CN112465094B - 一种实时监控食品新鲜度的动态二维码智能传感标签系统 - Google Patents

一种实时监控食品新鲜度的动态二维码智能传感标签系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种实时监控食品新鲜度的动态二维码智能传感标签系统，该系统包括：多重pH指示剂打印墨水，利用天然或合成pH指示剂制成单一pH指示剂打印墨水，多重pH指示剂打印墨水的比例通过在计算机软件中设置，针对不同的食品，选择不同的指示剂种类及其混合比例；二维码智能传感标签，针对不同食品种类，将pH指示剂打印墨水打印在基材上，形成二维码智能传感标签，二维码智能传感标签的图案颜色根据食品在包装中新鲜度的改变而改变颜色；二维码APP，通过智能设备扫描二维码，将扫描时获取的二维码的颜色信息利用二维码APP进行分析处理，在智能设备上显示食品所处的新鲜度状态并进行提示预警。本发明制作工艺简单，成本低且无线无源，在物联网领域有很大的应用前景。

Description

一种实时监控食品新鲜度的动态二维码智能传感标签系统
技术领域
本发明涉及二维码与传感器技术领域，尤其涉及一种实时监控食品新鲜度的动态二维码智能传感标签系统。
背景技术
食品的质量与安全对食品行业的关键事项，因此，确保食品质量与安全至关重要。目前，在许多包装上具有最佳食用日期或保质期，但如果食品的存储或运输不符合食品存储或运输的要求，则容易造成最佳食用日期或保质期对消费者或管理者来说实际参考价值不大。消费者基于所述存储日期的对食品的判断，容易造成食品浪费或食品安全问题的产生。
CN 110088012 A公开了一种实时、连续检测食品新鲜度的装置。该装置包含食品和至少一个仓室，仓室内包含所述食品的样品和至少一种指示剂的组合物。该装置可能能够专门针对乳制品、肉制品的新鲜度指示。
二维码作为一种条形码技术，具有其他条码技术所不具备得优点，如编码范围广、纠错能力强、信息容量大等。二维码在防伪、溯源等领域应用已比较成熟。扩大二维码的功能将会扩大二维码的应用领域。
在运输、销售、存储过程中，通过扫描相关包装上的二维码，消费者即可了解到存储在二维码中的有关食品的生产日期、保质期、存储要求等相关的信息。但对于消费者或管理者来说，这些信息是“静止”的，即这些信息在食品的整个生命过程中都是处于一成不变的状态。而对于食品，尤其是在一定存储条件下才能保证食品质量的食品(如冷鲜猪肉)来说，掌握食品在储运过程中的实时品质是非常重要的。但是，对于能够实现对包装中的食品的新鲜度进行实时可靠显示的，同时具有传统数据存储功能的二维码智能标签，存在着未满足的需求。
因此，提供一种实时监控不同食品新鲜度的二维码智能传感标签，期望该二维码智能传感标签能在实现数据存储的传统功能的基础上，实现对食品新鲜度的实时感知功能。同时，结合二维码APP技术，期望能够实现食品新鲜度数据的采集、传输及预测。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种实时监控食品新鲜度的动态二维码智能传感标签系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明提供一种实时监控食品新鲜度的动态二维码智能传感标签系统，该系统包括：多重pH指示剂打印墨水、无线无源的二维码智能传感标签、同时对颜色与二维码图案识别的二维码APP；其中：
