食品质量安全是人们一直高度关注的问题，传统的保质方法只是简单设定食品出厂的保质期,并利用条形码技术对食品进行流通管理[1-2]。但无论是植物性食品、动物性食品还是人造食品，在原材料的摘取、加工、物流、仓储、销售等环节中，都会受到外界温度、湿度、光照及环境中微生物群与包装气体组成等影响，并不断地发生物理、化学、微生物上的变化，因此急需对食品在生产、运输、销售等环节进行实时监测、管理，但传统方法已不能满足细致的食品安全管理要求。

目前，对于食品安全监测已成为研究重点[3-4]，上海海洋大学陈明、刘慧芳、冯国富采用K—means聚类算法，研制了水产品货架期指示器[5]，能够对水产品进行实时监测。通过生化实验对比，监测的货架期数据与生化数据具有98%的拟合度，此检测装置达到了对水产品实时监测的水平,但不能将监测数据及时发送给管理者进行及时有效的管理。针对这一问题，本文采用RFID技术[6]和GPRS" title="GPRS" target="_blank">GPRS技术[7-8]设计了食品货架期监测系统，该系统能够对食品数据进行实时采集，从而实现实时管理。
1 系统结构与原理
食品货架期监测系统由监测前端、监测终端和监控中心三部分组成。监测前端负责采集食品在流通过程中的货架期信息，并进行数据处理；监测终端负责接收监测前端的数据信息，并进行数据发送；监控中心负责接收数据信息。监测前端与监测终端的无线通信采用星型网络拓扑结构，每个监测前端都能与监测终端进行双向通信，但各个监测前端之间不能进行通信，食品货架期监测系统结构如图1所示。

监测系统首先通过监测前端检测冷藏车内食品质量信息，通过射频装置将质量参数信息发送给监测终端，监测终端通过SPI口将数据发送给GPRS模块，然后发送给监控中心的监测终端，再通过RS232串口将数据发送到PC机，以此实现客户端的可视化和实时数据信息的监测与查询。
2 系统硬件设计
2.1 监测前端硬件设计
监测前端主要负责对食品质量信息的采集与计算，通过nRF905无线射频模块将数据信息发送给监测终端，并接收监测终端发送的相关指令。监测前端主要由控制模块、RFID模拟前端模块(天线、射频芯片nRF905)、温度采集模块、用户界面模块(按键模块、用于LED、时钟模块、调试接口JTAG)、电源管理模块等五大模块和相关电路组成。RFID模拟前端模块负责接收指令，并根据指令格式发送数据包；温度采集模块负责采集温度并将温度传输到控制模块；控制模块处理装置的所有数据并维护装置的正常运行，用户界面模块能够便于用户使用,电源管理模块主要为控制模块和RFID模拟前端模块供电。
监测前端的微处理器采用MSP430F149，其自带有60 KB+256 B Flash存储器，地址为1100H-FFDFH的Flash存储器,用于存放系统代码;地址为0200H-9FFH的2 KB RAM用于存储装置的历史信息。监测前端的信号类型分为模拟部分和数字部分，模拟部分负责与监测终端的通信，数字部分负责处理数据、控制装置运行以及控制与监测终端的通信。模拟部分包括射频收发芯片nRF905、PCB板载天线、晶振等芯片和相关电路等。数字部分由嵌入式微处理器MSP430F149、温度传感器DS18B20、日历时钟芯片DS1302、调试接口JTAG、红绿指示灯、开关键、复位键等外围电路以及各芯片间的连接电路组成。射频芯片nRF905的4种工作方式中，正常工作状态是处于接收状态，即ShockBurst RX模式。在接收到指令时,自动将指令数据包的字头和CRC校验码移出，再根据数据包的第一个字节的内容解析指令数据包，并根据解析的配置装置运行状态或发送数据。若解析后的指令为“读当前”，则把当前温度、货架期等数据组装成32 B的数据包发送至监测终端；若“读历史”,则从微处理器MSP430F149的0200H-9FFH的2 KB RAM中一次读取N个数据为一组并组装成32 B的数据包发送出去，直至RAM中所有信息均发送出去时，装置发送过程结束。
射频电路主要由三大部分组成：与单片机相连的接口电路、nRF905应用电路以及天线的发送、接收电路。在设计过程中，电源VDD引脚所接入的电压范围为1.9~3.6 V；为了使晶振稳定，在晶振两端并联电阻R1(1 M?赘)；为了让监测前端得到稳定的信号，天线的电路设计尤为关键，其中，VDD_PA引脚给天线提供直流电源，ANT1与ANT2引脚给天线提供稳定的RF输出，图2所示为监测前端的射频电路。

