CN101951695A - 一种基于物联网的公共食品卫生安全防护服务系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

一种基于物联网的公共食品卫生安全防护服务系统及其工作方法，系统包括无线传感节点、网络网关和终端设备，无线传感节点与网络网关无线连接，网络网关通过以太网和无线局域网与终端设备连接，无线传感节点和网络网关上分别安装有系统软件，终端设备上安装有终端软件。在系统程序控制下实现对温度、湿度、洗净消毒、药残指标、营养溯源、添加剂用量等相关数据的采集、处理、传输、分析、监管、反馈以及信息交流与服务定制，形成了政府监管部门的智能监管平台、药食同源服务平台、人文关怀与商务信息服务平台。

Description

一种基于物联网的公共食品卫生安全防护服务系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种基于物联网的公共食品卫生安全防护服务系统及其工作方法，属于物联网、无线通信和嵌入式系统的交叉技术领域。

技术背景

物联网概念的发展可追溯到1995年，比尔盖茨在《未来之路》首次提出物联网，但由于受限于无线网络、硬件及传感器的发展，当时并没引起太多关注。1999年，美国召开的移动计算和网络国际会议提出，传感网是21世纪人类面临的又一个发展机遇，传感网的重要性得到学术界充分的肯定。2003年，美国《技术评论》提出：传感网络技术将是未来改变人们生活的十大技术之首。在2005年，国际电信联盟(ITU)在信息社会世界峰会上发布了《互联网报告2005：物联网》，正式提出“物联网”概念。

物联网——“Internet ofThings(IOT)”，顾名思义就是“实现物物相连的互联网络”。其内涵包含两个方面意思：一是物联网的核心和基础仍是互联网，是在互联网基础之上的延伸和扩展的一种网络；二是其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。物联网核心技术是通过射频识别装置(RFID)、传感器、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智慧化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

物联网产业链可以细分为标识、感知、处理和信息传送四个环节，每个环节的关键技术分别为RFID、传感器、智能芯片和电信运营商的无线传输网络。

物联网又称为“传感网”，无线传感网络通过具有感知、处理和无线通信能力的传感器节点，实现对人们对周围动态信息的深度控制和认识，其结合了微电子技术、嵌入式计算技术、网络技术、无线通信技术、分布式信息处理技术等多种新机技术，网络中的节点能够相互协地进行实时监测、感知和采集网络覆盖区域中各种环境或监测对象的数据，并对其进行处理，处理后的信息通过无线方式被发送，并以自组多跳的网络方式传送给观察者。无线传感网络将逻辑上的信息世界与客观上的物理世界融合在一起，从而实现物理世界、计算机世界以及人类社会三元世界的连通。

物联网用途广泛，遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、老人护理、个人健康等多个领域。

在酒店宾馆公共厨房、餐饮行业、食品生产行业等，政府监管部门所检查的餐具、蔬菜、食品等在清洗、消毒、药餐、落菌指数、添加剂含量、食品成分等信息关乎人们的健康与安全，现有采取传统抽样化验手段已无法保证其质量标准的执行，致使各地集体中毒事件时有发生，随着国家对公共卫生饮食安全愈加重视程度的提高，越来越需要更新现有落后的监管方式，为政府部门、公共餐饮行业和广大人民群众提供整套行之有效、保障卫生安全的智能网络技术实施方案。

发明内容

本发明针对现有政府监管方式、服务技术无法与网络互联，不能实现实时监管、实时互动等存在的不足，提供一种多方互动、实时传输、智能监管、科学高效的基于物联网的公共食品卫生安全防护服务系统及其工作方法。

一种基于物联网的公共食品卫生安全防护服务系统，包括无线传感节点、网络网关和终端设备，所述的无线传感节点与网络网关无线连接，网络网关通过以太网和无线局域网与终端设备连接，无线传感节点和网络网关上分别安装有系统软件，终端设备上安装有终端软件。

所述的无线传感节点由传感器模块、处理器模块、无线通信模块、电源供应模块构成，处理器模块分别通过传感器接口和SPI接口与传感器模块和无线通信模块连接，传感器模块、处理器模块、无线通信模块与电源供应模块电路连接；无线传感节点设置在待检测的公共食品卫生安全防护场所；其中：