多重pH指示剂打印墨水，利用天然pH指示剂或合成pH指示剂制成单一pH指示剂打印墨水，多重pH指示剂打印墨水的比例通过在计算机软件中设置，针对不同的食品，选择不同的指示剂种类及其混合比例，扩大其颜色变化范围并增强其灵敏度；
二维码智能传感标签，针对不同食品种类，通过打印机将pH指示剂打印墨水打印在基材上，形成相应的二维码智能传感标签，二维码智能传感标签的图案颜色根据食品在包装中新鲜度的改变而改变颜色；
二维码APP，消费者或管理者通过智能设备扫描二维码，将扫描时所获取的二维码的颜色信息利用二维码APP进行分析处理，在智能设备上准确显示食品所处的新鲜度状态并进行提示预警。
进一步地，本发明的所述二维码智能传感标签采用多重pH指示剂打印墨水进行打印，且针对食品新鲜度的不同，二维码标签显示不同的图案颜色；针对不同食品，二维码智能传感标签的多重pH指示剂打印墨水的种类和混合比例不同。
进一步地，本发明的所述二维码智能传感标签以多重pH指示剂墨水为打印原料，以胶版纸、白卡纸或铜版纸为打印基材，将混合pH指示剂墨水在打印基材上打印出二维码图案以后，裁剪为二维码智能传感标签，即可应用在食品包装内部对食品新鲜度进行实时传感。
进一步地，本发明的所述多重pH指示剂打印墨水采用喷墨打印方式，控制墨盒里不同pH指示剂墨水的种类和混合比例，相比于单一pH指示墨水，多重pH指示墨水具有更宽的颜色变化范围与更高的灵敏度，它包括如下制备方法：
(1)天然pH指示剂墨水的制备：天然pH指示剂为花色苷和姜黄素，从玫瑰茄或洛神花中提取花色苷：将玫瑰茄真空干燥后粉碎过筛，在一定条件下提取后将溶剂蒸发并冷冻干燥得到花色苷冻干粉；花色苷墨水的溶剂为50％乙醇溶液，姜黄素墨水的溶剂为乙醇溶液；分别在50％乙醇溶液、乙醇溶液中，添加一定量的花色苷冻干粉、姜黄素粉，并添加一定量的添加剂，即制得了花色苷pH指示剂墨水、姜黄素pH指示剂墨水；并对指示剂墨水包括粘度、表面张力、接触角在内的性能指标进行测试；所述添加剂无毒可食用；
(2)合成pH指示剂墨水的制备：采用的合成pH指示剂为酚红、甲基红、溴百里酚蓝；墨水溶剂为50％乙醇溶液；在50％乙醇溶液中，分别添加一定量的酚红、甲基红、溴百里酚蓝粉末，并添加一定量的添加剂，即制得了酚红pH指示剂墨水、甲基红pH指示剂墨水、溴百里酚蓝pH指示剂墨水；并对指示剂墨水包括粘度、表面张力、接触角在内的性能指标进行测试；
(3)多重pH指示剂打印墨水的混合比例通过计算机软件中对墨盒中的天然或者合成pH指示剂墨水进行智能控制；智能控制的方法为：
针对某种食品，预先在计算机软件中设计该食品的二维码，并针对该食品及该食品的二维码，对二维码图案颜色打印时的CMYK值进行设定；在实际打印该食品的二维码时，打印机系统即可根据计算机软件设计的对应食品的二维码的图案颜色的CMYK值，控制墨盒里不同pH指示剂墨水的种类和混合比例，从而打印出该食品的特征二维码；针对不同食品，在计算机软件中设计不同的二维码并对二维码的CMYK值进行设定，从而实现在打印时，对不同食品的指示剂墨水种类和比例的控制，即实现“一物一码”的功能。
进一步地，本发明的，所述二维码APP，能够实时监控不同食品新鲜度，能够实现食品新鲜度数据的采集、传输、处理及预测；其中，二维码编码区域编码的数据信息包括食品新鲜度、食品的保鲜期、食品的名称、价格、生产日期、原产地、详细数据跳转链接；其方法具体包括：
二维码颜色分析，采用机器视觉的颜色恒常性模型，将二维码色彩元素与环境光元素分离，获得二维码标准颜色值；
