2020年第12期节日短信祝福
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王若涵1，李露露2 ，王俊宇3
1.复旦大学第二附属中学，上海 200433；
2.专用集成电路与系统国家重点实验室（复旦大学），
上海 201203；3.珠海复旦创新研究院，广东 珠海 518057
摘要：全球每年食物损失或浪费严重，其中约43%的食物浪费是由家庭行为造成，研究表明使用冰箱是家庭节约食物、减少浪费的重要一环，而食物保质期标签缺失或标记不清是冰箱食物浪费严重的重要原因。市面上智能冰箱能够进行温度调控和保质期提醒，减少冰箱食物浪费，但由于价格昂贵、占用空间大，普通家庭望而却步。文章基于普通冰箱和NFC 标签，设计一种基于物联网的食物智能管理系统，并
开发手机App 原型系统，验证系统能够实现冰箱单件食物的保质期提醒，并随时查看冰箱内食物储存情况，从而减少食物浪费，改良家庭消费习惯。
关键词：物联网；NFC；智能冰箱；食物智能管理中图分类号：TN929.5
鄂怎么读基金项目：2018年工业互联网创新发展工程项目“工业互联网标识解析数据管理技术标准制定与试验验证”。
0 引言
全球食物浪费现象惊人，联合国粮农组织在《食物浪费足迹：对自然资源的影响》中称，全球每年食物浪费高达13亿t，食物浪费每年在全球造成的直接经济损失高达7 500亿美元［1］，全世界每年生产但未被食用的粮食所耗用的水相当于伏尔加河年流量的3倍，而生产这些粮食所排放的温室气体高达33亿t，食物不仅造成重大经济损失，而且严重危害人类赖以生存的自然资源。有报告研究显示：只要将损耗或者浪费粮食的1/4节约下来就可以解决全球的饥饿问题。联合国粮农组织认为，消费习惯和供应环节缺乏沟通导致富裕社会中的食物浪费水平较高，消费者无计划地购买、过量购买或对“最佳有效期”过度敏感，造成很多食物在零售和消费环节浪费严重［2］。为此，联合国粮农组织呼吁人们改变家庭消费理念，减少食物浪费。
使用冰箱是家庭节约食物、减少浪费的重要一环。美国俄亥俄州立大学基于冰箱使用状况和冰箱内容的调查数据开展试点研究，研究表明，美国人扔掉的食物比他们预期的要多得多，调查参与者预计会吃掉冰箱里97%的肉，但实际上只吃了一半；预计吃掉94%的蔬菜，但只吃了44%；预计吃掉大约71%的水果和84%的乳制品，但最终分别只吃掉40%和
吴昕滚出快乐大本营42%。而丢弃食品的主要驱动因素包括食品安全气味、外观和标签上的日期。
目前，市面上已经有各种智能冰箱，通过电子标签、传感器或内置摄像头，结合移动互联网、无线通信等技术，具有温度调控和保质期提醒，并让用户了解冰箱食物类型和数量，能够辅助减少家庭食物浪费。现有的智能冰箱方案存在以下问题：（1）市面上的智能冰箱普及率低，市场占有率仅为1%，不能解决普通问题；（2）双开门或多门，占用空间超大，价格昂贵，普通家庭望而却步；（3）产品质量不完善，配套App 复杂，解决方案不够成熟；（4）保质期提醒通常精确到品类，无法对单件食品的新鲜程度进行提示，如果冰箱里食品很多，这样的提示容易造成混淆，难以避免食物过期被浪费的现象。
1 基于物联网的冰箱食物管理系统设计
蓝洁瑛曾志伟1.1 设计思路
本系统的整体设计思路是这样的，首先不置换家庭现有的冰箱，用带有NFC 功能的手机和低成本近场通信NFC 标签；再开发简洁、方便、好用的软件App，写入编码到NFC 标签中，绑定NFC 标签和食品，并录入保质期信息；这样手机App 可随时查看冰箱食物存储情况，并实现单品管理、保鲜度提示
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和保质期提醒，避免过量购买，减少食物浪费；最后结合录入的相克食物信息，提升家庭营养健康的生活品质。
