背景

目前，全球正面臨著新型冠狀病毒疾病（COVID-19）大流行帶來的前所未有的威脅。許多國家已采納世界衛(wèi)生組織（WHO）建議，將保持人與人之間的距離作為減少疾病傳播的方法之一。許多企業(yè)也積極響應政府號召，鼓勵員工在家辦公、避免接觸。雖然世衛(wèi)組織明確了COVID-19不是食品安全問題，但此次疫情卻給食品行業(yè)帶來新的變化，切實推動了云服務在食品檢測行業(yè)的發(fā)展。針對防疫所帶來的更多基于云服務的大數據分析需求，食品檢測行業(yè)需要新的解決方案來滿足這一需求。對此，技術型分銷商Excelpoint世健公司推出了基于阿里云應用的食品光譜分析安全檢測方案。

云介入

食品行業(yè)應建立基于危害分析和關鍵控制點（HACCP）原則的食品安全管理體系（FSMS），以管理食品安全風險、防止食品污染。保持食品加工環(huán)境，云應用在食品安全檢查的應用與實踐，以及在互聯(lián)網的應用日益廣泛，食品安全領域監(jiān)管和結構化數據與檢測，機構結構化數據、小樣本、分散式的碎片化數據，通過云應用進行快速收集、存儲、分析和鑒別，很好地符合當前食品安全檢測要求相類方案成為行業(yè)趨勢。

解決方案

眾所周知，因為時間帶來的積累性氧化是食品變質的主要問題之一，以果汁、食用油為例，因為氧化而改變顏色、濃度和味道；食用油被污染或多次煎炸，會改變顏色和光譜譜線。

世健公司攜手Microchip帶來了基于阿里云平臺開發(fā)，針對飲料、液態(tài)食品、食物添加劑等安全檢測應用場景的解決方案。

食品安全檢測原理是由LED發(fā)射出可見光，通過比色皿吸收后，在可見光部分有吸收，由傳感器檢測液體的光譜曲線，不同的液體在可見光譜段有不同的光譜曲線，模塊檢測其光譜數據，通過NB-IoT無線通信模塊上傳到阿里云物聯(lián)網平臺，經過樣本學習及云計算來辨別種類。

本方案設計中使用了MICROCHIP公司基于ARM Cortex-M0+的超低功耗處理器作為主控平臺運行本地數據采集和阿里云的通信協(xié)議，光譜傳感器使用了ams公司的產品，LED光源采用首爾半導體的產品，無線連接采用的芯訊通NB-IOT模塊具備覆蓋廣、支持海量連接、低功耗、低成本等多項優(yōu)點。

方案具體介紹

設計框圖

LED光源：首爾半導體的SUNLIKE系列

在可見光范圍內有高質量的光譜輸出。

光譜傳感器：ams傳感器在可見光到近紅外部分（400nm-940nm）有18個檢測點，每個波長的半峰寬是20nm。

MCU處理器：MICROCHIP的ATSAML21

SAML21硬件架構

超低功耗ARM Cortex-M0+MCU架構，運行頻率高達48MHz；

工作模式下的功耗為35Ua/MHz，在睡眠模式下的功耗低于200nA；

集成高級模擬外設、高級PWM、靈活的SERCOM、USB、硬件觸摸PTC加密引擎等；

硬件架構圖

SAML21軟件架構

SAML21支持TCP/IP與SSL等多種網絡協(xié)議，可以完美的運行鏈接阿里云、谷歌云等。

網絡數據傳輸實例

鋰電池充電管理芯片：MICROCHIP的MCP73853

帶有涓流式預充電、快速充電等模式，快速充電最大電流可以達到400mA，帶有溫度檢測功能，溫度過高會自動切斷電源。

NB-IoT：芯訊通SIM7020C

SIM7020C是一款多頻段NB-IoT 無線通信模塊，采用42 PIN LCC封裝；擁有豐富的硬件接口，包括串口、GPIO、ADC等，具備豐富的擴展性，為產品開發(fā)提供了極大的便利性。相比較GSM，NB-IoT有很強增益，信號覆蓋廣。模塊支持PSM和eDRX低功耗模式，理論上兩節(jié)5號電池可支持10年。此外，SIM7020的封裝和SIM800C模塊兼容，可以盡可能縮短客戶研發(fā)時間，加快客戶產品投放市場的速度。

硬件加密功能

考慮到IoT的無線傳輸的安全性，此方案中也支持Microchip的非對稱加密芯片——ATECC608A，實現(xiàn)硬件加密功能，確保數據傳輸的安全性和可靠性。

方案數據流程

用戶可以通過Excelpoint世健公司開發(fā)的軟件工具，來設置NB-IoT無線通信模塊的參數、光譜數據及波形曲線。該軟件也可以與本地數控庫進行樣品相似度匹配，并且可以通過TCP/IP與用戶服務器內的數據庫進行相似度計算之后，將結果返回至模塊，通過SIM7020C通信模塊發(fā)送至阿里云物聯(lián)網平臺。當然，用戶也可以使用阿里云物聯(lián)網平臺的付費計算功能獲得計算結果。

數據流程圖

阿里云物聯(lián)網平臺可以紀錄歷史數據及匹配結果

食品安全與云應用的結合，無論在數據量、形式、還是技術手段上，都為食品安全行業(yè)提供了強有力的保障，為政府管理部門、食品企業(yè)、經銷商、超市、檢測機構、消費者等不同用戶主題提供了便捷的應用服務；同時具有監(jiān)管科學性，有效建立了食品健康企業(yè)與消費者間的溝通渠道，引導正確消費，保證食品安全。