介紹了一種新型的溯源電子秤，在目前市場(chǎng)上普通電子枰的基礎上進(jìn)行了技術(shù)革新,把傳統的電子枰重系 統結合網(wǎng)絡(luò )通訊、數據處理、智能1C卡、追溯碼和打印等技術(shù)集成于一體,研制出了基于嵌入式系統的更加智能 化的電子秤,使其在食品安全追溯系統中起著(zhù)至關(guān)重要的環(huán)節。

食品安全問(wèn)題一直是百姓關(guān)注的熱點(diǎn)，從2010年 開(kāi)始，國家商務(wù)部、財政部正式在部分大城市開(kāi)展首 批肉類(lèi)蔬菜流通追溯體系建設的試點(diǎn)工作，該追溯體 系是以發(fā)展現代流通方式為基礎，運用信息技術(shù)手段，實(shí)現肉菜商品流通的電子化索證索票、購銷(xiāo)臺 賬，從而形成來(lái)源可追溯、去向可査證、責任可追究 的質(zhì)量安全追溯鏈條。據調査，國內目前在食品安全方面還是會(huì )出現許多問(wèn)題，所以對作為食品供應鏈中 的客戶(hù)終端電子秤的研究在不斷提升，例如智能電子 稱(chēng)重系統、基于ARM-Linux多功能電子稱(chēng)' 基于 單片機的智能電子秤、基于ASP的食品溯源電子秤[4 等。但是，仍未能從根源上解決食品安全問(wèn)題。本課 題研究的是一種可以自動(dòng)獲取食品生產(chǎn)環(huán)節、加工環(huán) 節、流通環(huán)節和銷(xiāo)售環(huán)節所有詳細的信息，尤其是食 品的產(chǎn)地信息，做到產(chǎn)地定位和防偽，并把所獲取 的信息通過(guò)條形碼或二維碼的形式打印出來(lái)，以供 客戶(hù)對所購商品信息進(jìn)行査詢(xún)認證，實(shí)現真正的溯源 目的。

隨著(zhù)肉類(lèi)蔬菜追溯體系的曰漸成熟，普通電子秤 已經(jīng)不能滿(mǎn)足市場(chǎng)需要，而溯源電子秤將會(huì )逐漸占領(lǐng) 市場(chǎng)。特別是隨著(zhù)計算機網(wǎng)絡(luò )的快速發(fā)展，電子秤更 是向著(zhù)小型化、智能化、網(wǎng)絡(luò )化的方向發(fā)展。根據農 業(yè)物聯(lián)網(wǎng)電子秤的要求分析' 溯源電子秤將是解決 食品流向與來(lái)源問(wèn)題的關(guān)鍵，所以研究溯源電子秤對 于解決食品安全問(wèn)題具有非常重要的意義。

1.嵌入式系統介紹

嵌入式系統是一種面向用戶(hù)、面向產(chǎn)品和面向應 用的完全嵌入受控器件內部，為特定應用而設計的專(zhuān) 用計算機系統。一個(gè)嵌入式系統除了嵌入式計算機系 統，還包括硬件層、中間層、系統軟件層和應用軟件 層組成。它必須根據應用需求對軟硬件進(jìn)行裁剪， 滿(mǎn)足應用系統的功能、可靠性、成本和體積等要求。

2.嵌入式系統的特點(diǎn)

微型系統內核。它是一個(gè)經(jīng)過(guò)內核精簡(jiǎn)過(guò)的系統。

專(zhuān)用性強。嵌入式系統與通用計算機平臺相 比，它更具有專(zhuān)用性，_般是面向特定應用的。

可靠性高。嵌入式系統與普通PC機相比，它往 往不僅可以運行在長(cháng)期無(wú)人監管的情況下，甚至是很 長(cháng)時(shí)間段的無(wú)間斷運行，所以它需要很強的可靠性。

