［關(guān)鍵詞］：射頻識(shí)別、有源溫度標(biāo)簽、半有源溫度標(biāo)簽、可追溯性、實(shí)時(shí)測(cè)溫

Abstract：In order to satisfy the modern cold chain storage and transportation of goods in the thermal management requirements, the paper describes the full temperature records, storage and transportation of goods using semi-active RFID temperature tags to achieve traceability of goods transport temperature; use of active RFIDthe temperature labels to achieve real-time monitoring of the temperature of goods in the vehicle during transport to reduce the loss of goods due to the temperature factor.

Keywords: RFID, active temperature tags, semi-active temperature tags, traceability, real-time temperature measuring

引言

    冷鏈運(yùn)輸是指在運(yùn)輸全過(guò)程中，無(wú)論是裝卸搬運(yùn)、變更運(yùn)輸方式、更換包裝設(shè)備等環(huán)節(jié)，都使所運(yùn)輸貨物始終保持一定溫度的運(yùn)輸。冷鏈運(yùn)輸方式可以是公路運(yùn)輸、水路運(yùn)輸、鐵路運(yùn)輸、航空運(yùn)輸，也可以是多種運(yùn)輸方式組成的綜合運(yùn)輸方式。冷鏈運(yùn)輸是冷鏈物流的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。冷鏈運(yùn)輸?shù)膶?duì)象主要有：醫(yī)藥品如：疫苗、血液制品；保鮮食品如：速凍食品、肉類(lèi)等、冷飲，蔬菜、水果、水產(chǎn)品等。

RFID標(biāo)簽根據(jù)其能量獲取方式，可以分為三類(lèi)：類(lèi)是無(wú)源標(biāo)簽，標(biāo)簽進(jìn)入磁場(chǎng)后，接收讀卡器發(fā)出的射頻信號(hào)，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的產(chǎn)品信息，這類(lèi)標(biāo)簽通常具有數(shù)字標(biāo)識(shí)和有限的幾個(gè)存儲(chǔ)單元，屬于被動(dòng)標(biāo)簽；第二類(lèi)是半有源標(biāo)簽，這類(lèi)標(biāo)簽的射頻電路同樣借助于感應(yīng)電流來(lái)提供能量，其它部分電路則是靠?jī)?nèi)置的電池提供能量，因此也屬于被動(dòng)標(biāo)簽的一種；第三類(lèi)是有源標(biāo)簽，這類(lèi)標(biāo)簽的內(nèi)置電池為整個(gè)電路提供能量，主動(dòng)將數(shù)據(jù)發(fā)送給接收設(shè)備，屬于主動(dòng)標(biāo)簽；后兩類(lèi)標(biāo)簽在除了具備數(shù)字標(biāo)識(shí)外，還具有其它的關(guān)鍵信息，例如溫度信息，并且該信息的存儲(chǔ)量比較大。

RFID溫度標(biāo)簽將數(shù)字標(biāo)識(shí)與溫度測(cè)量緊密結(jié)合在一起的一種標(biāo)簽，在通過(guò)數(shù)字標(biāo)識(shí)完成物資身份識(shí)別的同時(shí)又對(duì)其所處的環(huán)境進(jìn)行測(cè)量和記錄。本文就RFID溫度標(biāo)簽在現(xiàn)代冷鏈運(yùn)輸領(lǐng)域做了一些深入的探討。

圖1 溫度標(biāo)簽、讀寫(xiě)器與應(yīng)用

1 冷鏈運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)狀介紹

美國(guó)、日本及西歐國(guó)家的食品冷鏈運(yùn)輸率達(dá)80%～90%，東歐國(guó)家約50%，而我國(guó)只有10%左右。據(jù)了解，去年我國(guó)因丟棄腐爛食品造成的浪費(fèi)達(dá)到700億元人民幣，占食品生產(chǎn)總值的20%之多。這種浪費(fèi)主要是由于缺少冷鏈運(yùn)輸體系，導(dǎo)致一些食品在運(yùn)輸過(guò)程中因無(wú)法長(zhǎng)期保鮮被丟棄造成的。對(duì)于藥品而言，溫度偏離將導(dǎo)致藥品質(zhì)量的劣化，甚至發(fā)生毒性變異；多肽、蛋白類(lèi)藥品凍結(jié)會(huì)使效價(jià)降低，影響療效，疫苗凍結(jié)活性喪失，甚至產(chǎn)生有害毒素。

