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LGWL-SP01型 食品溯源物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)系統(tǒng)
一、系統(tǒng)簡介
LGWL-SP01型 食品溯源物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)系統(tǒng)是針對近年來頻發(fā)的食品安全危機設(shè)計的覆蓋食品“產(chǎn)、加、運、儲、銷”各個環(huán)節(jié)的追溯系統(tǒng)。它綜合運用傳感器采集、RFID射頻識別、設(shè)備控制、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、嵌入式系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及多學(xué)科技術(shù)的交叉融合，依托部署在溯源沙盤中的各種傳感器節(jié)點、射頻識別裝置、控制節(jié)點、智能網(wǎng)關(guān)、服務(wù)器以及客戶端等，實現(xiàn)食品生產(chǎn)環(huán)節(jié)的智能感知與控制，加工環(huán)節(jié)的標(biāo)簽自動識別讀寫，運輸環(huán)節(jié)的車輛智能定位與智能冷鏈感知，倉儲環(huán)節(jié)的貨架信息的智能感知，超市銷售環(huán)節(jié)的自助結(jié)算和食品溯源查詢等功能，為提供安全可靠的食品保駕護航。
二、系統(tǒng)構(gòu)成
LGWL-SP01型 食品溯源物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)系統(tǒng)主要分為農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)區(qū)、加工廠、交通運輸、倉儲區(qū)、超市銷售結(jié)算區(qū)，分別實現(xiàn)智能農(nóng)牧業(yè)系統(tǒng)、食品加工標(biāo)簽智能識別系統(tǒng)、車輛運輸跟蹤管理系統(tǒng)、倉儲管理系統(tǒng)、智能超市結(jié)算系統(tǒng)等。
1、系統(tǒng)外觀
智能農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)集成傳感器采集、設(shè)備控制、嵌入式實時處理以及無線通信等技術(shù)，利用各種傳感器實時采集農(nóng)作物生長過程中的光照、空氣溫濕度、土壤溫濕度、二氧化碳濃度等參數(shù)，并通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸至智能網(wǎng)關(guān)的監(jiān)控平臺，平臺軟件利用農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)預(yù)設(shè)的農(nóng)作物生長的各項指標(biāo)要求，經(jīng)過分析處理，及時精確地控制農(nóng)用設(shè)備的自動開啟、關(guān)閉（如遠程控制節(jié)水系統(tǒng)、調(diào)整大棚內(nèi)濕度、控制通風(fēng)換氣的閥門等），調(diào)節(jié)大棚環(huán)境狀況使其更有利于農(nóng)作物的生長，進而達到提高農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量的目的。同時，大棚內(nèi)安裝網(wǎng)絡(luò)攝像頭，可以通過監(jiān)控平臺遠程監(jiān)控農(nóng)作物的長勢情況和大棚的安全狀況。
智能養(yǎng)殖場系統(tǒng)包括魚塘養(yǎng)殖場和牛羊養(yǎng)殖場兩種系統(tǒng)。
魚塘：通過中央控制系統(tǒng)可以遠程控制水循環(huán)換氣泵工作，改善魚塘水環(huán)境。
加工廠環(huán)節(jié)主要模擬對農(nóng)產(chǎn)品（如蔬菜、牛羊肉、魚肉等）的加工，具體包括記錄運輸原材料的車輛進廠日期、時間等；實時采集工廠室內(nèi)溫濕度等環(huán)境參數(shù)；控制換氣閥門調(diào)整加工環(huán)境；并為產(chǎn)品包裝打印RFID電子標(biāo)簽（高頻和超高頻標(biāo)簽），系統(tǒng)中記錄了加工單位、加工日期、加工過程所使用的添加劑、包裝重量、環(huán)境參數(shù)等；以及記錄運輸產(chǎn)品的車輛信息等，這些信息均通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)傳輸至服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中進行保存。
運輸環(huán)節(jié)主要模擬運輸車輛裝滿貨物，從種植區(qū)駛出、途徑加工廠，加油站、ETC公路、到達倉庫卸貨，*后進入超市的整個過程。