在管理者或消费者获取食品实时新鲜度时，消费者或管理者首先在带有镜头的智能设备上获取该二维码APP，在使用时，打开智能设备上的该二维码APP，并对二维码进行扫描识别，二维码APP利用机器视觉的颜色恒常性模型，将实时扫描获得的二维码标准颜色信息进行读取，并与该食品的初始状态时的二维码的颜色信息进行对比，判断食品所处的实时新鲜度状态；
进一步地，本发明的所述不同食品包括：果蔬类，包括：水果、青椒、西蓝花、平菇；肉类，包括：鸡胸肉、猪肉、虾、牛肉、鱼肉。
进一步地，本发明的所述食品新鲜度的数据信息为：管理者或消费者的智能设备能对二维码的颜色信息进行分析，并将实时扫描的颜色信息与相应食品的初始状态的二维码的颜色信息进行比较，从而判断及预测食品的新鲜度情况；食品新鲜度包括：一级新鲜、二级新鲜、立即食用、食用期限、腐败。
进一步地，本发明的所述二维码智能传感标签贴在食品透明包装的内部或食品上，且二维码智能传感标签的粘贴位置便于管理者或消费者扫描识别。
进一步地，本发明的所述二维码智能传感标签与食品包装内部气体环境直接接触，该二维码智能传感标签可以贴在包装内部或食品上。当标签直接贴在食品上时，要求食品在粘贴二维码智能传感标签的部分应平整，确保二维码能被正确识别。
进一步地，本发明的所述二维码智能传感标签，针对不同食品使用不同的指示剂种类和比例不同，管理者或消费者通过扫描二维码传感标签，即可了解到有关食品新鲜度的详细数据信息，对食品的新鲜度进行实时判断，从而避免食品浪费或食品安全问题的产生。
本发明产生的有益效果是：本发明的实时监控食品新鲜度的动态二维码智能传感标签系统，具有以下优点：
1、本发明的目的在于利用低成本二维码传感标签与智能手机实时监测不同食品新鲜度，并实现食品新鲜度数据的准确快速地采集、传输及预测。
2、本发明提供了一种用于检测不同食品新鲜度的无线无源二维码智能传感标签，该传感标签具备二维码传统的数据存储功能，并且能够通过二维码的图案颜色变化，实时报告相应食品的新鲜度与保鲜期。
3、本发明提供一种“一物一码”的二维码智能传感标签打印技术，该标签通过简便的喷墨打印技术打印，打印机墨盒中的原装墨水用天然pH指示剂或合成pH指示剂进行替换；多重指示墨水的比例通过在计算机软件中设置。针对不同的食品，选择不同的指示剂种类及其比例，即针对不同食品打印不同的二维码智能标签，从而实现对不同食品的新鲜度的显示与预测。
4、本发明提供了一种同时对二维码的颜色与图案识别的二维码新鲜度APP技术。消费者或管理者通过智能手机扫描二维码，将扫描时所获取的二维码的颜色信息与相关食品的初始状态时的二维码的颜色信息进行对比，判断食品所处的新鲜度状态。能够实现食品新鲜度数据的采集、传输及预测。
5、本发明提供的一种无线无源二维码智能传感标签，除了具备二维码传统的数据存储、溯源等功能，还通过二维码的图案颜色变化，实时显示包装食品的新鲜度并预测其保鲜期，为消费者或管理者提供了做出关于食品新鲜度的更明智决定的可能性，并且扩大了二维码的功能，使消费者通过扫描二维码，即可了解到关于食品生产的“静态”信息和食品储运的“动态”信息。
6、二维码智能传感标签可以指示的食品包括水果、青椒、西蓝花、平菇、鸡胸肉、猪肉、虾、牛肉、鱼肉等果蔬类、肉类产品。
