介紹了一種新型的溯源電子秤，在目前市場上普通電子枰的基礎(chǔ)上進(jìn)行了技術(shù)革新,把傳統(tǒng)的電子枰重系 統(tǒng)結(jié)合網(wǎng)絡(luò)通訊、數(shù)據(jù)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(tǒng)的更加智能 化的電子秤,使其在食品安全追溯系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。

食品安全問題一直是百姓關(guān)注的熱點(diǎn)，從2010年 開始，國家商務(wù)部、財政部正式在部分大城市開展首 批肉類蔬菜流通追溯體系建設(shè)的試點(diǎn)工作，該追溯體 系是以發(fā)展現(xiàn)代流通方式為基礎(chǔ)，運(yùn)用信息技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)肉菜商品流通的電子化索證索票、購銷臺 賬，從而形成來源可追溯、去向可査證、責(zé)任可追究 的質(zhì)量安全追溯鏈條。據(jù)調(diào)査，國內(nèi)目前在食品安全方面還是會出現(xiàn)許多問題，所以對作為食品供應(yīng)鏈中 的客戶終端電子秤的研究在不斷提升，例如智能電子 稱重系統(tǒng)、基于ARM-Linux多功能電子稱' 基于 單片機(jī)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題。本課 題研究的是一種可以自動獲取食品生產(chǎn)環(huán)節(jié)、加工環(huán) 節(jié)、流通環(huán)節(jié)和銷售環(huán)節(jié)所有詳細(xì)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 的信息通過條形碼或二維碼的形式打印出來，以供 客戶對所購商品信息進(jìn)行査詢認(rèn)證，實(shí)現(xiàn)真正的溯源 目的。

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

1.嵌入式系統(tǒng)介紹

嵌入式系統(tǒng)是一種面向用戶、面向產(chǎn)品和面向應(yīng) 用的完全嵌入受控器件內(nèi)部，為特定應(yīng)用而設(shè)計(jì)的專 用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。一個嵌入式系統(tǒng)除了嵌入式計(jì)算機(jī)系 統(tǒng)，還包括硬件層、中間層、系統(tǒng)軟件層和應(yīng)用軟件 層組成。它必須根據(jù)應(yīng)用需求對軟硬件進(jìn)行裁剪， 滿足應(yīng)用系統(tǒng)的功能、可靠性、成本和體積等要求。

2.嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)

微型系統(tǒng)內(nèi)核。它是一個經(jīng)過內(nèi)核精簡過的系統(tǒng)。

專用性強(qiáng)。嵌入式系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)平臺相 比，它更具有專用性，_般是面向特定應(yīng)用的。

可靠性高。嵌入式系統(tǒng)與普通PC機(jī)相比，它往 往不僅可以運(yùn)行在長期無人監(jiān)管的情況下，甚至是很 長時間段的無間斷運(yùn)行，所以它需要很強(qiáng)的可靠性。

代碼固化。嵌入式系統(tǒng)的目標(biāo)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(shè)備中，有效的提高了程序執(zhí)行速度和 系統(tǒng)的可靠性。

特別的開發(fā)環(huán)境。嵌入式系統(tǒng)由于具有的資源 有限，所以自身不具備自主開發(fā)能力。系統(tǒng)開發(fā)需要 特殊的開發(fā)工具和環(huán)境，可以讓宿主機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè) 計(jì)與開發(fā)，目標(biāo)機(jī)為最終的執(zhí)行機(jī)。