運輸車輛依靠RFID技術(shù)模擬GPS地理定位裝置，將車輛所處的地理信息、產(chǎn)品所處環(huán)境的溫濕度數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)及時傳輸給服務(wù)器數(shù)據(jù)庫，加工廠出貨人員和倉儲管理人員只需登錄到運輸車輛跟蹤客戶端系統(tǒng)，就可以查閱到當(dāng)前車輛所處的地理位置，運行軌跡，監(jiān)測運輸車輛是否安全到達目的地等。
對于不規(guī)則貨物，可采用機器臂控制系統(tǒng)裝卸貨。六自由度機械臂的臂部由大臂、小臂組成，一般具有兩個自由度，即伸縮、回轉(zhuǎn)、俯仰或升降，采用單片機控制運動軌跡。當(dāng)小車到達裝卸貨指定地點時，通過無線向管理平臺發(fā)出命令，管理平臺接收到后，通過無線通信向機器臂控制器發(fā)送裝卸貨指令，控制器接收到命令后，就按照指定的取貨位置，操作機器臂經(jīng)過回轉(zhuǎn)、伸縮、升降、俯仰等幾組動作組合，實現(xiàn)貨物的自動裝卸。貨物裝卸完成后，運輸車自動離開。
7、 倉儲環(huán)節(jié)——倉儲物品自動感知系統(tǒng)
倉儲環(huán)節(jié)主要模擬產(chǎn)品出入倉庫、物品貨架庫位的自動識別、物品信息自動盤點等功能。該環(huán)節(jié)有兩種展示形式，一種是實際倉儲方式，一種在沙盤上模擬。
實際倉儲管理系統(tǒng)將物品信息綁定到超高頻電子標(biāo)簽中，通過倉庫出入口處安裝的超高頻讀寫器對電子標(biāo)簽進行識別，實現(xiàn)遠距離、準(zhǔn)確地采集物品出入庫信息；同時采用鋁制貨架，貨架每一層的每一個庫位都安裝有高頻天線，通過多路選擇器連接到高頻讀卡器上，用于識別庫位上放置的物品，實現(xiàn)對庫位現(xiàn)有貨物的盤點以及貨物的定位功能。出入庫超高頻讀寫器以及盤點高頻讀寫器分別通過以太網(wǎng)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)接入中央控制系統(tǒng)，由中央控制系統(tǒng)統(tǒng)一管理。
模擬的立體倉庫的庫位是可伸縮移動的。它主要由電動絲杠滑臺、滑臺驅(qū)動器、滑臺控制器三部分組成，安裝在鋁合金框架內(nèi)，形成一個至少4庫位的立體倉庫。
8、供銷環(huán)節(jié)——超市智能溯源與結(jié)算系統(tǒng)
供銷環(huán)節(jié)主要模擬超市的稱重功能、自動結(jié)算和商品溯源查詢等三個功能。
稱重功能首先通過RFID讀寫器讀出商品上RFID標(biāo)簽信息，并將此商品在電子秤上稱出重量，同時輸入商品單價并結(jié)算出總價，*后將商品的名稱，價格信息通過標(biāo)簽打印機打印出對應(yīng)信息和用于溯源與結(jié)算的二維碼。
結(jié)算功能：系統(tǒng)可采用掃描槍掃描商品上的二維碼實現(xiàn)結(jié)算，語音播報當(dāng)前結(jié)算總額。也可以使用設(shè)置的超高頻讀卡器完成貨物（帶有超高頻標(biāo)簽）的自動結(jié)算功能。即將多件帶有超高頻標(biāo)簽的貨物同時經(jīng)過超高頻讀卡器，系統(tǒng)會自動將貨物名稱和單價以及總價顯示出來，并通過語音播放器播報商品總價。
溯源查詢功能：用戶可以將攜帶二維碼標(biāo)簽的商品拿到溯源查詢一體機的識別區(qū)，通過二維碼識別系統(tǒng)讀取存儲的信息，在終端界面上顯示商品的原產(chǎn)地、加工廠狀況、運輸狀況以及單價等信息。
三、硬件組成
服務(wù)器、客戶端、鋁合金鋼架模型等組成。
1、感知設(shè)備：
主要由傳感器調(diào)理板、ZigBee無線通信模塊以及接口底板組成。傳感器涉及環(huán)境溫濕度、土壤溫濕度、光線強度、二氧化碳濃度等，可根據(jù)客戶需求定制不同類型的傳感器節(jié)點。它們通過ZigBee技術(shù)將采樣數(shù)據(jù)傳輸給中央控制系統(tǒng)的智能網(wǎng)關(guān)。
2、控制設(shè)備：
主要由執(zhí)行設(shè)備、ZigBee無線通信模塊以及接口底板組成?？刂圃O(shè)備主要分為直流供電型、以及交流供電型。直流供電型主要針對執(zhí)行設(shè)備的供電是直流電源，如道閘控制器、加工廠模擬通風(fēng)扇等，它們的供電電源均是DC12V。交流供電型主要針對執(zhí)行設(shè)備的供電是交流市電電源，如滴灌、加濕器、換氣泵等，它們的供電電源均是AC220V?？刂圃O(shè)備通過ZigBee通信技術(shù)向智能網(wǎng)關(guān)發(fā)送當(dāng)前設(shè)備的控制狀態(tài)或接收智能網(wǎng)關(guān)的控制命令。
3、射頻識別裝置：
本系統(tǒng)中的射頻識別裝置主要包括兩種，一種是超高頻讀寫器裝置、一種是高頻讀寫器裝置，分別用在倉儲出入庫環(huán)節(jié)、以及倉儲貨架商品自動盤點環(huán)節(jié)。
4、視頻監(jiān)控設(shè)備：
采用網(wǎng)絡(luò)攝像機，安裝在溫室大棚內(nèi)部，用于溫室大棚環(huán)境遠程監(jiān)控。
5、智能小車：
由核心控制板、ZigBee通信模塊、傳感器采集板、伺服電機、供電板、輪式底盤等組成，通過核心控制板固化的采樣控制程序，實現(xiàn)車輛的自動循跡、避障、紅燈擇路行駛、前進、后退、左右轉(zhuǎn)彎、到站停車、以及與智能網(wǎng)關(guān)的無線通信等功能。