對(duì)于冷鏈運(yùn)輸我們必須掌握其溫度情況，傳統(tǒng)的監(jiān)控方式則是采用溫度記錄儀來(lái)測(cè)量并記錄整個(gè)的車(chē)廂的溫度，即每臺(tái)運(yùn)輸車(chē)輛放一臺(tái)或者多臺(tái)溫度記錄儀來(lái)測(cè)量并記錄運(yùn)輸過(guò)程中的溫度，當(dāng)貨物達(dá)到運(yùn)輸目的地后，將溫度記錄儀與電腦通過(guò)有線連接的方式將數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，再進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析，例如找出值、最小值以及曲線趨勢(shì)等。傳統(tǒng)的溫度記錄儀有價(jià)格昂貴、體積龐大、無(wú)法對(duì)單個(gè)箱體進(jìn)行測(cè)溫、無(wú)法自動(dòng)識(shí)別產(chǎn)品信息以及需要有線連接和人工干預(yù)才能導(dǎo)出數(shù)據(jù)等缺點(diǎn)，無(wú)法滿足現(xiàn)代冷鏈運(yùn)輸行業(yè)溫度監(jiān)控的要求。

 除了溫度外，冷鏈運(yùn)輸行業(yè)還面臨一個(gè)責(zé)任區(qū)分問(wèn)題，有一位冷鏈運(yùn)輸?shù)呢?fù)責(zé)人曾經(jīng)發(fā)出這樣的感慨“我們企業(yè)的冷藏運(yùn)輸和冷藏庫(kù)都按照食品達(dá)標(biāo)溫度控制，但從供應(yīng)商那里接貨的時(shí)候，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)供應(yīng)商沒(méi)有把貨物按照相應(yīng)的溫度來(lái)操作，遇到這個(gè)情況，我們會(huì)把貨物重新冷凍，然后運(yùn)輸?shù)礁鱾€(gè)門(mén)店，但一旦在門(mén)店出現(xiàn)問(wèn)題，客戶(hù)就把責(zé)任轉(zhuǎn)嫁到我們頭上。”而另一方面，對(duì)于一些責(zé)任心不強(qiáng)的企業(yè)，為了節(jié)省費(fèi)用，在客戶(hù)裝入貨物的時(shí)候打開(kāi)冷機(jī)，運(yùn)輸過(guò)程中覺(jué)的差不多了則就關(guān)掉制冷設(shè)備，快到目的地時(shí)再打開(kāi)冷機(jī)，不能做到全程開(kāi)機(jī)，當(dāng)貨物交付時(shí)，貨物雖然表面凍的不錯(cuò)，實(shí)際上已經(jīng)變質(zhì)了。所以責(zé)任區(qū)分問(wèn)題也是一個(gè)急需解決的一個(gè)問(wèn)題，即當(dāng)產(chǎn)品到達(dá)接收方出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量不符合要求時(shí)，必須判斷出是否是由于貨物運(yùn)輸溫度不符合要求導(dǎo)致的。正是出于這樣的擔(dān)心，目前國(guó)內(nèi)一些大的醫(yī)藥公司，寧可花大價(jià)錢(qián)高成本來(lái)自建物流也不愿意采用第三方的冷鏈運(yùn)輸企業(yè)，顯然這樣做付出的成本是昂貴的。

2 溫度標(biāo)簽在冷鏈運(yùn)輸過(guò)程中的應(yīng)用

RFID作為一種新興的自動(dòng)非接觸性識(shí)別技術(shù)在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)得到了迅速的發(fā)展[1],將RFID技術(shù)引入物流應(yīng)用領(lǐng)域的研究成為熱點(diǎn)[2]。設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)基于RFID技術(shù)的煙草物流分揀系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了煙品自動(dòng)化分揀作業(yè)[3]；基于汽車(chē)制造企業(yè)物流跟蹤系統(tǒng)的需求分析，提出了基于RFID的物流跟蹤管理系統(tǒng)[4];等一系列應(yīng)用，以上應(yīng)用僅僅是把RFID作為一種標(biāo)識(shí)，用來(lái)識(shí)別產(chǎn)品，而對(duì)于現(xiàn)代冷鏈運(yùn)輸行業(yè)，不但要關(guān)心其產(chǎn)品的標(biāo)識(shí)，更關(guān)心與之相關(guān)的溫度值。而溫度標(biāo)簽因同時(shí)具備數(shù)字標(biāo)識(shí)和溫度信息，可以滿足冷鏈運(yùn)輸溫度監(jiān)控的要求。

2.1可用于事后追溯的半有源RFID溫度標(biāo)簽

半有源溫度標(biāo)簽通過(guò)內(nèi)置電池為溫度采集和存儲(chǔ)提供能量，可獨(dú)立完成溫度的采集和存儲(chǔ)，當(dāng)進(jìn)入到讀卡器的有效識(shí)別范圍內(nèi)，通過(guò)讀卡器的激勵(lì)來(lái)獲取能量從而完成數(shù)據(jù)交換，這種溫度標(biāo)簽具有極低的消耗電流。