所述的传感器模块包括温湿传感器、洗净消毒传感器、药残检测传感器、溯源传感器，温湿传感器安装在温湿检测封装面板上，洗净消毒传感器安装在洗净消毒封装面板上，药残检测传感器安装在药残检测封装面板上，溯源传感器安装在溯源采集封装面板上，这些传感器与处理器模块通过传感器接口连接；

所述的处理器模块，优选的是ATmega128L微控制器，具有8位RISC结构，片内128KB的程序Flash，4KB的数据SRAM，可外扩到64KB的E2PROM，微处理器上设有JTAG接口、ISP编程接口、RS232接口、充电接口、传感器接口、SMA天线座接口；

所述的无线通信模块优选的是以无线射频CC2420为核心的ZigBee无线通信模块，其MAC层和PHY层协议符合802.15.4规范，工作于2.4GHz频段，数据传输率高达250kbps；

电源供应模块采用普通电池或可充电锂离子电池；

所述的网络网关由核心控制模块、协议转换模块、802.15.4无线通信模块、JTAG编程与调试模块、外部储存模块、基础服务与管理模块、能量供应模块、外部网络控制与接入模块构成，各模块通过电路连接；

其中，所述的核心控制模块，优选Atmel公司的AT91RM9200微处理器作为中心控制装置，该微处理器集成有USB2.0接口和以太网接口，并提供了音频、电信、闪存卡、红外、智能卡接口等多个符合工业标准的通信接口；

所述的终端设备包括PC机、手机、PDA和笔记本电脑。

所述的系统软件包括无线传感节点上安装的TInyOS操作系统的系统软件，网关设备上安装的基于Linux操作系统的系统软件；所述的终端软件包括浏览器/服务器模式下终端软件和客户端/服务器模式下的终端软件，其中，浏览器/服务器模式下终端软件，利用Web服务技术，将相关传感数据封装成Web服务发布于Web服务器上，进行跨平台的信息数据获取，通过终端浏览器访问Web服务器的Web服务，即可获得监管信息，并可实现服务定制、信息交流；客户端/服务器模式下的终端软件，利用局域网间的Socket通信传输的实时信息或调用串口短信猫通过GSM网自动发送定制的服务数据。

上述的一种基于物联网的公共食品卫生安全防护服务系统的工作方法如下：

1)无线传感节点在系统软件控制下通过传感部件采集公共厨房或生产间中的湿度、温度以及蔬菜食品的洗净消毒、营养溯源、药残指标、添加剂用量、餐具洗净消毒等信息数据，并将采集处理后的信息数据通过无线通信模块传输给网络网关；

2)网络网关在系统软件的控制下，通过802.15.4无线通信模块获取来自无线传感器网络内的相关采集信息，并逐渐通过自下而上的协议层次的规范化数据解析；并根据其接入网络或服务对象的业务与数据需求以及传感数据的自身特征，开展处理、分析、融合与提取，得到满足条件的多类型传感信息，然后提供给建立于系统软件之上的TCP/IP和802.11协议体系，作为其初始业务源；网关将按照该协议的规范与标准完成业务类型确定、数据格式转换、数据帧封装操作，由网卡模块实现最终的接入功能；利用Z-Stack协议栈实现ZigBee协调器功能的模块，实现精简嵌入式ICP/IP和802.11协议的功能模块，ZigBee报文转化为以太网和无线局域网报文模式；在分析控制系统Z-Stack以及TCP/IP、802.11协议实现的基础上，提出网关系统与IEEE802.15.4/ZigBee网络通信协议层次和网关系统于Internet网络通信协议层次的应用模型；最终实现无线传感网与以太网、无线局域网、有线局域网、GSM网之间的无缝切换，将无线传感网传输来的数据传输到终端设备，实现实时数据接收、实时数据传输、实时监控、信号处理多种功能；