2.2 监测终端硬件设计
监测终端的任务是把监测前端的数据信息通过GPRS发送至监控中心，其结构框图如图3所示。

监测终端的微处理器通过SPI口与射频模块NRF905数据通信,通过串口方式与GPRS模块数据通信。
3 系统软件设计
3.1 监测前端的软件设计
在冷链物流过程中，监测前端需要实时监测食品质量，采集完数据后进入休眠状态，每隔一定时间被唤醒监听是否有监测终端的射频信号，若监听到射频信号，则立刻与之进行数据通信；若没有监听到射频信号，则继续进入休眠状态。每隔30 min唤醒温度传感器模块完成数据的采集，采集完数据转入休眠状态，工作流程如图4所示。

3.2 监测终端的软件设计
在冷藏车内的监测终端需要读取监测前端的数据信息，监测终端首先发送读取命令，待进入通信范围内的监测前端被唤醒时，将对其进行验证，如果认证成功，则建立数据通信，并将数据通过GPRS模块发送给监控中心的监测终端，工作流程如图5所示。

4 系统测试
在食品运输流通过程中，监测前端通过传感器模块进行数据采集及货架期计算，然后通过NRF905射频模块将数据信息发送监测终端，监测终端再把数据发送至监控中心。在监控中心，监测终端通过RS232串口与电脑连接，从而使数据能够直接传输到PC机上。图6所示为监测前端发送到监控中心的数据，可通过串口调试精灵显示。
在图6监测数据中，监测终端首先接收到的是监测前端的ID号，其次是温度数值。读取到的第一个监测前端是G3，其温度数据为10.13 ℃。通过实验表明，食品货架期监测系统能够监测食品在流通过程中的质量信息。

食品货架期监测系统通过RFID技术和GPRS技术实现了对食品质量的实时监测，并将数据可视化，达到动态监测食品在流通过程中的情况，系统具有可靠性高、适应性强等优点，推广价值较大。
参考文献
[1] 袁伟华.条码技术在物流管理中的应用[D].武汉：华中科技大学,2005.
[2] Wang Huhu, Xu Xinglian. Research progress of traceability technology of livestock and poultry and its applications[J].Science and Technology of Food Industry，2010,31(8)：413-416.
[3] 邓彦.食品安全综合评价体系与食品安全监测预警[D]. 广州：中山大学,2007.
[4] 章德宾，徐家鹏，许建军,等. 基于监测数据和BP神经网络的食品安全预警模型 [J].农业工程学报,2010,26
(1):221-226.
[5] 刘慧芳，陈明，谢晶.南美白对虾货架期智能预测装置[J].计算机工程学报, 2010,36(15):277-279.
[6] 任守纲,徐焕良,黎安,等.基于RFID/GIS物联网的肉品跟踪及追溯系统设计与实现[J].农业工程学报,2010,26
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[7] 董宇，杨强，颜文俊. 基于nRF905和GPRS的智能家居用电监测系统[J].电子技术应用,2012,38(9):78-81.
[8] 薛琳，魏兰磊，朱述川,等. 基于GPRS和RFID技术的门禁控制系统[J].电子技术应用,2012,38(6):145-148.