代碼固化。嵌入式系統的目標代碼甚至是所有 代碼基本上都是固化在非易失性存儲器中，而不是存 儲在外部存儲設備中，有效的提高了程序執行速度和 系統的可靠性。

特別的開(kāi)發(fā)環(huán)境。嵌入式系統由于具有的資源 有限，所以自身不具備自主開(kāi)發(fā)能力。系統開(kāi)發(fā)需要 特殊的開(kāi)發(fā)工具和環(huán)境，可以讓宿主機進(jìn)行系統的設 計與開(kāi)發(fā)，目標機為最終的執行機。

3.系統功能實(shí)現

3.1系統工作原理

溯源電子秤系統采用雙處理器協(xié)同工作,這樣可 以減輕主控制器的負擔.主處理器采用ARMv7架構Cortex-M3系列LM3s9b90芯片，處理系統整體信息， 連接LCD、LED、CPU、智能卡、WIFI、打印機和鍵 盤(pán)等。重力傳感器一般需要獨立的輔助處理器，采用 Cortex-M0系列芯片。雙處理器之間通過(guò)UART通信。 輔助處理器可以滿(mǎn)足一般的控制功能和運算功能， 主要處理傳感器信息和部分鍵盤(pán)信息。重力傳感器將 商品的質(zhì)量模擬量傳給輔助處理器進(jìn)行處理，從而得 到商品的質(zhì)量，同時(shí)用戶(hù)可以通過(guò)PLU快捷鍵選擇商 品種類(lèi)及商品編號從而得到商品單價(jià)，最后輔助處理 器進(jìn)行簡(jiǎn)單的運算處理得到該商品的價(jià)格，并通過(guò) UART通信，將數據傳送給主處理器處理，可以將商 品的單價(jià)、質(zhì)量和總額通過(guò)LED或LCD顯示。在商品 的交易過(guò)程中，服務(wù)器端可以將該商品從產(chǎn)地、屠宰 廠(chǎng)、批發(fā)市場(chǎng)、貨主、零售終端、攤主的所有信息通 過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳送給溯源電子秤，并以條碼形式打印在小票 上，以滿(mǎn)足該產(chǎn)品的追溯功能。同時(shí)，溯源電子秤也 會(huì )將每次的交易信息進(jìn)行存儲并傳送給服務(wù)器。系統 原理框圖如圖1所示.

3.2溯源功能的實(shí)現

系統最突出的技術(shù)關(guān)鍵就是可以實(shí)現追溯功能。 該溯源方法的特征包括：

電子秤稱(chēng)重時(shí)獲取商品的質(zhì)量信息和用戶(hù)輸入 的商品信息編號。

根據商品信息編號得到對應商品的單價(jià)、商品 識別碼，并根據商品識別碼得到相應的溯源信息。

同時(shí)根據商品質(zhì)量信息和單價(jià)信息計算得到該 商品的銷(xiāo)售金額。

輸出獲取的溯源信息和本次交易數據。

電子秤實(shí)現溯源功能的設計模塊如圖2所示。

如圖2所示，要實(shí)現溯源功能最主要的環(huán)節可分 為八個(gè)部分，如：第一獲取單元、第二獲取單元、計 算模塊、輸出模塊、顯示模塊、打印模塊、網(wǎng)絡(luò )模塊 和服務(wù)器等。整個(gè)溯源環(huán)節的實(shí)現過(guò)程如下：

第一獲取單元由輔助處理器處理。在稱(chēng)重時(shí)， 主要獲取商品的質(zhì)量信息和商品信息編碼。如：信息 編碼：001，種類(lèi)：青菜。

第二獲取單元由主處理器處理。第一獲取單元 將商品信息編碼發(fā)送給第二獲取單元，從而獲取到商品的單價(jià)和相對應的商品識別碼。如：信息編碼： 001,種類(lèi)：青菜，商品識別碼：0256，單價(jià)：3元。 在該電子秤內部本身具有各個(gè)商品信息編碼、商品識 別碼、商品單價(jià)的保存文件。