半有源的溫度標(biāo)簽主要有兩種類(lèi)型分別是符合ISO/IEC 15693標(biāo)準(zhǔn)的高頻溫度標(biāo)簽【如圖2所示】和符合 ISO/IEC 18000標(biāo)準(zhǔn)的超高頻溫度標(biāo)簽。二者主要的區(qū)別體現(xiàn)在穿透力和識(shí)別距離上，高頻溫度標(biāo)簽的穿透力較強(qiáng)，適用于范圍比較廣泛，可同時(shí)適用于液態(tài)貨物(如血液制品)和固態(tài)貨物(如速凍食品)的運(yùn)輸，其缺點(diǎn)是識(shí)別距離比較短，即便是借助于大功率的讀卡器其有效識(shí)別的距離也通常保持在1米范圍之內(nèi)，【如圖3所示】而對(duì)于超高頻的標(biāo)簽來(lái)說(shuō)，其識(shí)別的距離大大增加，但其穿透性又弱于高頻標(biāo)簽。

圖2 13.56M 半有源溫度標(biāo)簽以及讀卡器

圖3 13.56M半有源大功率讀卡器

半有源溫度標(biāo)簽的使用流程如下：在產(chǎn)品出庫(kù)時(shí)，根據(jù)貨物運(yùn)輸?shù)男枰?，將溫度?biāo)簽設(shè)置好溫度標(biāo)簽的啟動(dòng)時(shí)間和采集間隔周期，將溫度標(biāo)簽放到貨物運(yùn)輸箱內(nèi)交付貨運(yùn)方；貨物出庫(kù)完畢，溫度標(biāo)簽在達(dá)到的的時(shí)間后，會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)溫度記錄功能，以預(yù)設(shè)的采集周期不間斷的記錄環(huán)境溫度值；在貨物中轉(zhuǎn)過(guò)程中，通過(guò)手持終端讀取貨箱RFID標(biāo)簽的信息和溫度，以保證貨物的有效性；在產(chǎn)品的入庫(kù)，可由手持終端或者大功率固定式讀卡器根據(jù)RFID標(biāo)簽信息方便、快速、準(zhǔn)確的分揀貨物的同時(shí)驗(yàn)證其溫度是否符合其存儲(chǔ)溫度，直接拒收不合格產(chǎn)品，滿足存儲(chǔ)溫度要求的貨物在入庫(kù)的同時(shí)，會(huì)把溫度數(shù)據(jù)同步導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)，整個(gè)物流過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了全程的溫度記錄，確保了產(chǎn)品品質(zhì)。

   應(yīng)用流程如圖4所示：

圖4 應(yīng)用流程圖

2.2 可用于大量貨物實(shí)時(shí)溫度采集的有源RFID溫度標(biāo)簽

半有源溫度標(biāo)簽具有溫度記錄的功能，類(lèi)似于黑匣子，主要用于事后責(zé)任認(rèn)定，對(duì)于運(yùn)輸過(guò)程中的實(shí)時(shí)溫度報(bào)警，則可采用有源溫度標(biāo)簽【如圖5所示】。有源溫度標(biāo)簽可以實(shí)時(shí)測(cè)量環(huán)境溫度值，并將數(shù)據(jù)主動(dòng)發(fā)送給接收設(shè)備，因此對(duì)于異常的情況能快速做出反應(yīng)，以提醒司機(jī)采取措施，避免損失。讀取設(shè)備【如圖6所示】可實(shí)現(xiàn)大量溫度標(biāo)簽的實(shí)時(shí)溫度同時(shí)讀取，通過(guò)讀卡器內(nèi)置的SD卡實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄功能，通過(guò)GSM模塊實(shí)現(xiàn)短信實(shí)時(shí)溫度報(bào)警，此外接收設(shè)備本身具備網(wǎng)關(guān)功能還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，通過(guò)聯(lián)網(wǎng)功能將數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)中心，終端客戶(hù)也可以通過(guò)Web網(wǎng)頁(yè)及時(shí)查看產(chǎn)品溫度信息，有源溫度標(biāo)簽須和讀取設(shè)備配套使用，因此局限于冷鏈運(yùn)輸過(guò)程中對(duì)于車(chē)廂貨物溫度的監(jiān)控，以實(shí)現(xiàn)貨物溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

有源溫度標(biāo)簽的工作頻段主要有四種：433MHz、915MHz、2.4GHz和5.8GHz。這四種頻段并無(wú)明顯的差別，僅在在穿透力上433頻段略勝，最主要的還是成本的差異。由于有源溫度標(biāo)簽屬于主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)，因此除了功耗、有效識(shí)別距離之外，數(shù)據(jù)的防碰撞能力和識(shí)別標(biāo)簽的數(shù)量也是一個(gè)重要的性能指標(biāo)。

                           圖5 有源溫度標(biāo)簽                        圖6 有源溫度標(biāo)簽讀卡器