3)政府监管部门通过终端设备上的终端软件对数据分析监管，将监管结论通过网络反馈给发送单位或对应客户，实现智能监管；

4)客户在网络内通过终端设备接收、查询监管结论信息，并利用该系统完成服务定制、信息交流，实现药食同源、人文关怀与商务信息服务。

本发明通过物联网技术在程序控制下实现了酒店、宾馆公共厨房，食品企业等单位，餐具、蔬菜、食品清洗、消毒、药残、溯源、营养、温度、湿度等监管信息的实时采集，实时处理、实时传输；并通过网络传输使政府监管部门实时接受、实时反馈信息数据轻松实现公共食品卫生安全的智能监管，提高政府监管效能、保证广大人民群众健康安全和公共饮食行业健康发展；借助系统构建的药食同源服务平台，给客户提供膳食结构等定制服务，达到药食同源境界；利用人文关怀与商务信息服务平台，随时接受顾客、特质人群所需菜品、菜系、订餐、订房信息、合理化建议及顾客在生日、结婚纪念日、传统节日、突发事件、气温变化等方面时时关怀提示，建立物联网智慧城市公共饮食卫生安全和谐共同体；提供单位之间的信息互通、直销对接等服务；预留了足够的网关接口，可促进实现整个公共厨房或单位企业的智能物联网化。

附图说明

图1是本发明公共食品卫生安全防护服务系统的体系结构图

图2是本发明传感节点的系统结构图

图3是本发明的网络网关硬件模块的构成图。

图4是本发明的网络网关协议模型图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不限于此。

实施例1：

一种基于物联网的公共食品卫生安全防护服务系统及其工作方法，系统包括无线传感节点、网络网关和终端设备，所述的无线传感节点与网络网关无线连接，网络网关通过以太网和无线局域网与终端设备连接，无线传感节点和网络网关上分别安装有系统软件，终端设备上安装有终端软件。

所述的无线传感节点由传感器模块、处理器模块、无线通信模块、电源供应模块构成，处理器模块分别通过传感器接口和SPI接口与传感器模块和无线通信模块连接，传感器模块、处理器模块、无线通信模块与电源供应模块电路连接；无线传感节点设置在待检测的公共食品卫生安全防护场所；其中：

所述的传感器模块包括温湿传感器、洗净消毒传感器、药残检测传感器、溯源传感器，温湿传感器安装在温湿检测封装面板上，洗净消毒传感器安装在洗净消毒封装面板上，药残检测传感器安装在药残检测封装面板上，溯源传感器安装在溯源采集封装面板上，这些传感器与处理器模块通过传感器接口连接；

所述的处理器模块，优选的是ATmega128L微控制器，具有8位RISC结构，片内128KB的程序Flash，4KB的数据SRAM，可外扩到64KB的E2PROM，微处理器上设有JTAG接口、ISP编程接口、RS232接口、充电接口、传感器接口、SMA天线座接口；

所述的无线通信模块优选的是以无线射频CC2420为核心的ZigBee无线通信模块，其MAC层和PHY层协议符合802.15.4规范，工作于2.4GHz频段，数据传输率高达250kbps；

电源供应模块采用普通电池或可充电锂离子电池；

所述的网络网关由核心控制模块、协议转换模块、802.15.4无线通信模块、JTAG编程与调试模块、外部储存模块、基础服务与管理模块、能量供应模块、外部网络控制与接入模块构成，各模块通过电路连接；

其中，所述的核心控制模块，优选Atmel公司的AT91RM9200微处理器作为中心控制装置，该处理器集成有USB2.0接口和以太网接口，并提供了音频、电信、闪存卡、红外、智能卡接口等多个符合工业标准的通信接口；

所述的终端设备为PC机。

所述的系统软件包括无线传感节点上安装的TInyOS操作系统的系统软件，网关设备上安装有基于Linux操作系统的系统软件；所述的终端软件包括浏览器/服务其模式下终端软件和客户端/服务器模式下的终端软件，其中，浏览器/服务其模式下终端软件，利用Web服务技术，将相关传感数据封装成Web服务发布于Web服务器上，进行跨平台的信息数据获取，通过终端浏览器访问Web服务器的Web服务，即可获得监管信息，并可实现服务定制、信息交流；客户端/服务器模式下的终端软件，利用局域网间的Socket通信传输的实时信息或调用串口短信猫通过GSM网自动发送定制的服务数据。