7、本发明提供的一种无线无源二维码智能传感标签，与现有技术相比，可以有效避免新鲜度指示标签制备过程中的复杂步骤，所述pH指示剂墨水的制备方法简单，利用喷墨打印技术，可以以较高的生产效率制备不同二维码指示标签，且能实现对不同食品种类新鲜度的实时指示，有利于大规模生产的实现。并且，所生产的二维码指示标签除了具备现有二维码的数据存储等“静态”功能，还能对食品在运输、存储过程中的新鲜度进行实时传感，实现“动态”功能，扩大了现有二维码的功能。综上，该发明所提供的二维码智能传感标签系统制备过程简单，在物联网领域具有广阔前景。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例的二维码智能传感标签的制备过程图；
图2是本发明实施例的新鲜度二维码APP信息识别过程流程图；
图3是本发明实施例的二维码智能传感标签的使用方法图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例的实时监控食品新鲜度的动态二维码智能传感标签系统，该系统包括：多重pH指示剂打印墨水、无线无源的二维码智能传感标签、同时对颜色与二维码图案识别的二维码APP；其中：
多重pH指示剂打印墨水，利用天然pH指示剂或合成pH指示剂制成pH指示剂打印墨水，pH指示剂打印墨水的比例通过在计算机软件中设置，针对不同的食品，选择不同的指示剂种类及其比例；
二维码智能传感标签，针对不同食品种类，通过打印机将pH指示剂打印墨水打印在基材上，形成相应的二维码智能传感标签，二维码智能传感标签的图案颜色根据食品在包装中新鲜度的改变而改变颜色；
二维码APP，消费者或管理者通过智能设备扫描二维码，将扫描时所获取的二维码的颜色信息与相关食品的初始状态时的二维码的颜色信息进行对比，判断食品所处的新鲜度状态。
图1公开了无线无源二维码新鲜度智能传感标签的制备过程。将天然或合成指示剂制备成适合喷墨打印的墨水填充到打印机墨盒中，利用计算机软件设置墨水打印的不同种类和比例，实现“一物一码”，打印在合适的基材上，制备成二维码新鲜度传感标签。
图2公开了新鲜度二维码APP信息识别过程。
图3公开了本发明的无线无源的二维码智能传感标签的使用方法。在存储过程中，由于食品新鲜度的不同，二维码智能传感标签产生不同的颜色变化，结合二维码APP技术扫描二维码图案并获取实时颜色信息，与二维码的初始状态颜色信息进行比较，从而实现获取食品实时新鲜度的目的。
在本发明的另一个具体实施例中：
本实例以天然pH指示剂为例，展示一种检测食品新鲜度的二维码智能传感标签制备方法。如图所示，包括以下步骤：
1、天然pH指示剂的制备：所使用的天然指示剂为花色苷和姜黄素。从玫瑰茄(洛神花)中提取花色苷：将玫瑰茄真空干燥后粉碎过筛，在一定条件下提取后旋转蒸发并冷冻干燥得到花色苷冻干粉。姜黄素可直接购买。
2、新鲜度指示墨水的配制：以乙醇溶液为墨水溶剂，添加一定量的花色苷冻干粉/姜黄素粉，并添加一定量的添加剂，制备成适合喷墨打印的新鲜度指示墨水。所述添加剂无毒可食用。
3、墨盒填充：将购买的打印机墨盒中的原装墨水吸取出来，并用乙醇溶液在超声条件下清洗，以将墨盒中的原装墨水彻底洗净，并将墨盒在真空干燥箱中干燥以充分去除残留的乙醇溶液。墨盒干燥以后，将制备的新鲜度指示墨水用一次性针管填充到洗净的墨盒中。例如，可将花色苷指示墨水、姜黄素指示墨水分别填充到彩色墨盒中的原装Y墨(黄色墨水)、原装M墨(品红墨水)的储墨位置中。
4、二维码传感器打印：在计算机软件中设置不同比例的CMYK值，针对不同食品打印出来的二维码传感器具有相应食品的最佳新鲜度指示效果。例如，针对某种食品，可设置姜黄素指示墨水：花青素指示墨水＝8:2，则在计算机软件中，设置打印出来的二维码标签的CMYK比例分别为0％、80％、20％、0％。按照该设置打印出来的二维码传感标签中的姜黄素指示墨水和花青素指示墨水的比例则为8:2。且二维码传感标签打印在合适的打印基材上。
