我国是粮食生产和消费大国,粮食食品安全是食品安全中的重点,关系到人们日常生活的健康和社会的稳定与发展。近年来食品安全问题屡见不鲜,追溯系统作为保障食品安全的一种有效手段,能够高效的实现“从农场到餐桌”的源头信息的追溯和质量控制。在追溯系统中,身份标识技术作为关键技术之一,通过数据载体将信息流与实物流联接,实现快速、精确、有效的识别产品信息和保证追溯系统的鲁棒性。粮食生产中,由于谷物由单位小个体组成,溯源过程不同于其他农产品可以通过唯一的身份标识信息准确追溯到源头,谷物生产需要按照不同的等级或不同的用途将来自多个产地的谷物进行混合配送和分销,因此很难确定一批谷物精确产地信息。为实现粮食生产供应链中,谷物信息的低成本、精确的追溯,本文提出采用可食用的材料压制而成的颗粒,在其表面喷印代表谷物信息的Data Matrix二维条码,作为谷物信息的标识载体。供应链各环节中将其与谷物混合,实现粮食生产中的实物流和信息流的连接,以低成本的信息标示追溯到谷物源产地信息。为了研制具有唯一性、精确性、耐用性的谷物标识,使其满足谷物溯源各环节的生产条件。本课题在以下几个方面进行研究：(1)为了避免对谷物造成污染,本研究采用可食用的原材料糖粉、硅化微晶纤维素和硬脂酸镁,采用粉末直接压片法制备糖类型和纤维素类型2种溯源颗粒,设计其外观尺寸为11×6×4mm3。由于2种溯源颗粒成分组成不同,颗粒密度也不同,因此压制二维的颗粒的重量也不相同,糖类型的溯源颗粒每个约为0.29g,纤维素类型的溯源颗粒约0.36g。(2)为了使谷物溯源颗粒容纳更多的信息,采用Data Matrix二维条码编码规则。设计适合喷印于溯源颗粒表面的条码编码和尺寸,根据溯源颗粒的外观尺寸,设计8*18模块的长方形Data Matrix二维条码,每个模块大小为0.43×0.43mm2。采用喷印技术及可食用的喷墨将Data Matrix二维条码喷印于溯源颗粒表面。(3)为了测试溯源颗粒表面Data Matrix二维条码的可读性,分别将3组Data Matrix二维条码喷印于糖类型和纤维素类型溯源颗粒表面,测试每种溯源颗粒的可读率。结果表明,2种溯源颗粒的可读率都在90%以上(92.5%-98.0%),证明本实验采用以喷印技术将Data Matrix条码喷印溯源颗粒表面是可行的,且具有良好的可喷印性。其中,纤维素类型的溯源颗粒可读率(95.5%-98.0%)高于糖类型溯源颗粒的可读率(92.5%～96.5%),而且2种溯源颗粒的样本可读率在95%的置信区间内存在显著差异(P<0.05)。(4)溯源颗粒的表面粗糙度影响Data Matrix二维条码的喷印质量,为了探索溯源颗粒表面粗糙度特性与其表面印刷Data Matrix二维条码的的可读率之间的关系,提高溯源颗粒表面的喷印质量,本文研究了溯源颗粒表面粗糙度的测量方法。采用3D轮廓仪测量溯源颗粒表面粗糙度Ra和Rms值。选择10倍物镜测量时,每次取样面积为0.70mmm×0.56mm。溯源颗粒上喷印Data Matrix的面积为7.74×3.44mm2,因此需要测量多次扫描面积。试验选择3、5、8、10个测量面积的均值作为样本表面粗糙度时,每个样本取5个测量面积时能近似反映整个表面的粗糙度情况。(5)为了研究表面粗糙度对喷印Data Matrix二维条码可读率的影响,通过试验比较了2种溯源颗粒表面粗糙度与喷印Data Matrix二维条码可读率的关系,研究表明纤维素类型的溯源颗粒可读率高于糖类型的溯源颗粒,且其表面粗糙度Ra和Rrms值均小于糖类型溯源颗粒。总体上可读率随着粗糙度的减少而增大,但在粗糙度范围变化很小时,油墨与材料之间的吸附特性等影响溯源颗粒表面材料喷印二维条码的可读率。(6)对影响溯源颗粒表面粗糙度的生产压力及配方因素进行了正交试验设计,对试验结果进行方差分析,并判断生产压力及配方2个因素分别对表面粗糙度的影响。并采用模糊综合评判分析方法,分析糖类型和纤维素类型2种溯源颗粒的最佳工艺参数。基于模糊综合评价分析结果表明,糖类型溯源颗粒的最优工艺参数组合为压力2.727MPa,配方为糖粉质量分数99%和硬脂酸镁质量分数1%；纤维素类型溯源颗粒的最优工艺参数组合为3.636MPa,配方为糖粉质量分数36.5%、硅化微晶纤维素质量分数62.5%和硬脂酸镁质量分数1%。(7)在粮食生产供应链中,以溯源颗粒作为谷物信息标示技术,要求溯源颗粒应具有良好的耐用性,以满足与谷物混合进入供应链各环节中的抗磨损性和抗冲击性要求,最终适应谷物信息的追溯环境。本研究设计了14种溯源颗粒生产方案,其中包括2种溯源颗粒(糖类型和纤维素类型)、2种包衣材料(可食用虫胶和羟丙基甲基纤维素)以及四种生产顺序(喷印、包衣——喷印、喷印——包衣、包衣——喷印——包衣)。设计了传送试验和冲击试验以模拟溯源颗粒与谷物混合时磨损和冲击情况,分别测试每种方案生产的溯源颗粒的抗磨损性能和抗冲击性。溯源颗粒在与谷物混合时,由于谷物呼吸作用而使其具有一定的湿度,因此试验分别考虑在有吸湿的条件下和没有吸湿条件下进行。溯源颗粒耐用性试验结果表明：在设计的14种方案的溯源颗粒中,以纤维素类型溯源颗粒,包衣材料为羟丙基甲基纤维素,包衣方式为印刷——包衣生产的溯源颗粒,分别在传送实验、吸湿条件处理的传送试验、冲击试验、吸湿条件处理的冲击试验中均具有较好的抗磨损性和抗冲击性。以上内容的研究主要是围绕粮食生产供应链追溯系统中的信息标识技术,因此需要建立以溯源颗粒为标识技术的采集系统。本文以稻谷储藏环节为例,提出了利用无线传感器网络设计储藏环节的信息采集系统,实现稻谷身份标识信息、仓储温湿度、稻谷含水率信息的采集。为实现储藏环节信息采集系统,本文解决了以下问题：首先利用二维条码扫描器IT4800SF与处理器S3C6410通过USB接口相连,来代替传统的PC机采集方式,实现便携式的采集。为实现储藏稻谷含水率的实时采集,本文提出基于平衡水分原理的稻谷含水率实时监测方案。本文对储藏环节信息采集系统测试,结果表明：采用本系统的含水率预测精度和节点信息采集传输质量满足系统应用的要求。