上述的一种基于物联网的公共食品卫生安全防护服务系统的工作方法如下：

1)无线传感节点在系统软件控制下通过传感部件采集公共厨房或生产间中的湿度、温度以及蔬菜食品的洗净消毒、营养溯源、药残指标、添加剂用量、餐具洗净消毒等信息数据，并将采集处理后的信息数据通过无线通信模块传输给网络网关；

2)网络网关在系统软件的控制下，通过802.15.4无线通信模块获取来自无线传感器网络内的相关采集信息，并逐渐通过自下而上的协议层次的规范化数据解析；并根据其接入网络或服务对象的业务与数据需求以及传感数据的自身特征，开展处理、分析、融合与提取，得到满足条件的多类型传感信息，然后提供给建立于系统软件之上的TCP/IP和802.11协议体系，作为其初始业务源；网关将按照该协议的规范与标准完成业务类型确定、数据格式转换、数据帧封装等一系列操作，由网卡模块实现最终的接入功能；利用Z-Stack协议栈实现ZigBee协调器功能的模块，实现精简嵌入式ICP/IP和802.11协议的功能模块，ZigBee报文转化为以太网和无线局域网报文模式；在分析控制系统Z-Stack以及TCP/IP、802.11协议实现的基础上，提出网关系统与IEEE802.15.4/ZigBee网络通信协议层次和网关系统于Internet网络通信协议层次的应用模型；最终实现无线传感网与以太网、无线局域网、有线局域网、GSM网之间的无缝切换，将无线传感网传输来的数据传输到终端设备，实现实时数据接收、实时数据传输、实时监控、信号处理多种功能；

3)政府监管部门通过终端设备上的终端软件对数据分析监管，将监管结论通过网络反馈给发送单位或对应客户，实现智能监管；

4)客户在网络内通过终端设备接收、查询监管结论信息，并利用该系统完成服务定制、信息交流，实现药食同源、人文关怀与商务信息服务。

实施例2：

一种基于物联网的公共食品卫生安全防护服务系统及其工作方法，系统设置及其工作方法与实施例1相同，差别在于：

电源供应模块采用普通电池。

所述的终端设备为手机。

实施例3：

一种基于物联网的公共食品卫生安全防护服务系统及其工作方法，系统设置及其工作方法与实施例1相同，差别在于：

电源供应模块采用可充电锂离子电池；

所述的终端设备为PDA。

实施例4：

一种基于物联网的公共食品卫生安全防护服务系统及其工作方法，系统设置及其工作方法与实施例1相同，差别在于：

电源供应模块采用可充电锂离子电池；

所述的终端设备为笔记本电脑。

Claims (6)

1.一种基于物联网的公共食品卫生安全防护服务系统，包括无线传感节点、网络网关和终端设备，其特征在于，无线传感节点与网络网关无线连接，网络网关通过以太网和无线局域网与终端设备连接，无线传感节点和网络网关上分别安装有系统软件，终端设备上安装有终端软件。

2.如权利要求1所述的一种基于物联网的公共食品卫生安全防护服务系统，其特征在于，所述的无线传感节点由传感器模块、处理器模块、无线通信模块、电源供应模块构成，处理器模块分别通过传感器接口和SPI接口与传感器模块和无线通信模块连接，传感器模块、处理器模块、无线通信模块与电源供应模块电路连接；无线传感节点设置在待检测的公共食品卫生安全防护场所；其中：

所述的传感器模块包括温湿传感器、洗净消毒传感器、药残检测传感器、溯源传感器，温湿传感器安装在温湿检测封装面板上，洗净消毒传感器安装在洗净消毒封装面板上，药残检测传感器安装在药残检测封装面板上，溯源传感器安装在溯源采集封装面板上，这些传感器与处理器模块通过传感器接口连接；