因此设计的软硬件方案如下：
麦小兜（1）硬件设备：NFC 标签（13.56 MHz 的RFID 标签）和带有NFC 功能的手机。一枚NFC 标签不到1元钱，可以反复使用。标签可根据食物种类不同而采用不同的颜。
（2）开发软件：基于安卓系统（大众化），Java 计算机编程语言（相对简单易学），数据库（云端的食品信息档案）。
1.2 实现原理
每个NFC 标签芯片具有唯一标识，可以用带NFC 功能的手机可以给NFC 标签写入内容，对标签进行标识并绑定每一包装食物，从而实现能够对单件唯一标识，方便快捷，通过手机App 进行标签读取和简单信息录入，即可实现食物信息管理和单品保质期提醒。为了实现这一功能，采用物联网技术对于冰箱食物管理流程进行管理。
基于物联网技术进行冰箱食物管理流程步骤：第一步：在App 中建立经常食用的食物档案，包括名称、保质期、储藏位置、相克食物等。一类食物录入一次即可，不用重复录入，可以用App 随时更改档案信息。
第二步：存入冰箱前，为每一件食物分配一个NFC 标签，使食物获得唯一标识码。
第三步：用手机App 读取NFC 标签后，自动链接食物档案，选择食物，如果还没有建立档案，则新建食物档案，将食物读取的时间输入数据库表中，并选择或设置食品的保鲜提醒，然后保存。用户可以设置在保质期前n 天进行提醒，并且可以设置多次提醒。
第四步：App 软件自动计算每一件食物是否到了提醒时间，然后在App 页面展示提醒和报警信息。
第五步：取出食物时，将NFC 标签从食物上取下留待重复使用；打开App，选择当前食物，确认取出
按钮，解除标签与食物的关联。系统对这个食物不再有保鲜度提醒，且冰箱存储食物一览表中不再有该食物。
2 原型系统实现
本文开发的App 原型验证系统，首先对NFC 标签进行编码标识，编码方式遵循国际标准组织GS1的物品编码规则，并增加批号和序列号，实现物品唯一标识。每一件物品对应一个NFC 标签和编号，并设置提醒频率和存储位置等。
本文设计的系统具有以下优点：（1）通过夹子将NFC 标签与单件食品固定，食用时取出食物，夹子和NFC 标签可重复使用，成本低，操作简单，且符合人的习惯；（2）通过建立家庭经常食用的食品基本信息档案，减少了重复录入，App 软件方便好用；（3）通过NFC 低成本标签对单件食品进行标识，实现了单品保鲜度提醒；（4）App 临近过期预警，预防和减少了冰箱食物浪费，减少了经济损失；（5）减少了食物浪费带来的土地、肥料和劳动力的资源浪费，以及减少厨余垃圾造成的环境污染。
3 结语
本文设计一种基于物联网技术的冰箱食物管理系统，结合了物联网、移动互联网和云平台技术，对现
有系统改进完善，进一步提升家庭营养健康和生活品质。具体包括：（1）菜谱推荐：通过App 连接网络资源，能够实现菜谱互动交流，可以推荐菜谱，合理设计家庭的饮食结构；（2）数据统计分析：用App 统计分析家庭里每月、每年的消费食物，可以进行营养健康分析；（3）关联知识库：App 连接云端知识库，获取食品贮存方式和保质期信息；（4）食物相生相克档案：由云端建立食物相生相克的信息档案库，App 连接数据，及时提醒用户哪些食物同时食用可提升营养价值，哪些食物同时食用相克，会引起身体不适，从而提升全民身体健康安全；（5）特殊人食谱：针对老人、小孩及特殊人，推荐食谱，比如高血压人，建议多吃芹菜，小孩多吃胡萝卜、西蓝花。
参考文献
［1］佚名.联合国粮农组织：食品浪费严重，危害自然资源［J ］.种
业导刊，2013（10）：41.［2］ 赖南华，袁晓春，王林丽，等.智能冰箱留言信息处理方法，
装置及智能冰箱：CN201710052340.2［P ］. 2018.07.31
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