RFID溫度標簽在現(xiàn)代冷鏈運輸過程中的應用

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

    冷鏈運輸是指在運輸全過程中，無論是裝卸搬運、變更運輸方式、更換包裝設備等環(huán)節(jié)，都使所運輸貨物始終保持一定溫度的運輸。冷鏈運輸方式可以是公路運輸、水路運輸、鐵路運輸、航空運輸，也可以是多種運輸方式組成的綜合運輸方式。冷鏈運輸是冷鏈物流的一個重要環(huán)節(jié)。冷鏈運輸?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標簽根據(jù)其能量獲取方式，可以分為三類：第一類是無源標簽，標簽進入磁場后，接收讀卡器發(fā)出的射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息，這類標簽通常具有數(shù)字標識和有限的幾個存儲單元，屬于被動標簽；第二類是半有源標簽，這類標簽的射頻電路同樣借助于感應電流來提供能量，其它部分電路則是靠內(nèi)置的電池提供能量，因此也屬于被動標簽的一種；第三類是有源標簽，這類標簽的內(nèi)置電池為整個電路提供能量，主動將數(shù)據(jù)發(fā)送給接收設備，屬于主動標簽；后兩類標簽在除了具備數(shù)字標識外，還具有其它的關鍵信息，例如溫度信息，并且該信息的存儲量比較大。

RFID溫度標簽將數(shù)字標識與溫度測量緊密結合在一起的一種標簽，在通過數(shù)字標識完成物資身份識別的同時又對其所處的環(huán)境進行測量和記錄。本文就RFID溫度標簽在現(xiàn)代冷鏈運輸領域做了一些深入的探討。

圖1 溫度標簽、讀寫器與應用

1 冷鏈運輸?shù)默F(xiàn)狀介紹

美國、日本及西歐國家的食品冷鏈運輸率達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達到700億元人民幣，占食品生產(chǎn)總值的20%之多。這種浪費主要是由于缺少冷鏈運輸體系，導致一些食品在運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、蛋白類藥品凍結會使效價降低，影響療效，疫苗凍結活性喪失，甚至產(chǎn)生有害毒素。

對于冷鏈運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，即每臺運輸車輛放一臺或者多臺溫度記錄儀來測量并記錄運輸過程中的溫度，當貨物達到運輸目的地后，將溫度記錄儀與電腦通過有線連接的方式將數(shù)據(jù)導入計算機，再進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析，例如找出最大值、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才能導出數(shù)據(jù)等缺點，無法滿足現(xiàn)代冷鏈運輸行業(yè)溫度監(jiān)控的要求。

 除了溫度外，冷鏈運輸行業(yè)還面臨一個責任區(qū)分問題，有一位冷鏈運輸?shù)呢撠熑嗽?jīng)發(fā)出這樣的感慨“我們企業(yè)的冷藏運輸和冷藏庫都按照食品達標溫度控制，但從供應商那里接貨的時候，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)供應商沒有把貨物按照相應的溫度來操作，遇到這個情況，我們會把貨物重新冷凍，然后運輸?shù)礁鱾€門店，但一旦在門店出現(xiàn)問題，客戶就把責任轉嫁到我們頭上。”而另一方面，對于一些責任心不強的企業(yè)，為了節(jié)省費用，在客戶裝入貨物的時候打開冷機，運輸過程中覺的差不多了則就關掉制冷設備，快到目的地時再打開冷機，不能做到全程開機，當貨物交付時，貨物雖然表面凍的不錯，實際上已經(jīng)變質(zhì)了。所以責任區(qū)分問題也是一個急需解決的一個問題，即當產(chǎn)品到達接收方出現(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輸溫度不符合要求導致的。正是出于這樣的擔心，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輸企業(yè)，顯然這樣做付出的成本是昂貴的。