從第一、第二獲取單元得到商品的質(zhì)量和單價(jià) 信息，主處理器的計算模塊會(huì )進(jìn)行運算處理，從而

得到對應商品的銷(xiāo)售金額。同時(shí)第二獲取單元會(huì ) 將商品識別碼通過(guò)網(wǎng)絡(luò )模塊上傳給服務(wù)器，使其根據 商品識別碼獲取記錄商品及其溯源信息，并將該溯源 信息返回給第二獲取單元，其中，溯源信息主要包 括：原產(chǎn)地信息、檢驗信息、物流信息、企業(yè)信息 等。如：青菜：A本地服務(wù)器會(huì )預先保存所有商品溯 源信息的文件。

輸出模塊，是該溯源電子秤裝置實(shí)現溯源目的 的重要部分。在交易過(guò)程中，從計算模塊獲取的銷(xiāo)售 金額，從第一獲取單元獲取的質(zhì)量信息，從第二獲取 單元獲取的單價(jià)以及商品溯源信息都將通過(guò)輸出模塊 輸出。

從輸出模塊得到的所有信息都將打印在小票 上，其中溯源信息生產(chǎn)條形碼形式打印出來(lái)。從而 使客戶(hù)能夠拿著(zhù)小票在服務(wù)器上進(jìn)行掃描査詢(xún)，得 到對應商品的溯源信息，真正做到商品信息溯源的 目的。

在電子秤的桿頭有LED、LCD顯示模塊，LED 主要用來(lái)顯示商品的單價(jià)、質(zhì)量、銷(xiāo)售金額等。LCD 用來(lái)顯示商品的種類(lèi)，以供售貨員選擇。

在交易過(guò)程中，從輸出模塊輸出的交易信息會(huì ) 通過(guò)網(wǎng)絡(luò )模塊上傳給服務(wù)器進(jìn)行保存，同時(shí)也會(huì )將交 易信息保存到客戶(hù)的1C卡中。

3.3稱(chēng)重模塊

基于嵌入式的稱(chēng)重系統是一個(gè)工業(yè)系統，設計過(guò) 程中主要通過(guò)分析功能要求和主要性能指標設計總體 設計方案。在選擇重力傳感器方面，該設計采用電阻 應變式傳感器，其應變測量方法靈敏度高，測量范圍廣，頻率響應快，既適用靜態(tài)測量，又能用于動(dòng)態(tài)測 量，且尺寸小、質(zhì)量輕，能在各種惡劣環(huán)境下可靠工 作。稱(chēng)重模塊硬件原理圖如圖3所示。

當某一橋臂的電阻應變片受力發(fā)生形變時(shí)，其電 阻會(huì )發(fā)生變化，電橋失去平衡，即輸出電壓不為零， 此時(shí)可通過(guò)輸出電壓的大小確定電阻應變片受力的大 小，從而達到稱(chēng)重的目的。

信號處理：對采集到的電壓模擬信號通過(guò)合適 的放大電路對信號進(jìn)一步放大和濾波電路對該模擬信 號進(jìn)行濾波除噪，使其達到預期的量值并獲得正確的 測試結果。此電路不僅可以對地平信號進(jìn)行線(xiàn)性放 大，還可起到阻抗匹配和抗共模干擾的作用。

A/D轉換電路：由于微處理器只能處理數字信 號，所以要對處理過(guò)的模擬信號進(jìn)行A/D轉換。此過(guò) 程包含3個(gè)部分：抽樣、量化和編碼。一般情況下， 量化和編碼是同時(shí)完成的。抽樣是將模擬信號在時(shí)間 上離散化的過(guò)程；量化是將模擬信號在幅度上離散化 的過(guò)程；編碼是指將每個(gè)量化后的樣值用一定的二進(jìn) 制代碼來(lái)表示。

數據存儲與傳送：微處理器將經(jīng)過(guò)A/D轉換后 得到的數字信號通過(guò)一定的算法，得到商品的質(zhì)量以 及價(jià)格。同時(shí)將數據進(jìn)行存儲并發(fā)送給主處理器進(jìn)行

