介绍了一种新型的溯源电子秤，在目前市场上普通电子枰的基础上进行了技术革新,把传统的电子枰重系 统结合网络通讯、数据处理、智能1C卡、追溯码和打印等技术集成于一体,研制出了基于嵌入式系统的更加智能 化的电子秤,使其在食品安全追溯系统中起着至关重要的环节。

食品安全问题一直是百姓关注的热点，从2010年 开始，国家商务部、财政部正式在部分大城市开展首 批肉类蔬菜流通追溯体系建设的试点工作，该追溯体 系是以发展现代流通方式为基础，运用信息技术手段，实现肉菜商品流通的电子化索证索票、购销台 账，从而形成来源可追溯、去向可査证、责任可追究 的质量安全追溯链条。据调査，国内目前在食品安全方面还是会出现许多问题，所以对作为食品供应链中 的客户终端电子秤的研究在不断提升，例如智能电子 称重系统、基于ARM-Linux多功能电子称' 基于 单片机的智能电子秤、基于ASP的食品溯源电子秤[4 等。但是，仍未能从根源上解决食品安全问题。本课 题研究的是一种可以自动获取食品生产环节、加工环 节、流通环节和销售环节所有详细的信息，尤其是食 品的产地信息，做到产地定位和防伪，并把所获取 的信息通过条形码或二维码的形式打印出来，以供 客户对所购商品信息进行査询认证，实现真正的溯源 目的。

随着肉类蔬菜追溯体系的曰渐成熟，普通电子秤 已经不能满足市场需要，而溯源电子秤将会逐渐占领 市场。特别是随着计算机网络的快速发展，电子秤更 是向着小型化、智能化、网络化的方向发展。根据农 业物联网电子秤的要求分析' 溯源电子秤将是解决 食品流向与来源问题的关键，所以研究溯源电子秤对 于解决食品安全问题具有非常重要的意义。

1.嵌入式系统介绍

嵌入式系统是一种面向用户、面向产品和面向应 用的完全嵌入受控器件内部，为特定应用而设计的专 用计算机系统。一个嵌入式系统除了嵌入式计算机系 统，还包括硬件层、中间层、系统软件层和应用软件 层组成。它必须根据应用需求对软硬件进行裁剪， 满足应用系统的功能、可靠性、成本和体积等要求。

2.嵌入式系统的特点

微型系统内核。它是一个经过内核精简过的系统。

专用性强。嵌入式系统与通用计算机平台相 比，它更具有专用性，_般是面向特定应用的。

可靠性高。嵌入式系统与普通PC机相比，它往 往不仅可以运行在长期无人监管的情况下，甚至是很 长时间段的无间断运行，所以它需要很强的可靠性。

代码固化。嵌入式系统的目标代码甚至是所有 代码基本上都是固化在非易失性存储器中，而不是存 储在外部存储设备中，有效的提高了程序执行速度和 系统的可靠性。

特别的开发环境。嵌入式系统由于具有的资源 有限，所以自身不具备自主开发能力。系统开发需要 特殊的开发工具和环境，可以让宿主机进行系统的设 计与开发，目标机为最终的执行机。

3.系统功能实现

3.1系统工作原理

溯源电子秤系统采用双处理器协同工作,这样可 以减轻主控制器的负担.主处理器采用ARMv7架构Cortex-M3系列LM3s9b90芯片，处理系统整体信息， 连接LCD、LED、CPU、智能卡、WIFI、打印机和键 盘等。重力传感器一般需要独立的辅助处理器，采用 Cortex-M0系列芯片。双处理器之间通过UART通信。 辅助处理器可以满足一般的控制功能和运算功能， 主要处理传感器信息和部分键盘信息。重力传感器将 商品的质量模拟量传给辅助处理器进行处理，从而得 到商品的质量，同时用户可以通过PLU快捷键选择商 品种类及商品编号从而得到商品单价，最后辅助处理 器进行简单的运算处理得到该商品的价格，并通过 UART通信，将数据传送给主处理器处理，可以将商 品的单价、质量和总额通过LED或LCD显示。在商品 的交易过程中，服务器端可以将该商品从产地、屠宰 厂、批发市场、货主、零售终端、摊主的所有信息通 过网络传送给溯源电子秤，并以条码形式打印在小票 上，以满足该产品的追溯功能。同时，溯源电子秤也 会将每次的交易信息进行存储并传送给服务器。系统 原理框图如图1所示.