6、智能網(wǎng)關(guān)：
安裝在中央控制系統(tǒng)區(qū)域的實驗桌上，整體封裝在模具內(nèi)，操作方便，美觀大方。嵌入式主板集成ZigBee無線通信模塊，與系統(tǒng)傳感器節(jié)點、控制器節(jié)點進行ZigBee數(shù)據(jù)通信。主板集成了以太網(wǎng)接口，通過TCP/IP協(xié)議與PC服務(wù)器或客戶端進行數(shù)據(jù)通信。同時，主板集成了WiFi模塊，可直接連接無線路由器，替換以太網(wǎng)布線，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度。而且，主板留有3G模塊的接口，可實現(xiàn)智能網(wǎng)關(guān)直接接入移動互聯(lián)網(wǎng)的功能。
7、PC服務(wù)器：
它是整個應(yīng)用系統(tǒng)的核心，主要運行食品溯源服務(wù)器應(yīng)用程序，建立數(shù)據(jù)庫和Socket服務(wù)器，實時監(jiān)聽客戶端的請求，存儲與客戶端的TCP/IP連接信息、以及雙方的通信數(shù)據(jù)。
8、客戶端：
它是整個應(yīng)用系統(tǒng)的操作接口，主要運行食品溯源客戶端應(yīng)用程序，建立數(shù)據(jù)庫和Socket客戶端，分別與PC服務(wù)器或智能網(wǎng)關(guān)進行TCP/IP數(shù)據(jù)通信，具有良好的人機交互界面，方便用戶操作，完成整個食品溯源的過程。
9、鋁合金鋼架模型：
支撐食品溯源系統(tǒng)的整個設(shè)施。內(nèi)部鋪設(shè)供電線路，配有完善的供電設(shè)備，包括空氣開關(guān)、急停開關(guān)、電源指示燈等，安裝在底座框架上，為系統(tǒng)輸入安全穩(wěn)定的交流220V總電源。除了提供標(biāo)準(zhǔn)食品溯源模型外，還可根據(jù)學(xué)校的要求定制模型的外觀，以及部署方式等。
四、軟件組成
系統(tǒng)軟件默認采用C/S結(jié)構(gòu)，主要包括智能車軟件、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)透明傳輸軟件、溯源系統(tǒng)智能網(wǎng)關(guān)節(jié)點管理軟件、溯源系統(tǒng)服務(wù)器軟件、溯源系統(tǒng)客戶端軟件。
1、智能車軟件：
主要利用STC系列51單片機的接口總線，驅(qū)動紅外反射傳感器采集信息，經(jīng)過處理，驅(qū)動直流減速電機帶動萬向輪轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)小車的自動循跡、避障、行駛方式的改變等功能。同時小車上的讀卡器自動識別道路上鋪設(shè)的射頻卡，實現(xiàn)小車定位。
2、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)透明傳輸軟件：
主要實現(xiàn)ZigBee網(wǎng)絡(luò)的建立、節(jié)點的自動入網(wǎng)、節(jié)點之間數(shù)據(jù)的透明傳輸、傳感器節(jié)點的采樣與傳輸、執(zhí)行節(jié)點驅(qū)動設(shè)備的功能。
3、溯源系統(tǒng)智能網(wǎng)關(guān)節(jié)點管理軟件：
智能網(wǎng)關(guān)采用嵌入式Linux操作系統(tǒng)，上電后運行基于QT的溯源系統(tǒng)ZigBee節(jié)點管理軟件。軟件系統(tǒng)集成了嵌入式數(shù)據(jù)庫，保存所有ZigBee節(jié)點的屬性信息（如網(wǎng)絡(luò)類型、傳感器類型、網(wǎng)絡(luò)短地址、MAC地址），用戶可以在網(wǎng)關(guān)上瀏覽傳感器節(jié)點當(dāng)前采樣數(shù)據(jù)、以及手動控制所有ZigBee控制器。同時，網(wǎng)關(guān)可作為UDP客戶端，與PC服務(wù)器進行UDP通信；也可作為TCP服務(wù)器，與觸摸終端一體機進行TCP通信。
4、溯源系統(tǒng)服務(wù)器軟件
溯源系統(tǒng)服務(wù)器采用Windows操作系統(tǒng)，主要建立TCP、UDP服務(wù)器，并處于監(jiān)聽狀態(tài)，等待客戶端的連接請求。一旦連接成功，就可以與TCP、UDP客戶端進行數(shù)據(jù)通信。*后，將接收到的所有信息存儲在建立的SQL Server數(shù)據(jù)庫中。
5、溯源系統(tǒng)客戶端軟件
采用Windows系統(tǒng)，運行溯源系統(tǒng)客戶端GUI應(yīng)用程序，是溯源系統(tǒng)的人機交互界面。用戶可以通過客戶端軟件，查看溯源沙盤的所有環(huán)節(jié)，例如查看農(nóng)業(yè)大棚的環(huán)境參數(shù)、控制農(nóng)業(yè)大棚的所有設(shè)備，視頻瀏覽大棚環(huán)境，控制智能小車的運行狀態(tài)，查看小車的地理位置與運行軌跡，自動盤點倉儲貨架的物品，自動結(jié)算商品，以及商品溯源查詢等功能。