3.系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

3.1系統(tǒng)工作原理

溯源電子秤系統(tǒng)采用雙處理器協(xié)同工作,這樣可 以減輕主控制器的負(fù)擔(dān).主處理器采用ARMv7架構(gòu)Cortex-M3系列LM3s9b90芯片，處理系統(tǒng)整體信息， 連接LCD、LED、CPU、智能卡、WIFI、打印機(jī)和鍵 盤等。重力傳感器一般需要獨(dú)立的輔助處理器，采用 Cortex-M0系列芯片。雙處理器之間通過UART通信。 輔助處理器可以滿足一般的控制功能和運(yùn)算功能， 主要處理傳感器信息和部分鍵盤信息。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，同時用戶可以通過PLU快捷鍵選擇商 品種類及商品編號從而得到商品單價，最后輔助處理 器進(jìn)行簡單的運(yùn)算處理得到該商品的價格，并通過 UART通信，將數(shù)據(jù)傳送給主處理器處理，可以將商 品的單價、質(zhì)量和總額通過LED或LCD顯示。在商品 的交易過程中，服務(wù)器端可以將該商品從產(chǎn)地、屠宰 廠、批發(fā)市場、貨主、零售終端、攤主的所有信息通 過網(wǎng)絡(luò)傳送給溯源電子秤，并以條碼形式打印在小票 上，以滿足該產(chǎn)品的追溯功能。同時，溯源電子秤也 會將每次的交易信息進(jìn)行存儲并傳送給服務(wù)器。系統(tǒng) 原理框圖如圖1所示.

3.2溯源功能的實(shí)現(xiàn)

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

電子秤稱重時獲取商品的質(zhì)量信息和用戶輸入 的商品信息編號。

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

同時根據(jù)商品質(zhì)量信息和單價信息計(jì)算得到該 商品的銷售金額。

輸出獲取的溯源信息和本次交易數(shù)據(jù)。

電子秤實(shí)現(xiàn)溯源功能的設(shè)計(jì)模塊如圖2所示。

如圖2所示，要實(shí)現(xiàn)溯源功能最主要的環(huán)節(jié)可分 為八個部分，如：第一獲取單元、第二獲取單元、計(jì) 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。整個溯源環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)過程如下：

第一獲取單元由輔助處理器處理。在稱重時， 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：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和相對應(yīng)的商品識別碼。如：信息編碼： 001,種類：青菜，商品識別碼：0256，單價：3元。 在該電子秤內(nèi)部本身具有各個商品信息編碼、商品識 別碼、商品單價的保存文件。

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

得到對應(yīng)商品的銷售金額。同時第二獲取單元會 將商品識別碼通過網(wǎng)絡(luò)模塊上傳給服務(wù)器，使其根據(jù) 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(yàn)信息、物流信息、企業(yè)信息 等。如：青菜：A本地服務(wù)器會預(yù)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(xiàn)溯源目的 的重要部分。在交易過程中，從計(jì)算模塊獲取的銷售 金額，從第一獲取單元獲取的質(zhì)量信息，從第二獲取 單元獲取的單價以及商品溯源信息都將通過輸出模塊 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。從而 使客戶能夠拿著小票在服務(wù)器上進(jìn)行掃描査詢，得 到對應(yīng)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 主要用來顯示商品的單價、質(zhì)量、銷售金額等。LCD 用來顯示商品的種類，以供售貨員選擇。

在交易過程中，從輸出模塊輸出的交易信息會 通過網(wǎng)絡(luò)模塊上傳給服務(wù)器進(jìn)行保存，同時也會將交 易信息保存到客戶的1C卡中。

3.3稱重模塊

基于嵌入式的稱重系統(tǒng)是一個工業(yè)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)過 程中主要通過分析功能要求和主要性能指標(biāo)設(shè)計(jì)總體 設(shè)計(jì)方案。在選擇重力傳感器方面，該設(shè)計(jì)采用電阻 應(yīng)變式傳感器，其應(yīng)變測量方法靈敏度高，測量范圍廣，頻率響應(yīng)快，既適用靜態(tài)測量，又能用于動態(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。稱重模塊硬件原理圖如圖3所示。

當(dāng)某一橋臂的電阻應(yīng)變片受力發(fā)生形變時，其電 阻會發(fā)生變化，電橋失去平衡，即輸出電壓不為零， 此時可通過輸出電壓的大小確定電阻應(yīng)變片受力的大 小，從而達(dá)到稱重的目的。

信號處理：對采集到的電壓模擬信號通過合適 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(dá)到預(yù)期的量值并獲得正確的 測試結(jié)果。此電路不僅可以對地平信號進(jìn)行線性放 大，還可起到阻抗匹配和抗共模干擾的作用。