5、二维码传感器检测食品新鲜度：将二维码传感标签粘贴在食品包装内部，与食品包装内部的气体氛围充分接触。在食品腐坏变质过程中，产生挥发性气体使二维码传感标签中的新鲜度指示墨水产生对应的一系列颜色变化，导致二维码图案颜色随着食品新鲜度变化。
6、二维码传感标签图案颜色读取与处理：消费者或管理者可以借助智能设备随时扫描食品包装内部的二维码传感标签，获得二维码实时图案颜色信息，利用新鲜度二维码APP，准确读取扫描时颜色的RGB(或Lab)，计算对应的色差值，从而判断食品实时新鲜度、预测食品的保鲜期。二维码的数据信息包括食品新鲜度、保鲜期、食品的名称、价格、生产日期、原产地、详细数据跳转链接等。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种实时监控食品新鲜度的动态二维码智能传感标签系统，其特征在于，该系统包括：多重pH指示剂打印墨水、无线无源的二维码智能传感标签、同时对颜色与二维码图案识别的二维码APP；其中：
多重pH指示剂打印墨水，利用天然pH指示剂或合成pH指示剂制成单一pH指示剂打印墨水，多重pH指示剂打印墨水的比例通过在计算机软件中设置，针对不同的食品，选择不同的指示剂种类及其混合比例，扩大其颜色变化范围并增强其灵敏度；
二维码智能传感标签，针对不同食品种类，通过打印机将pH指示剂打印墨水打印在基材上，形成相应的二维码智能传感标签，二维码智能传感标签的图案颜色根据食品在包装中新鲜度的改变而改变颜色；
二维码APP，消费者或管理者通过智能设备扫描二维码，将扫描时所获取的二维码的颜色信息利用二维码APP进行分析处理，在智能设备上准确显示食品所处的新鲜度状态并进行提示预警；
所述多重pH指示剂打印墨水采用喷墨打印方式，控制墨盒里不同pH指示剂墨水的种类和混合比例，相比于单一pH指示墨水，多重pH指示墨水具有更宽的颜色变化范围与更高的灵敏度，它包括如下制备方法：
（1）天然pH指示剂墨水的制备：天然pH指示剂为花色苷和姜黄素，从玫瑰茄或洛神花中提取花色苷：将玫瑰茄真空干燥后粉碎过筛，在一定条件下提取后将溶剂蒸发并冷冻干燥得到花色苷冻干粉；花色苷墨水的溶剂为50%乙醇溶液，姜黄素墨水的溶剂为乙醇溶液；分别在50%乙醇溶液、乙醇溶液中，添加一定量的花色苷冻干粉、姜黄素粉，并添加一定量的添加剂，即制得了花色苷pH指示剂墨水、姜黄素pH指示剂墨水；并对指示剂墨水包括粘度、表面张力、接触角在内的性能指标进行测试；所述添加剂无毒可食用；
（2）合成pH指示剂墨水的制备：采用的合成pH指示剂为酚红、甲基红、溴百里酚蓝；墨水溶剂为50%乙醇溶液；在50%乙醇溶液中，分别添加一定量的酚红、甲基红、溴百里酚蓝粉末，并添加一定量的添加剂，即制得了酚红pH指示剂墨水、甲基红pH指示剂墨水、溴百里酚蓝pH指示剂墨水；并对指示剂墨水包括粘度、表面张力、接触角在内的性能指标进行测试；
（3）多重pH指示剂打印墨水的混合比例通过计算机软件中对墨盒中的天然或者合成pH指示剂墨水进行智能控制；智能控制的方法为：
针对某种食品，预先在计算机软件中设计该食品的二维码，并针对该食品及该食品的二维码，对二维码图案颜色打印时的CMYK值进行设定；在实际打印该食品的二维码时，打印机系统即可根据计算机软件设计的对应食品的二维码的图案颜色的CMYK值，控制墨盒里不同pH指示剂墨水的种类和混合比例，从而打印出该食品的特征二维码；针对不同食品，在计算机软件中设计不同的二维码并对二维码的CMYK值进行设定，从而实现在打印时，对不同食品的指示剂墨水种类和比例的控制，即实现“一物一码”的功能。