五、系統(tǒng)功能
六、教學(xué)資源
食品溯源實訓(xùn)系統(tǒng)覆蓋了ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、智能小車、Linux智能網(wǎng)關(guān)、PC服務(wù)器、PC客戶端四部分的軟硬件資源，因此系統(tǒng)提供了與這幾部分相關(guān)的課程實驗，從數(shù)據(jù)采集傳輸實驗，網(wǎng)關(guān)匯聚處理實驗，到PC服務(wù)器應(yīng)用實驗，再到PC客戶端應(yīng)用管理實驗，一條線貫穿，讓學(xué)生在實驗中逐步領(lǐng)悟物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵技術(shù)以及實現(xiàn)方式，培養(yǎng)學(xué)生動手解決問題的能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新潛力。
為方便用戶教學(xué)和實訓(xùn)，系統(tǒng)還提供了一本使用手冊和一本實驗指導(dǎo)書。使用手冊主要介紹如何安全正確地操作這套系統(tǒng)，使其正常運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)食品溯源的功能。實驗指導(dǎo)書詳細地介紹了系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，實驗?zāi)康?，實驗原理，以及實驗步驟等。
1、 基礎(chǔ)實驗?zāi)芰?/strong>
2、 創(chuàng)新實驗?zāi)芰?/strong>
3、科研實驗?zāi)芰?/strong>
除了上述傳感控制設(shè)備、智能網(wǎng)關(guān)與智能終端的相關(guān)實驗外，系統(tǒng)還提供了開發(fā)類實驗。
LGWL-SP01型 食品溯源物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)系統(tǒng)是針對近年來頻發(fā)的食品安全危機設(shè)計的覆蓋食品“產(chǎn)、加、運、儲、銷”各個環(huán)節(jié)的追溯系統(tǒng)。它綜合運用傳感器采集、RFID射頻識別、設(shè)備控制、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、嵌入式系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及多學(xué)科技術(shù)的交叉融合，依托部署在溯源沙盤中的各種傳感器節(jié)點、射頻識別裝置、控制節(jié)點、智能網(wǎng)關(guān)、服務(wù)器以及客戶端等，實現(xiàn)食品生產(chǎn)環(huán)節(jié)的智能感知與控制，加工環(huán)節(jié)的標(biāo)簽自動識別讀寫，運輸環(huán)節(jié)的車輛智能定位與智能冷鏈感知，倉儲環(huán)節(jié)的貨架信息的智能感知，超市銷售環(huán)節(jié)的自助結(jié)算和食品溯源查詢等功能，為提供安全可靠的食品保駕護航。
二、系統(tǒng)構(gòu)成
LGWL-SP01型 食品溯源物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)系統(tǒng)主要分為農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)區(qū)、加工廠、交通運輸、倉儲區(qū)、超市銷售結(jié)算區(qū)，分別實現(xiàn)智能農(nóng)牧業(yè)系統(tǒng)、食品加工標(biāo)簽智能識別系統(tǒng)、車輛運輸跟蹤管理系統(tǒng)、倉儲管理系統(tǒng)、智能超市結(jié)算系統(tǒng)等。
1、系統(tǒng)外觀
標(biāo)準(zhǔn)版外觀圖
升級版外觀圖
2、系統(tǒng)拓撲
系統(tǒng)拓撲圖
3、種植環(huán)節(jié)——智能農(nóng)業(yè)大棚監(jiān)控系統(tǒng)智能農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)集成傳感器采集、設(shè)備控制、嵌入式實時處理以及無線通信等技術(shù)，利用各種傳感器實時采集農(nóng)作物生長過程中的光照、空氣溫濕度、土壤溫濕度、二氧化碳濃度等參數(shù)，并通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸至智能網(wǎng)關(guān)的監(jiān)控平臺，平臺軟件利用農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)預(yù)設(shè)的農(nóng)作物生長的各項指標(biāo)要求，經(jīng)過分析處理，及時精確地控制農(nóng)用設(shè)備的自動開啟、關(guān)閉（如遠程控制節(jié)水系統(tǒng)、調(diào)整大棚內(nèi)濕度、控制通風(fēng)換氣的閥門等），調(diào)節(jié)大棚環(huán)境狀況使其更有利于農(nóng)作物的生長，進而達到提高農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量的目的。同時，大棚內(nèi)安裝網(wǎng)絡(luò)攝像頭，可以通過監(jiān)控平臺遠程監(jiān)控農(nóng)作物的長勢情況和大棚的安全狀況。