顯示。

3.4外設電路模塊

溯源電子秤表頭部分支持客顯和主顯兩種方式， 支持GB 18030大字符集?？惋@采用LED數碼管，可顯 示皮重、質(zhì)量、單價(jià)和總價(jià)數，方便消費者核對信 息。LED驅動(dòng)采用驅動(dòng)芯片直接驅動(dòng)，處理器采用串 行方式控制驅動(dòng)芯片，并進(jìn)行數據傳輸；主顯為4.3英 寸的TFT液晶顯示屏，分辨率可大480X320。處理器 有固定的LCD接口，采用固定的LCD驅動(dòng)芯片控制即 可實(shí)現高速度、高亮度、高對比度的顯示效果，同時(shí) 還可以展現各級追溯管理服務(wù)平臺發(fā)布的肉菜追溯信 息和問(wèn)題肉類(lèi)蔬菜的警示信息。

打印模塊與主控制器采用串行通信，需編寫(xiě)相關(guān) 的代碼進(jìn)行驅動(dòng)。采用獨立紙倉，支持針式打印，打 印速度達每秒3中文行，考慮到打印頭片屬于電子 秤最容易磨損的耗材，因此設計成可獨立拆卸維修 而又不破壞計量封簽，非常方便打印頭和打印紙的 更換。

ARM內部已包含了以太網(wǎng)MAC控制，但并未提供 物理層接口，因此，需外接一片物理層芯片已提供以 太網(wǎng)的接入通道。設計采用外圍芯片設計以太網(wǎng)控制 器相關(guān)電路，并可通過(guò)Rj-45連上以太網(wǎng)。

在交易過(guò)程中，1C卡將數據庫中數據取出進(jìn)行比 對，從而驗證商戶(hù)注冊信息，并記錄交易信息等。電 子標簽、CAN總線(xiàn)、串口（RS-232)轉換器和計算機 組成1C系統。讀卡器由微控制器、看門(mén)狗、CAN總線(xiàn) 通信模塊、讀寫(xiě)模塊構成。讀寫(xiě)模塊與|C利用硬件中 的天線(xiàn)來(lái)實(shí)現數據的傳輸。RS-232轉換器的功能是是 讀卡器和計算機之間實(shí)現通信，起轉換通信協(xié)議的作用。

數據存儲模塊是基于SQLite 3開(kāi)發(fā)，主要負責用 戶(hù)數據、商品信息數據、進(jìn)貨批次信息和交易信息等 存儲控制。

4.軟件設計

智能溯源電子稱(chēng)開(kāi)發(fā)平臺為NEAT (Newland embedded application toolkit)環(huán)境，采用Linux操作系 統。軟件設計是整個(gè)系統的重要組成部分。在完成硬 件設計的基礎上，編寫(xiě)啟動(dòng)代碼和底層設備驅動(dòng)程 序，移植嵌入式操作系統。最后完成應用程序的編 寫(xiě)，實(shí)現各模塊的功能。溯源電子秤軟件流程圖如圖 4所示。

在整個(gè)溯源軟件中同時(shí)會(huì )有銷(xiāo)量控制、銷(xiāo)售記錄 査詢(xún)和軟件升級等模塊。銷(xiāo)量控制：允許電子秤通過(guò) 遠程配置成銷(xiāo)量控制模式，拒絕稱(chēng)量超過(guò)進(jìn)貨量的商 品，但應該有明顯的提示；銷(xiāo)售記錄査詢(xún)：應該能在 本地査詢(xún)當天交易曰統計報告和明細，當月及一個(gè)月 內指定時(shí)間范圍的銷(xiāo)量統計；軟件升級：可以通過(guò)遠 程網(wǎng)絡(luò )升級和U盤(pán)升級來(lái)升級溯源程序，但升級后應 不影響計量性能.

5.結論

該溯源電子秤的準確度等級最終達到III級；大 量程范圍：6/15~15/30 kg ；小量程范圍：40~100 g ； 檢定分度值：2/5~50 g ；去皮范圍：-5.998~-9.995 kg。與普通電子秤相比，在智能化、精確度、靈敏 度、穩定性和性?xún)r(jià)比上得到了很大的改善，同時(shí)提高 了設備的可操作性和可維護性，最重要的是達到了溯 源的目的，因而具有很高的實(shí)用價(jià)值。