食品货架期监测系统的设计与实现食品货架期监测系统的设计与实现
针对传统食品货架期指示器与条形码不能实时记录食品在流通过程中的质量参数的问题，提出并设计了食品货
架期监测系统。该系统由具有无线射频信号收发功能的数据采集监测前端、监测终端和监控中心组成。实际测
试实验表明，监测前端能够检测到食品的质量信息，监测终端能够将这些数据发送给监控中心，实现对食品的
实时监测。
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
1 系统结构与原理系统结构与原理
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 系统硬件设计系统硬件设计
2.1 监测前端硬件设计监测前端硬件设计
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。
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