農(nóng)業(yè)大棚外觀
4、養(yǎng)殖環(huán)節(jié)——智能養(yǎng)殖場系統(tǒng)智能養(yǎng)殖場系統(tǒng)包括魚塘養(yǎng)殖場和牛羊養(yǎng)殖場兩種系統(tǒng)。
魚塘：通過中央控制系統(tǒng)可以遠程控制水循環(huán)換氣泵工作，改善魚塘水環(huán)境。
養(yǎng)魚塘外觀
牲畜養(yǎng)殖場：系統(tǒng)將超高頻電子標(biāo)簽懸掛在牛羊模型上或者放在牛羊模型下模擬牛羊耳標(biāo)，利用超高頻讀卡器多卡識別的特點動態(tài)讀取多張超高頻電子標(biāo)簽，用于實現(xiàn)養(yǎng)殖場牛羊牲畜的自動盤點。
牛羊養(yǎng)殖場外觀
5、加工環(huán)節(jié)——食品智能識別系統(tǒng)加工廠環(huán)節(jié)主要模擬對農(nóng)產(chǎn)品（如蔬菜、牛羊肉、魚肉等）的加工，具體包括記錄運輸原材料的車輛進廠日期、時間等；實時采集工廠室內(nèi)溫濕度等環(huán)境參數(shù)；控制換氣閥門調(diào)整加工環(huán)境；并為產(chǎn)品包裝打印RFID電子標(biāo)簽（高頻和超高頻標(biāo)簽），系統(tǒng)中記錄了加工單位、加工日期、加工過程所使用的添加劑、包裝重量、環(huán)境參數(shù)等；以及記錄運輸產(chǎn)品的車輛信息等，這些信息均通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)傳輸至服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中進行保存。
車輛駛?cè)爰庸S
6、 運輸環(huán)節(jié)——運輸車輛跟蹤系統(tǒng)運輸環(huán)節(jié)主要模擬運輸車輛裝滿貨物，從種植區(qū)駛出、途徑加工廠，加油站、ETC公路、到達倉庫卸貨，*后進入超市的整個過程。
運輸車輛依靠RFID技術(shù)模擬GPS地理定位裝置，將車輛所處的地理信息、產(chǎn)品所處環(huán)境的溫濕度數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)及時傳輸給服務(wù)器數(shù)據(jù)庫，加工廠出貨人員和倉儲管理人員只需登錄到運輸車輛跟蹤客戶端系統(tǒng)，就可以查閱到當(dāng)前車輛所處的地理位置，運行軌跡，監(jiān)測運輸車輛是否安全到達目的地等。
 機械臂 |
 機器臂搬運貨物 |
倉儲環(huán)節(jié)主要模擬產(chǎn)品出入倉庫、物品貨架庫位的自動識別、物品信息自動盤點等功能。該環(huán)節(jié)有兩種展示形式，一種是實際倉儲方式，一種在沙盤上模擬。
實際倉儲管理系統(tǒng)將物品信息綁定到超高頻電子標(biāo)簽中，通過倉庫出入口處安裝的超高頻讀寫器對電子標(biāo)簽進行識別，實現(xiàn)遠距離、準(zhǔn)確地采集物品出入庫信息；同時采用鋁制貨架，貨架每一層的每一個庫位都安裝有高頻天線，通過多路選擇器連接到高頻讀卡器上，用于識別庫位上放置的物品，實現(xiàn)對庫位現(xiàn)有貨物的盤點以及貨物的定位功能。出入庫超高頻讀寫器以及盤點高頻讀寫器分別通過以太網(wǎng)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)接入中央控制系統(tǒng)，由中央控制系統(tǒng)統(tǒng)一管理。
供銷環(huán)節(jié)主要模擬超市的稱重功能、自動結(jié)算和商品溯源查詢等三個功能。
稱重功能首先通過RFID讀寫器讀出商品上RFID標(biāo)簽信息，并將此商品在電子秤上稱出重量，同時輸入商品單價并結(jié)算出總價，*后將商品的名稱，價格信息通過標(biāo)簽打印機打印出對應(yīng)信息和用于溯源與結(jié)算的二維碼。
結(jié)算功能：系統(tǒng)可采用掃描槍掃描商品上的二維碼實現(xiàn)結(jié)算，語音播報當(dāng)前結(jié)算總額。也可以使用設(shè)置的超高頻讀卡器完成貨物（帶有超高頻標(biāo)簽）的自動結(jié)算功能。即將多件帶有超高頻標(biāo)簽的貨物同時經(jīng)過超高頻讀卡器，系統(tǒng)會自動將貨物名稱和單價以及總價顯示出來，并通過語音播放器播報商品總價。
溯源查詢功能：用戶可以將攜帶二維碼標(biāo)簽的商品拿到溯源查詢一體機的識別區(qū)，通過二維碼識別系統(tǒng)讀取存儲的信息，在終端界面上顯示商品的原產(chǎn)地、加工廠狀況、運輸狀況以及單價等信息。
服務(wù)器、客戶端、鋁合金鋼架模型等組成。
1、感知設(shè)備：
