［關(guān)鍵詞］：射頻識別、有源溫度標(biāo)簽、半有源溫度標(biāo)簽、可追溯性、實時測溫

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)輸全過程中，無論是裝卸搬運(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重要環(huán)節(jié)。冷鏈運(yùn)輸?shù)膶ο笾饕校横t(yī)藥品如：疫苗、血液制品；保鮮食品如：速凍食品、肉類等、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：類是無源標(biāo)簽，標(biāo)簽進(jìn)入磁場后，接收讀卡器發(fā)出的射頻信號，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息，這類標(biāo)簽通常具有數(shù)字標(biāo)識和有限的幾個存儲單元，屬于被動標(biāo)簽；第二類是半有源標(biāo)簽，這類標(biāo)簽的射頻電路同樣借助于感應(yīng)電流來提供能量，其它部分電路則是靠內(nèi)置的電池提供能量，因此也屬于被動標(biāo)簽的一種；第三類是有源標(biāo)簽，這類標(biāo)簽的內(nèi)置電池為整個電路提供能量，主動將數(shù)據(jù)發(fā)送給接收設(shè)備，屬于主動標(biāo)簽；后兩類標(biāo)簽在除了具備數(shù)字標(biāo)識外，還具有其它的關(guān)鍵信息，例如溫度信息，并且該信息的存儲量比較大。

RFID溫度標(biāo)簽將數(shù)字標(biāo)識與溫度測量緊密結(jié)合在一起的一種標(biāo)簽，在通過數(shù)字標(biāo)識完成物資身份識別的同時又對其所處的環(huán)境進(jìn)行測量和記錄。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、讀寫器與應(yīng)用

1 冷鏈運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)狀介紹

美國、日本及西歐國家的食品冷鏈運(yùn)輸率達(dá)80%～90%，東歐國家約50%，而我國只有10%左右。據(jù)了解，去年我國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)輸過程中因無法長期保鮮被丟棄造成的。對于藥品而言，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、蛋白類藥品凍結(jié)會使效價降低，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測量并記錄整個的車廂的溫度，即每臺運(yùn)輸車輛放一臺或者多臺溫度記錄儀來測量并記錄運(yùn)輸過程中的溫度，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有線連接的方式將數(shù)據(jù)導(dǎo)入計算機(jī)，再進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析，例如找出值、最小值以及曲線趨勢等。傳統(tǒng)的溫度記錄儀有價格昂貴、體積龐大、無法對單個箱體進(jìn)行測溫、無法自動識別產(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，無法滿足現(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)還面臨一個責(zé)任區(qū)分問題，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)商那里接貨的時候，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)供應(yīng)商沒有把貨物按照相應(yīng)的溫度來操作，遇到這個情況，我們會把貨物重新冷凍，然后運(yùn)輸?shù)礁鱾€門店，但一旦在門店出現(xiàn)問題，客戶就把責(zé)任轉(zhuǎn)嫁到我們頭上。”而另一方面，對于一些責(zé)任心不強(qiáng)的企業(yè)，為了節(jié)省費(fèi)用，在客戶裝入貨物的時候打開冷機(jī)，運(yùn)輸過程中覺的差不多了則就關(guān)掉制冷設(shè)備，快到目的地時再打開冷機(jī)，不能做到全程開機(jī)，當(dāng)貨物交付時，貨物雖然表面凍的不錯，實際上已經(jīng)變質(zhì)了。所以責(zé)任區(qū)分問題也是一個急需解決的一個問題，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，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，目前國內(nèi)一些大的醫(yī)藥公司，寧可花大價錢高成本來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)輸過程中的應(yīng)用

RFID作為一種新興的自動非接觸性識別技術(shù)在國內(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[2]。設(shè)計開發(fā)基于RFID技術(shù)的煙草物流分揀系統(tǒng)，實現(xiàn)了煙品自動化分揀作業(yè)[3]；基于汽車制造企業(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，用來識別產(chǎn)品，而對于現(xiàn)代冷鏈運(yùn)輸行業(yè)，不但要關(guān)心其產(chǎn)品的標(biāo)識，更關(guān)心與之相關(guān)的溫度值。而溫度標(biāo)簽因同時具備數(shù)字標(biāo)識和溫度信息，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)簽通過內(nèi)置電池為溫度采集和存儲提供能量，可獨立完成溫度的采集和存儲，當(dāng)進(jìn)入到讀卡器的有效識別范圍內(nèi)，通過讀卡器的激勵來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，其缺點是識別距離比較短，即便是借助于大功率的讀卡器其有效識別的距離也通常保持在1米范圍之內(nèi)，【如圖3所示】而對于超高頻的標(biāo)簽來說，其識別的距離大大增加，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)品出庫時，根據(jù)貨物運(yùn)輸?shù)男枰?，將溫度?biāo)簽設(shè)置好溫度標(biāo)簽的啟動時間和采集間隔周期，將溫度標(biāo)簽放到貨物運(yùn)輸箱內(nèi)交付貨運(yùn)方；貨物出庫完畢，溫度標(biāo)簽在達(dá)到的的時間后，會自動啟動溫度記錄功能，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)過程中，通過手持終端讀取貨箱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，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驗證其溫度是否符合其存儲溫度，直接拒收不合格產(chǎn)品，滿足存儲溫度要求的貨物在入庫的同時，會把溫度數(shù)據(jù)同步導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫，整個物流過程中實現(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 可用于大量貨物實時溫度采集的有源RFID溫度標(biāo)簽

半有源溫度標(biāo)簽具有溫度記錄的功能，類似于黑匣子，主要用于事后責(zé)任認(rèn)定，對于運(yùn)輸過程中的實時溫度報警，則可采用有源溫度標(biāo)簽【如圖5所示】。有源溫度標(biāo)簽可以實時測量環(huán)境溫度值，并將數(shù)據(jù)主動發(fā)送給接收設(shè)備，因此對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】可實現(xiàn)大量溫度標(biāo)簽的實時溫度同時讀取，通過讀卡器內(nèi)置的SD卡實現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄功能，通過GSM模塊實現(xiàn)短信實時溫度報警，此外接收設(shè)備本身具備網(wǎng)關(guān)功能還可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，通過聯(lián)網(wǎng)功能將數(shù)據(jù)直接存儲到數(shù)據(jù)中心，終端客戶也可以通過Web網(wǎng)頁及時查看產(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)輸過程中對于車廂貨物溫度的監(jiān)控，以實現(xiàn)貨物溫度的實時監(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)簽屬于主動發(fā)送數(shù)據(jù)，因此除了功耗、有效識別距離之外，數(shù)據(jù)的防碰撞能力和識別標(biāo)簽的數(shù)量也是一個重要的性能指標(biāo)。

圖5 有源溫度標(biāo)簽 圖6 有源溫度標(biāo)簽讀卡器