基于阿里云应用的食品光谱分析安全检测方案

物联网与传感器 时间:2020-06-09来源:电子产品世界


背景

目前,全球正面临着新型冠状病毒疾病(COVID-19)大流行带来的前所未有的威胁。许多国家已采纳世界卫生组织(WHO)建议,将保持人与人之间的距离作为减少疾病传播的方法之一。许多企业也积极响应政府号召,鼓励员工在家办公、避免接触。虽然世卫组织明确了COVID-19不是食品安全问题,但此次疫情却给食品行业带来新的变化,切实推动了云服务在食品检测行业的发展。针对防疫所带来的更多基于云服务的大数据分析需求,食品检测行业需要新的解决方案来满足这一需求。对此,技术型分销商Excelpoint世健公司推出了基于阿里云应用的食品光谱分析安全检测方案。

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云介入

食品行业应建立基于危害分析和关键控制点(HACCP)原则的食品安全管理体系(FSMS),以管理食品安全风险、防止食品污染。保持食品加工环境,云应用在食品安全检查的应用与实践,以及在互联网的应用日益广泛,食品安全领域监管和结构化数据与检测,机构结构化数据、小样本、分散式的碎片化数据,通过云应用进行快速收集、存储、分析和鉴别,很好地符合当前食品安全检测要求相类方案成为行业趋势。

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解决方案

众所周知,因为时间带来的积累性氧化是食品变质的主要问题之一,以果汁、食用油为例,因为氧化而改变颜色、浓度和味道;食用油被污染或多次煎炸,会改变颜色和光谱谱线。

世健公司携手Microchip带来了基于阿里云平台开发,针对饮料、液态食品、食物添加剂等安全检测应用场景的解决方案。

食品安全检测原理是由LED发射出可见光,通过比色皿吸收后,在可见光部分有吸收,由传感器检测液体的光谱曲线,不同的液体在可见光谱段有不同的光谱曲线,模块检测其光谱数据,通过NB-IoT无线通信模块上传到阿里云物联网平台,经过样本学习及云计算来辨别种类。

本方案设计中使用了MICROCHIP公司基于 ARM Cortex-M0+的超低功耗处理器 作为主控平台运行本地数据采集和阿里云的通信协议,光谱传感器使用了ams公司的产品,LED光源采用首尔半导体的产品,无线连接采用的芯讯通NB-IOT模块具备覆盖广、支持海量连接、低功耗、低成本等多项优点。

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方案具体介绍

LED光源:首尔半导体的SUNLIKE系列在可见光范围内有高质量的光谱输出。

光谱传感器:ams传感器在可见光到近红外部分(400nm-940nm)有18个检测点,每个波长的半峰宽是20nm。

MCU处理器:MICROCHIP的ATSAML21

SAML21硬件架构

超低功耗ARM Cortex-M0+MCU架构,运行频率高达48MHz;

工作模式下的功耗为35Ua/MHz,在睡眠模式下的功耗低于200nA;

集成高级模拟外设、高级PWM、灵活的SERCOM、USB、硬件触摸PTC加密引擎等;

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设计框图

SAML21软件架构

SAML21支持TCP/IP与SSL等多种网络协议,可以完美的运行链接阿里云、谷歌云等。

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硬件架构图

网络数据传输实例

锂电池充电管理芯片:MICROCHIP的MCP73853

带有涓流式预充电、快速充电等模式,快速充电最大电流可以达到400mA,带有温度检测功能,温度过高会自动切断电源。

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NB-IoT:芯讯通SIM7020C

SIM7020C是一款多频段NB-IoT 无线通信模块,采用42 PIN LCC封装;拥有丰富的硬件接口,包括串口、GPIO、ADC等,具备丰富的扩展性,为产品开发提供了极大的便利性。相比较GSM,NB-IoT有很强增益,信号覆盖广。模块支持PSM和eDRX低功耗模式,理论上两节5号电池可支持10年。此外,SIM7020的封装和SIM800C模块兼容,可以尽可能缩短客户研发时间,加快客户产品投放市场的速度。

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数据流程图

硬件加密功能

考虑到IoT的无线传输的安全性,此方案中也支持Microchip的非对称加密芯片——ATECC608A,实现硬件加密功能,确保数据传输的安全性和可靠性。

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阿里云物联网平台可以纪录历史数据及匹配结果

方案数据流程

用户可以通过Excelpoint世健公司开发的软件工具,来设置NB-IoT无线通信模块的参数、光谱数据及波形曲线。该软件也可以与本地数控库进行样品相似度匹配,并且可以通过TCP/IP与用户服务器内的数据库进行相似度计算之后,将结果返回至模块,通过SIM7020C通信模块发送至阿里云物联网平台。当然,用户也可以使用阿里云物联网平台的付费计算功能获得计算结果。

食品安全与云应用的结合,无论在数据量、形式、还是技术手段上,都为食品安全行业提供了强有力的保障,为政府管理部门、食品企业、经销商、超市、检测机构、消费者等不同用户主题提供了便捷的应用服务;同时具有监管科学性,有效建立了食品健康企业与消费者间的沟通渠道,引导正确消费,保证食品安全。

关键词: 微芯 世健 云服务 阿里云 食品安全

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