主要由傳感器調(diào)理板、ZigBee無線通信模塊以及接口底板組成。傳感器涉及環(huán)境溫濕度、土壤溫濕度、光線強度、二氧化碳濃度等，可根據(jù)客戶需求定制不同類型的傳感器節(jié)點。它們通過ZigBee技術(shù)將采樣數(shù)據(jù)傳輸給中央控制系統(tǒng)的智能網(wǎng)關(guān)。
2、控制設(shè)備：
主要由執(zhí)行設(shè)備、ZigBee無線通信模塊以及接口底板組成?？刂圃O(shè)備主要分為直流供電型、以及交流供電型。直流供電型主要針對執(zhí)行設(shè)備的供電是直流電源，如道閘控制器、加工廠模擬通風(fēng)扇等，它們的供電電源均是DC12V。交流供電型主要針對執(zhí)行設(shè)備的供電是交流市電電源，如滴灌、加濕器、換氣泵等，它們的供電電源均是AC220V?？刂圃O(shè)備通過ZigBee通信技術(shù)向智能網(wǎng)關(guān)發(fā)送當(dāng)前設(shè)備的控制狀態(tài)或接收智能網(wǎng)關(guān)的控制命令。
3、射頻識別裝置：
本系統(tǒng)中的射頻識別裝置主要包括兩種，一種是超高頻讀寫器裝置、一種是高頻讀寫器裝置，分別用在倉儲出入庫環(huán)節(jié)、以及倉儲貨架商品自動盤點環(huán)節(jié)。
4、視頻監(jiān)控設(shè)備：
采用網(wǎng)絡(luò)攝像機，安裝在溫室大棚內(nèi)部，用于溫室大棚環(huán)境遠程監(jiān)控。
5、智能小車：
由核心控制板、ZigBee通信模塊、傳感器采集板、伺服電機、供電板、輪式底盤等組成，通過核心控制板固化的采樣控制程序，實現(xiàn)車輛的自動循跡、避障、紅燈擇路行駛、前進、后退、左右轉(zhuǎn)彎、到站停車、以及與智能網(wǎng)關(guān)的無線通信等功能。
6、智能網(wǎng)關(guān)：
安裝在中央控制系統(tǒng)區(qū)域的實驗桌上，整體封裝在模具內(nèi)，操作方便，美觀大方。嵌入式主板集成ZigBee無線通信模塊，與系統(tǒng)傳感器節(jié)點、控制器節(jié)點進行ZigBee數(shù)據(jù)通信。主板集成了以太網(wǎng)接口，通過TCP/IP協(xié)議與PC服務(wù)器或客戶端進行數(shù)據(jù)通信。同時，主板集成了WiFi模塊，可直接連接無線路由器，替換以太網(wǎng)布線，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度。而且，主板留有3G模塊的接口，可實現(xiàn)智能網(wǎng)關(guān)直接接入移動互聯(lián)網(wǎng)的功能。
7、PC服務(wù)器：
它是整個應(yīng)用系統(tǒng)的核心，主要運行食品溯源服務(wù)器應(yīng)用程序，建立數(shù)據(jù)庫和Socket服務(wù)器，實時監(jiān)聽客戶端的請求，存儲與客戶端的TCP/IP連接信息、以及雙方的通信數(shù)據(jù)。
8、客戶端：
它是整個應(yīng)用系統(tǒng)的操作接口，主要運行食品溯源客戶端應(yīng)用程序，建立數(shù)據(jù)庫和Socket客戶端，分別與PC服務(wù)器或智能網(wǎng)關(guān)進行TCP/IP數(shù)據(jù)通信，具有良好的人機交互界面，方便用戶操作，完成整個食品溯源的過程。
9、鋁合金鋼架模型：
支撐食品溯源系統(tǒng)的整個設(shè)施。內(nèi)部鋪設(shè)供電線路，配有完善的供電設(shè)備，包括空氣開關(guān)、急停開關(guān)、電源指示燈等，安裝在底座框架上，為系統(tǒng)輸入安全穩(wěn)定的交流220V總電源。除了提供標(biāo)準(zhǔn)食品溯源模型外，還可根據(jù)學(xué)校的要求定制模型的外觀，以及部署方式等。
四、軟件組成
系統(tǒng)軟件默認采用C/S結(jié)構(gòu)，主要包括智能車軟件、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)透明傳輸軟件、溯源系統(tǒng)智能網(wǎng)關(guān)節(jié)點管理軟件、溯源系統(tǒng)服務(wù)器軟件、溯源系統(tǒng)客戶端軟件。
1、智能車軟件：
主要利用STC系列51單片機的接口總線，驅(qū)動紅外反射傳感器采集信息，經(jīng)過處理，驅(qū)動直流減速電機帶動萬向輪轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)小車的自動循跡、避障、行駛方式的改變等功能。同時小車上的讀卡器自動識別道路上鋪設(shè)的射頻卡，實現(xiàn)小車定位。
2、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)透明傳輸軟件：
主要實現(xiàn)ZigBee網(wǎng)絡(luò)的建立、節(jié)點的自動入網(wǎng)、節(jié)點之間數(shù)據(jù)的透明傳輸、傳感器節(jié)點的采樣與傳輸、執(zhí)行節(jié)點驅(qū)動設(shè)備的功能。
3、溯源系統(tǒng)智能網(wǎng)關(guān)節(jié)點管理軟件：