3.2溯源功能的实现

系统最突出的技术关键就是可以实现追溯功能。 该溯源方法的特征包括：

电子秤称重时获取商品的质量信息和用户输入 的商品信息编号。

根据商品信息编号得到对应商品的单价、商品 识别码，并根据商品识别码得到相应的溯源信息。

同时根据商品质量信息和单价信息计算得到该 商品的销售金额。

输出获取的溯源信息和本次交易数据。

电子秤实现溯源功能的设计模块如图2所示。

如图2所示，要实现溯源功能最主要的环节可分 为八个部分，如：第一获取单元、第二获取单元、计 算模块、输出模块、显示模块、打印模块、网络模块 和服务器等。整个溯源环节的实现过程如下：

第一获取单元由辅助处理器处理。在称重时， 主要获取商品的质量信息和商品信息编码。如：信息 编码：001，种类：青菜。

第二获取单元由主处理器处理。第一获取单元 将商品信息编码发送给第二获取单元，从而获取到商品的单价和相对应的商品识别码。如：信息编码： 001,种类：青菜，商品识别码：0256，单价：3元。 在该电子秤内部本身具有各个商品信息编码、商品识 别码、商品单价的保存文件。

从第一、第二获取单元得到商品的质量和单价 信息，主处理器的计算模块会进行运算处理，从而

得到对应商品的销售金额。同时第二获取单元会 将商品识别码通过网络模块上传给服务器，使其根据 商品识别码获取记录商品及其溯源信息，并将该溯源 信息返回给第二获取单元，其中，溯源信息主要包 括：原产地信息、检验信息、物流信息、企业信息 等。如：青菜：A本地服务器会预先保存所有商品溯 源信息的文件。

输出模块，是该溯源电子秤装置实现溯源目的 的重要部分。在交易过程中，从计算模块获取的销售 金额，从第一获取单元获取的质量信息，从第二获取 单元获取的单价以及商品溯源信息都将通过输出模块 输出。

从输出模块得到的所有信息都将打印在小票 上，其中溯源信息生产条形码形式打印出来。从而 使客户能够拿着小票在服务器上进行扫描査询，得 到对应商品的溯源信息，真正做到商品信息溯源的 目的。

在电子秤的杆头有LED、LCD显示模块，LED 主要用来显示商品的单价、质量、销售金额等。LCD 用来显示商品的种类，以供售货员选择。

在交易过程中，从输出模块输出的交易信息会 通过网络模块上传给服务器进行保存，同时也会将交 易信息保存到客户的1C卡中。

3.3称重模块

基于嵌入式的称重系统是一个工业系统，设计过 程中主要通过分析功能要求和主要性能指标设计总体 设计方案。在选择重力传感器方面，该设计采用电阻 应变式传感器，其应变测量方法灵敏度高，测量范围广，频率响应快，既适用静态测量，又能用于动态测 量，且尺寸小、质量轻，能在各种恶劣环境下可靠工 作。称重模块硬件原理图如图3所示。

当某一桥臂的电阻应变片受力发生形变时，其电 阻会发生变化，电桥失去平衡，即输出电压不为零， 此时可通过输出电压的大小确定电阻应变片受力的大 小，从而达到称重的目的。

