入农业物联网数据中心等多项功能。集成电子电路简单稳定、成熟可靠，使用方便，从而证明农业物联网农产品安全实时监测电子秤是可行，为后续建立健全湖南省农产品质量安全保障体系提供及时准确的数据支持和安全保障。

参 考 文 献

[1] 聂鹏程.植物信息感知与自组织农业物联网系统研究[D].杭州：浙江大学，2012.

[2]阎晓军，王维瑞，梁建平.北京市设施农业物联网应用模式构建[J].农业工程学报，2012， 28（4）：149-154.

[3]吴为，季锦美，黄胜海.农产品安全检测公共技术服务平台的研究与实践[J].农业环境与发展，2009（6）：53-55.

[4]杨玉霞，莫仁甫，马跃峰，等.农产品安全检测仪器分析方法及其发展趋势[J].广西农业科学，2009，40（1）：92-95.

[5]张楠.基于ARM-Linux多功能电子称的设计与实现[D].北京：中国地质大学，2010.

[6]刘丹，朱目成.新型单片机称重系统设计[J].电脑知识与技术，2011，7（20）：5005-5006.

[7] ZHU P W， HU C H. Design of Wireless Electronic Scale Based On MSP430 Microprocessor[J]. AASRI Procedia， 2012， 1： 581-587.