智能網(wǎng)關(guān)采用嵌入式Linux操作系統(tǒng)，上電后運行基于QT的溯源系統(tǒng)ZigBee節(jié)點管理軟件。軟件系統(tǒng)集成了嵌入式數(shù)據(jù)庫，保存所有ZigBee節(jié)點的屬性信息（如網(wǎng)絡(luò)類型、傳感器類型、網(wǎng)絡(luò)短地址、MAC地址），用戶可以在網(wǎng)關(guān)上瀏覽傳感器節(jié)點當(dāng)前采樣數(shù)據(jù)、以及手動控制所有ZigBee控制器。同時，網(wǎng)關(guān)可作為UDP客戶端，與PC服務(wù)器進行UDP通信；也可作為TCP服務(wù)器，與觸摸終端一體機進行TCP通信。
4、溯源系統(tǒng)服務(wù)器軟件
溯源系統(tǒng)服務(wù)器采用Windows操作系統(tǒng)，主要建立TCP、UDP服務(wù)器，并處于監(jiān)聽狀態(tài)，等待客戶端的連接請求。一旦連接成功，就可以與TCP、UDP客戶端進行數(shù)據(jù)通信。*后，將接收到的所有信息存儲在建立的SQL Server數(shù)據(jù)庫中。
5、溯源系統(tǒng)客戶端軟件
采用Windows系統(tǒng)，運行溯源系統(tǒng)客戶端GUI應(yīng)用程序，是溯源系統(tǒng)的人機交互界面。用戶可以通過客戶端軟件，查看溯源沙盤的所有環(huán)節(jié)，例如查看農(nóng)業(yè)大棚的環(huán)境參數(shù)、控制農(nóng)業(yè)大棚的所有設(shè)備，視頻瀏覽大棚環(huán)境，控制智能小車的運行狀態(tài)，查看小車的地理位置與運行軌跡，自動盤點倉儲貨架的物品，自動結(jié)算商品，以及商品溯源查詢等功能。
五、系統(tǒng)功能
系統(tǒng)主要功能
| 1 智能網(wǎng)關(guān)ZigBee節(jié)點管理功能 | |
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| 2. 溯源系統(tǒng)服務(wù)器管理功能 | |
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| 3． 智能農(nóng)業(yè)大棚主要功能 | |
網(wǎng)關(guān)：大棚空氣質(zhì)量監(jiān)測
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 網(wǎng)關(guān)：大棚雨棚設(shè)備開、關(guān) |
農(nóng)業(yè)大棚主界面
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農(nóng)業(yè)大棚視頻監(jiān)控功能
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牛羊盤點功能
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農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)測與控制功能
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加工環(huán)節(jié)主界面
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加工廠通風(fēng)扇控制
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運輸環(huán)節(jié)主界面
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 智能小車定位跟蹤功能 |
倉儲環(huán)節(jié)主界面
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物品自動盤點
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貨物出庫功能
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供銷環(huán)節(jié)主界面
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 自助結(jié)算功能 |
食品溯源功能
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六、教學(xué)資源
食品溯源實訓(xùn)系統(tǒng)覆蓋了ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、智能小車、Linux智能網(wǎng)關(guān)、PC服務(wù)器、PC客戶端四部分的軟硬件資源，因此系統(tǒng)提供了與這幾部分相關(guān)的課程實驗，從數(shù)據(jù)采集傳輸實驗，網(wǎng)關(guān)匯聚處理實驗，到PC服務(wù)器應(yīng)用實驗，再到PC客戶端應(yīng)用管理實驗，一條線貫穿，讓學(xué)生在實驗中逐步領(lǐng)悟物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵技術(shù)以及實現(xiàn)方式，培養(yǎng)學(xué)生動手解決問題的能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新潛力。