信号处理：对采集到的电压模拟信号通过合适 的放大电路对信号进一步放大和滤波电路对该模拟信 号进行滤波除噪，使其达到预期的量值并获得正确的 测试结果。此电路不仅可以对地平信号进行线性放 大，还可起到阻抗匹配和抗共模干扰的作用。

A/D转换电路：由于微处理器只能处理数字信 号，所以要对处理过的模拟信号进行A/D转换。此过 程包含3个部分：抽样、量化和编码。一般情况下， 量化和编码是同时完成的。抽样是将模拟信号在时间 上离散化的过程；量化是将模拟信号在幅度上离散化 的过程；编码是指将每个量化后的样值用一定的二进 制代码来表示。

数据存储与传送：微处理器将经过A/D转换后 得到的数字信号通过一定的算法，得到商品的质量以 及价格。同时将数据进行存储并发送给主处理器进行

显示。

3.4外设电路模块

溯源电子秤表头部分支持客显和主显两种方式， 支持GB 18030大字符集。客显采用LED数码管，可显 示皮重、质量、单价和总价数，方便消费者核对信 息。LED驱动采用驱动芯片直接驱动，处理器采用串 行方式控制驱动芯片，并进行数据传输；主显为4.3英 寸的TFT液晶显示屏，分辨率可大480X320。处理器 有固定的LCD接口，采用固定的LCD驱动芯片控制即 可实现高速度、高亮度、高对比度的显示效果，同时 还可以展现各级追溯管理服务平台发布的肉菜追溯信 息和问题肉类蔬菜的警示信息。

打印模块与主控制器采用串行通信，需编写相关 的代码进行驱动。采用独立纸仓，支持针式打印，打 印速度达每秒3中文行，考虑到打印头片属于电子 秤最容易磨损的耗材，因此设计成可独立拆卸维修 而又不破坏计量封签，非常方便打印头和打印纸的 更换。

ARM内部已包含了以太网MAC控制，但并未提供 物理层接口，因此，需外接一片物理层芯片已提供以 太网的接入通道。设计采用外围芯片设计以太网控制 器相关电路，并可通过Rj-45连上以太网。

在交易过程中，1C卡将数据库中数据取出进行比 对，从而验证商户注册信息，并记录交易信息等。电 子标签、CAN总线、串口（RS-232)转换器和计算机 组成1C系统。读卡器由微控制器、看门狗、CAN总线 通信模块、读写模块构成。读写模块与|C利用硬件中 的天线来实现数据的传输。RS-232转换器的功能是是 读卡器和计算机之间实现通信，起转换通信协议的作用。

数据存储模块是基于SQLite 3开发，主要负责用 户数据、商品信息数据、进货批次信息和交易信息等 存储控制。

4.软件设计

智能溯源电子称开发平台为NEAT (Newland embedded application toolkit)环境，采用Linux操作系 统。软件设计是整个系统的重要组成部分。在完成硬 件设计的基础上，编写启动代码和底层设备驱动程 序，移植嵌入式操作系统。最后完成应用程序的编 写，实现各模块的功能。溯源电子秤软件流程图如图 4所示。

在整个溯源软件中同时会有销量控制、销售记录 査询和软件升级等模块。销量控制：允许电子秤通过 远程配置成销量控制模式，拒绝称量超过进货量的商 品，但应该有明显的提示；销售记录査询：应该能在 本地査询当天交易曰统计报告和明细，当月及一个月 内指定时间范围的销量统计；软件升级：可以通过远 程网络升级和U盘升级来升级溯源程序，但升级后应 不影响计量性能.

5.结论

该溯源电子秤的准确度等级最终达到III级；大 量程范围：6/15~15/30 kg ；小量程范围：40~100 g ； 检定分度值：2/5~50 g ；去皮范围：-5.998~-9.995 kg。与普通电子秤相比，在智能化、精确度、灵敏 度、稳定性和性价比上得到了很大的改善，同时提高 了设备的可操作性和可维护性，最重要的是达到了溯 源的目的，因而具有很高的实用价值。