2 溫度標簽在冷鏈運輸過程中的應用

RFID作為一種新興的自動非接觸性識別技術在國內(nèi)外已經(jīng)得到了迅速的發(fā)展[1],將RFID技術引入物流應用領域的研究成為熱點[2]。設計開發(fā)基于RFID技術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];等一系列應用，以上應用僅僅是把RFID作為一種標識，用來識別產(chǎn)品，而對于現(xiàn)代冷鏈運輸行業(yè)，不但要關心其產(chǎn)品的標識，更關心與之相關的溫度值。而溫度標簽因同時具備數(shù)字標識和溫度信息，可以滿足冷鏈運輸溫度監(jiān)控的要求。

2.1可用于事后追溯的半有源RFID溫度標簽

半有源溫度標簽通過內(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，當進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，這種溫度標簽具有極低的消耗電流。

半有源的溫度標簽主要有兩種類型分別是符合ISO/IEC 15693標準的高頻溫度標簽【如圖2所示】和符合 ISO/IEC 18000標準的超高頻溫度標簽。二者主要的區(qū)別體現(xiàn)在穿透力和識別距離上，高頻溫度標簽的穿透力較強，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】而對于超高頻的標簽來說，其識別的距離大大增加，但其穿透性又弱于高頻標簽。

圖2 13.56M 半有源溫度標簽以及讀卡器

圖3 13.56M半有源大功率讀卡器

半有源溫度標簽的使用流程如下：在產(chǎn)品出庫時，根據(jù)貨物運輸?shù)男枰瑢囟葮撕炘O置好溫度標簽的啟動時間和采集間隔周期，將溫度標簽放到貨物運輸箱內(nèi)交付貨運方；貨物出庫完畢，溫度標簽在達到的指定的時間后，會自動啟動溫度記錄功能，以預設的采集周期不間斷的記錄環(huán)境溫度值；在貨物中轉過程中，通過手持終端讀取貨箱RFID標簽的信息和溫度，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標簽信息方便、快速、準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)。

   應用流程如圖4所示：

圖4 應用流程圖

2.2 可用于大量貨物實時溫度采集的有源RFID溫度標簽

半有源溫度標簽具有溫度記錄的功能，類似于黑匣子，主要用于事后責任認定，對于運輸過程中的實時溫度報警，則可采用有源溫度標簽【如圖5所示】。有源溫度標簽可以實時測量環(huán)境溫度值，并將數(shù)據(jù)主動發(fā)送給接收設備，因此對于異常的情況能快速做出反應，以提醒司機采取措施，避免損失。讀取設備【如圖6所示】可實現(xiàn)大量溫度標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，此外接收設備本身具備網(wǎng)關功能還可以實現(xiàn)遠程監(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，有源溫度標簽須和讀取設備配套使用，因此局限于冷鏈運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頻段略勝一籌，最主要的還是成本的差異。由于有源溫度標簽屬于主動發(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簽的最大數(shù)量也是一個重要的性能指標。

                                           圖5 有源溫度標簽                                                                                                          圖6 有源溫度標簽讀卡器

3 結論

半有源溫度標簽和有源溫度標簽是兩款互補性很強的兩款產(chǎn)品，半有源溫度標簽可以采集并記錄運輸貨物環(huán)境溫度值，可脫離于讀卡器獨立運行，可用于記錄貨物在生產(chǎn)、貯藏運輸、銷售，到消費前的各個環(huán)節(jié)的環(huán)境溫度，實現(xiàn)全程的溫度溯源，因此可以有效區(qū)分事故責任問題，可同時適用于貨物的運輸方和委托方；有源溫度標簽由于其實時性、大量標簽同時讀取以及良好擴展性等特點較適合于冷鏈車輛溫度監(jiān)控，對于貨物的運輸方則傾向于選擇此類產(chǎn)品。通過二者相結合，我們希望能有效提高冷鏈運輸?shù)馁|(zhì)量，進而保證貨物的品質(zhì)。

[1] 羅春彬,彭龍,易彬.RFID技術發(fā)展與應用綜述[J].通信技術.2009,42(12):112-114

[2] 王俊宇，閔昊，面向物流的RFID應用系統(tǒng)研究[J].計算機工程與應用，2007,43(13):23-25

[3] 田景賀，范玉順，朱云龍，胡琨元.基于RFID的煙草物流分揀系統(tǒng)設計[J].儀器儀表學報.2006,27(6):1875-1877,1878