為方便用戶教學(xué)和實訓(xùn)，系統(tǒng)還提供了一本使用手冊和一本實驗指導(dǎo)書。使用手冊主要介紹如何安全正確地操作這套系統(tǒng)，使其正常運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)食品溯源的功能。實驗指導(dǎo)書詳細地介紹了系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，實驗?zāi)康?，實驗原理，以及實驗步驟等。
1、 基礎(chǔ)實驗?zāi)芰?/strong>
| 名稱 | 實驗 | |
| 1. 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信類實驗 |
IAR集成開發(fā)環(huán)境搭建實驗 基于Z-Stack協(xié)議棧傳感節(jié)點透明傳輸程序的實驗 |
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| 2. 智能小車采集控制實驗 |
Keil uvision開發(fā)環(huán)境搭建實驗 智能小車紅外反射傳感器采樣實驗 智能小車超聲波傳感器采樣實驗 智能小車直流伺服電機控制實驗 智能小車避障行駛實驗 |
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| 3. Linux智能網(wǎng)關(guān)實驗 |
Qt開發(fā)環(huán)境搭建實驗 大棚光線采集顯示實驗 大棚溫濕度采集顯示實驗 大棚土壤溫濕度檢測顯示實驗 大棚內(nèi)二氧化碳監(jiān)測顯示實驗 大棚外雨水監(jiān)測顯示實驗 大棚外風(fēng)速檢測顯示實驗 滴灌設(shè)備控制實驗 植物補光燈控制實驗 |
通風(fēng)扇控制實驗 大棚卷簾控制實驗 大棚地?zé)峥刂茖嶒?br style="margin: 0px; padding: 0px;" /> 加濕器控制實驗 智能小車自動循跡實驗 智能小車壁障實驗 車載讀卡器讀卡實驗 閘機開關(guān)控制實驗 |
| 4. PC服務(wù)器應(yīng)用實驗 |
Visual Studio 2010開發(fā)環(huán)境搭建 SQL Server 數(shù)據(jù)庫開發(fā)環(huán)境搭建 基于TCP的服務(wù)器客戶端通信實驗 基于UDP的服務(wù)器客戶端通信實驗 |
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| 5. PC客戶端應(yīng)用實驗 |
基于C#的人機交互GUI界面實驗 基于C#的農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境監(jiān)測實驗（含空氣溫濕度采集、土壤溫濕度采集、光線采集、二氧化碳檢測等） 基于C#的農(nóng)業(yè)大棚設(shè)備控制實驗（含滴灌設(shè)備控制、補光燈開關(guān)控制、通風(fēng)扇開關(guān)控制、卷簾開合控制、加濕器開關(guān)控制、地?zé)衢_關(guān)控制實驗等） |
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| 名稱 | 實驗 |
| 1. 基于QT的智能網(wǎng)關(guān)創(chuàng)新實驗 |
基于QT的倉儲物品自動盤點實驗 基于QT的農(nóng)業(yè)大棚環(huán)境聯(lián)動控制實驗 |
| 2. PC服務(wù)器實驗 |
基于C#的SQL Server數(shù)據(jù)庫操作實驗 基于C#的采樣信息存儲實驗 基于C#的TCP/UDP數(shù)據(jù)顯示與通信實驗 |
| 3. PC客戶端實驗 |
基于C#的倉儲物品入庫管理實驗 基于C#的倉儲物品出庫管理實驗 基于C#的車輛跟蹤定位管理實驗 基于C#的稱重實驗 基于C#的自主結(jié)算實驗 基于C#的物品溯源查詢實驗 |
除了上述傳感控制設(shè)備、智能網(wǎng)關(guān)與智能終端的相關(guān)實驗外，系統(tǒng)還提供了開發(fā)類實驗。
| 名稱 | 實驗 |
| 1.智能網(wǎng)關(guān)開發(fā)實驗 |
嵌入式Linux開發(fā)環(huán)境建立實驗： Uboot啟動代碼配置編譯實驗； Linux內(nèi)核配置編譯實驗； Linux內(nèi)核驅(qū)動開發(fā)實驗； Linux驅(qū)動接口測試實驗； Yaffs根文件系統(tǒng)的制作實驗； Qtopia2.2.0圖形系統(tǒng)編譯實驗； Qt-4.7.3程序庫的編譯實驗； 基于QT的無線傳感器節(jié)點管理實驗 |
| 2.客戶端應(yīng)用開發(fā)實驗 | 基于C#的食品溯源綜合實驗 |