2.根据权利要求1所述的实时监控食品新鲜度的动态二维码智能传感标签系统，其特征在于，所述二维码智能传感标签采用多重pH指示剂打印墨水进行打印，且针对食品新鲜度的不同，二维码标签显示不同的图案颜色；针对不同食品，二维码智能传感标签的多重pH指示剂打印墨水的种类和混合比例不同。
3.根据权利要求1所述的实时监控食品新鲜度的动态二维码智能传感标签系统，其特征在于，所述二维码智能传感标签以多重pH指示剂墨水为打印原料，以胶版纸、白卡纸或铜版纸为打印基材，将混合pH指示剂墨水在打印基材上打印出二维码图案以后，裁剪为二维码智能传感标签，即可应用在食品包装内部对食品新鲜度进行实时传感。
4.根据权利要求1所述的实时监控食品新鲜度的动态二维码智能传感标签系统，其特征在于，所述二维码APP，能够实时监控不同食品新鲜度，能够实现食品新鲜度数据的采集、传输、处理及预测；其中，二维码编码区域编码的数据信息包括食品新鲜度、食品的保鲜期、食品的名称、价格、生产日期、原产地、详细数据跳转链接；其方法具体包括：
二维码颜色分析，采用机器视觉的颜色恒常性模型，将二维码色彩元素与环境光元素分离，获得二维码标准颜色值；
在管理者或消费者获取食品实时新鲜度时，消费者或管理者首先在带有镜头的智能设备上获取该二维码APP，在使用时，打开智能设备上的该二维码APP，并对二维码进行扫描识别，二维码APP利用机器视觉的颜色恒常性模型，将实时扫描获得的二维码标准颜色信息进行读取，并与该食品的初始状态时的二维码的颜色信息进行对比，判断食品所处的实时新鲜度状态。
5.根据权利要求4所述的实时监控食品新鲜度的动态二维码智能传感标签系统，其特征在于，所述不同食品包括：果蔬类，包括：水果、青椒、西蓝花、平菇；肉类，包括：鸡胸肉、猪肉、虾、牛肉、鱼肉。
6.根据权利要求4所述的实时监控食品新鲜度的动态二维码智能传感标签系统，其特征在于，所述食品新鲜度的数据信息为：管理者或消费者的智能设备能对二维码的颜色信息进行分析，并将实时扫描的颜色信息与相应食品的初始状态的二维码的颜色信息进行比较，从而判断及预测食品的新鲜度情况；食品新鲜度包括：一级新鲜、二级新鲜、立即食用、食用期限、腐败。
7.根据权利要求1所述的实时监控食品新鲜度的动态二维码智能传感标签系统，其特征在于，所述二维码智能传感标签贴在食品透明包装的内部或食品上，且二维码智能传感标签的粘贴位置便于管理者或消费者扫描识别。
8.根据权利要求1所述的实时监控食品新鲜度的动态二维码智能传感标签系统，其特征在于，所述二维码智能传感标签与食品包装内部气体环境直接接触，该二维码智能传感标签可以贴在包装内部或食品上，当标签直接贴在食品上时，要求食品在粘贴二维码智能传感标签的部分应平整，确保二维码能被正确识别。
9.根据权利要求1-8任一项所述的实时监控食品新鲜度的动态二维码智能传感标签系统，其特征在于，所述二维码智能传感标签，针对不同食品使用不同的指示剂种类和比例不同，管理者或消费者通过扫描二维码传感标签，即可了解到有关食品新鲜度的详细数据信息，对食品的新鲜度进行实时判断，从而避免食品浪费或食品安全问题的产生。
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