2)所述的处理器模块，优选的是ATmega128L微控制器，具有8位RISC结构，片内128KB的程序Flash，4KB的数据SRAM，可外扩到64KB的E2PROM，微处理器上设有JTAG接口、ISP编程接口、RS232接口、充电接口、传感器接口、SMA天线座接口；

3)所述的无线通信模块优选的是以无线射频CC2420为核心的ZigBee无线通信模块，其MAC层和PHY层协议符合802.15.4规范，工作于2.4GHz频段，数据传输率高达250kbps；

4)电源供应模块采用普通电池或可充电锂离子电池；

3.如权利要求1所述的一种基于物联网的公共食品卫生安全防护服务系统，其特征在于，所述的网络网关由核心控制模块、协议转换模块、802.15.4无线通信模块、JTAG编程与调试模块、外部储存模块、基础服务与管理模块、能量供应模块、外部网络控制与接入模块构成，各模块通过电路连接；

其中，所述的核心控制模块，优选Atmel公司的AT91RM9200微处理器作为中心控制装置，该微处理器集成有USB2.0接口和以太网接口，并提供了音频、电信、闪存卡、红外、智能卡接口等多个符合工业标准的通信接口；

4.如权利要求1所述的一种基于物联网的公共食品卫生安全防护服务系统，其特征在于，所述的终端设备包括PC机、手机、PDA和笔记本电脑。

5.如权利要求1所述的一种基于物联网的公共食品卫生安全防护服务系统，其特征在于，所述的系统软件包括无线传感节点上安装的TInyOS操作系统的系统软件，网关设备上安装的基于Linux操作系统的系统软件；所述的终端软件包括浏览器/服务器模式下终端软件和客户端/服务器模式下的终端软件，其中，浏览器/服务器模式下终端软件，利用Web服务技术，将相关传感数据封装成Web服务发布于Web服务器上，进行跨平台的信息数据获取，通过终端浏览器访问Web服务器的Web服务，即可获得监管信息，并可实现服务定制、信息交流；客户端/服务器模式下的终端软件，利用局域网间的Socket通信传输的实时信息或调用串口短信猫通过GSM网自动发送定制的服务数据。

6.权利要求1所述的一种基于物联网的公共食品卫生安全防护服务系统的工作方法，其特征在于，工作方法如下：

1)无线传感节点在系统软件控制下通过传感部件采集公共厨房或生产间中的湿度、温度以及蔬菜食品的洗净消毒、营养溯源、药残指标、添加剂用量、餐具洗净消毒等信息数据，并将采集处理后的信息数据通过无线通信模块传输给网络网关；

2)网络网关在系统软件的控制下，通过802.15.4无线通信模块获取来自无线传感器网络内的相关采集信息，并逐渐通过自下而上的协议层次的规范化数据解析；并根据其接入网络或服务对象的业务与数据需求以及传感数据的自身特征，开展处理、分析、融合与提取，得到满足条件的多类型传感信息，然后提供给建立于系统软件之上的TCP/IP和802.11协议体系，作为其初始业务源；网关将按照该协议的规范与标准完成业务类型确定、数据格式转换、数据帧封装操作，由网卡模块实现最终的接入功能；利用Z-Stack协议栈实现ZigBee协调器功能的模块，实现精简嵌入式ICP/IP和802.11协议的功能模块，ZigBee报文转化为以太网和无线局域网报文模式；在分析控制系统Z-Stack以及TCP/IP、802.11协议实现的基础上，提出网关系统与IEEE802.15.4/ZigBee网络通信协议层次和网关系统于Internet网络通信协议层次的应用模型；最终实现无线传感网与以太网、无线局域网、有线局域网、GSM网之间的无缝切换，将无线传感网传输来的数据传输到终端设备，实现实时数据接收、实时数据传输、实时监控、信号处理多种功能；

3)政府监管部门通过终端设备上的终端软件对数据分析监管，将监管结论通过网络反馈给发送单位或对应客户，实现智能监管；

4)客户在网络内通过终端设备接收、查询监管结论信息，并利用该系统完成服务定制、信息交流，实现药食同源、人文关怀与商务信息服务。

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