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

數(shù)據(jù)存儲與傳送：微處理器將經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后 得到的數(shù)字信號通過一定的算法，得到商品的質(zhì)量以 及價格。同時將數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲并發(fā)送給主處理器進(jìn)行

顯示。

3.4外設(shè)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(shù)碼管，可顯 示皮重、質(zhì)量、單價和總價數(shù)，方便消費(fèi)者核對信 息。LED驅(qū)動采用驅(qū)動芯片直接驅(qū)動，處理器采用串 行方式控制驅(qū)動芯片，并進(jìn)行數(shù)據(jù)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(qū)動芯片控制即 可實(shí)現(xiàn)高速度、高亮度、高對比度的顯示效果，同時 還可以展現(xiàn)各級追溯管理服務(wù)平臺發(fā)布的肉菜追溯信 息和問題肉類蔬菜的警示信息。

打印模塊與主控制器采用串行通信，需編寫相關(guān) 的代碼進(jìn)行驅(qū)動。采用獨(dú)立紙倉，支持針式打印，打 印速度達(dá)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(shè)計(jì)成可獨(dú)立拆卸維修 而又不破壞計(jì)量封簽，非常方便打印頭和打印紙的 更換。

ARM內(nèi)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(shè)計(jì)采用外圍芯片設(shè)計(jì)以太網(wǎng)控制 器相關(guān)電路，并可通過Rj-45連上以太網(wǎng)。

在交易過程中，1C卡將數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)取出進(jìn)行比 對，從而驗(yàn)證商戶注冊信息，并記錄交易信息等。電 子標(biāo)簽、CAN總線、串口（RS-232)轉(zhuǎn)換器和計(jì)算機(jī) 組成1C系統(tǒng)。讀卡器由微控制器、看門狗、CAN總線 通信模塊、讀寫模塊構(gòu)成。讀寫模塊與|C利用硬件中 的天線來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。RS-232轉(zhuǎn)換器的功能是是 讀卡器和計(jì)算機(jī)之間實(shí)現(xiàn)通信，起轉(zhuǎn)換通信協(xié)議的作用。

數(shù)據(jù)存儲模塊是基于SQLite 3開發(fā)，主要負(fù)責(zé)用 戶數(shù)據(jù)、商品信息數(shù)據(jù)、進(jìn)貨批次信息和交易信息等 存儲控制。

4.軟件設(shè)計(jì)

智能溯源電子稱開發(fā)平臺為NEAT (Newland embedded application toolkit)環(huán)境，采用Linux操作系 統(tǒng)。軟件設(shè)計(jì)是整個系統(tǒng)的重要組成部分。在完成硬 件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，編寫啟動代碼和底層設(shè)備驅(qū)動程 序，移植嵌入式操作系統(tǒng)。最后完成應(yīng)用程序的編 寫，實(shí)現(xiàn)各模塊的功能。溯源電子秤軟件流程圖如圖 4所示。

在整個溯源軟件中同時會有銷量控制、銷售記錄 査詢和軟件升級等模塊。銷量控制：允許電子秤通過 遠(yuǎn)程配置成銷量控制模式，拒絕稱量超過進(jìn)貨量的商 品，但應(yīng)該有明顯的提示；銷售記錄査詢：應(yīng)該能在 本地査詢當(dāng)天交易曰統(tǒng)計(jì)報告和明細(xì)，當(dāng)月及一個月 內(nèi)指定時間范圍的銷量統(tǒng)計(jì)；軟件升級：可以通過遠(yuǎn) 程網(wǎng)絡(luò)升級和U盤升級來升級溯源程序，但升級后應(yīng) 不影響計(jì)量性能.

5.結(jié)論

該溯源電子秤的準(zhǔn)確度等級最終達(dá)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(wěn)定性和性價比上得到了很大的改善，同時提高 了設(shè)備的可操作性和可維護(hù)性，最重要的是達(dá)到了溯 源的目的，因而具有很高的實(shí)用價值。