溫度傳感標簽在冷鏈物流中的應(yīng)用

挑戰(zhàn)和需求

所謂冷鏈物流是指溫度敏感性產(chǎn)品在生產(chǎn)、貯藏、運輸、銷售各個環(huán)節(jié)中，始終處于預先制定的低溫環(huán)境下，以保證物品質(zhì)量，減少物流損耗的一項系統(tǒng)工程，一般分為冷藏(凍)加工、冷藏(凍)存儲、冷藏(凍)運輸及配送、冷藏(凍)銷售四個部分，其中冷藏運輸及配送環(huán)節(jié)是目前冷鏈物流的薄弱環(huán)節(jié)。由于環(huán)境變化較大，且限于技術(shù)和成本因素，在運輸和配送過程中的物品溫度發(fā)生改變而造成質(zhì)量事故的風險相對其他環(huán)節(jié)要大。而且，通常情況下運輸配送過程的封閉型往往會對后續(xù)的事故原因鑒定工作造成困難，即物品溫度超過限制范圍是何時何地開始出現(xiàn)的？是由于環(huán)境的突發(fā)性因素還是冷藏（凍）系統(tǒng)的持續(xù)性故障？這些問題的解決需要一個能夠持續(xù)記錄物品溫度并將此溫度數(shù)據(jù)便捷存儲和發(fā)送到后臺管理系統(tǒng)的技術(shù)。

伴隨著有源 RFID技術(shù)和應(yīng)用的迅猛發(fā)展，行業(yè)內(nèi)逐步認識到基于有源 RFID技術(shù)的溫度傳感系統(tǒng)在冷鏈物流中的重要應(yīng)用：有源RFID標簽集成，通過溫度傳感器實時獲取溫度數(shù)據(jù)，然后傳送給與之連接的RFID標簽儲存，RFID標簽獲得的數(shù)據(jù)則在進入閱讀器閱讀范圍時被讀出，以供利用。通過這種方法，可以實現(xiàn)對運輸/配送過程中溫度發(fā)生改變時的預警，或是對過程中的溫度變化進行記錄，從而幫助辨識可能由溫度變化引發(fā)的質(zhì)量變化及具體發(fā)生時間，并有助于質(zhì)量事故的責任認定。例如，在醫(yī)療用血液的運輸中，溫度應(yīng)該嚴格的控制在4℃(±0.5℃)，若利用傳統(tǒng)溫度監(jiān)測手段，只能監(jiān)測端到端的節(jié)點溫度，但即使節(jié)點測量溫度正常，并不能保證運輸過程中的溫度始終正常，而利用 RFID技術(shù)，可以了解血液在運輸過程中是否發(fā)生了溫度變化以及可能由此引起的質(zhì)量變化。我國冷鏈系統(tǒng)與發(fā)達國家之間較大的差距意味著此市場具有不小潛力。隨著物流業(yè)全開放，物流產(chǎn)業(yè)投資將進一步增加，冷鏈物流市場規(guī)模也將相應(yīng)加大，將給RFID應(yīng)用帶來機會。就目前而言，RFID冷鏈物流應(yīng)用已經(jīng)沒有技術(shù)障礙，而成本仍是主要瓶頸。目前RFID應(yīng)用集中在敏感或貴重商品領(lǐng)域，如移植用器官、醫(yī)療用血液、骨髓、疫苗、藥品以及名貴酒品、貴重花卉、高價值海產(chǎn)品等。除了在敏感領(lǐng)域和貴重領(lǐng)域的應(yīng)用，運輸距離越長和周轉(zhuǎn)次數(shù)越多的冷鏈系統(tǒng)，RFID的應(yīng)用需求也在相應(yīng)增加。而在普通冷鏈應(yīng)用中，雖然 RFID成本較高，但與自行開發(fā)一套“黑匣子”溫度監(jiān)控系統(tǒng)相比(如麥當勞目前正在使用的貨物跟蹤和溫度跟蹤系統(tǒng))，RFID還是具有大規(guī)模應(yīng)用的成本優(yōu)勢。隨著技術(shù)不斷進步使得成本降低，冷鏈物流RFID應(yīng)用將普及化具有廣闊的應(yīng)用前景。

應(yīng)用方案

為應(yīng)對前述課題，上海秀派電子科技有限公司近期推出了基于有源 RFID 技術(shù)的冷鏈溫度監(jiān)控系統(tǒng)。 通過先進的有源RFID技術(shù)，在需要合適的溫度監(jiān)控管理來保證質(zhì)量的生鮮食品和藥品的物流管理和生產(chǎn)流程管理中，將采集到的物品溫度數(shù)據(jù)持續(xù)記錄在有源電子標簽內(nèi)，對產(chǎn)品的生鮮度、品質(zhì)進行細致地、實時地管理。

系統(tǒng)的工作方式非常簡單，將溫度傳感器采集的溫度數(shù)據(jù)定時寫入 RFID標簽內(nèi)，當 RFID標簽進入遠距離閱讀器信號覆蓋范圍時，將RFID芯片內(nèi)的溫度數(shù)據(jù)上傳給遠距離閱讀器，交由后端系統(tǒng)處理。此系統(tǒng)可結(jié)合 GPRS/CDMA 等技術(shù)向后臺實時傳輸溫度監(jiān)控數(shù)據(jù)，以達到實時監(jiān)控目標物品溫度變化的效果；也可以在所運物品在達到目標地點后一次性讀取所有溫度數(shù)據(jù)，生成溫度變化圖表，完成對供應(yīng)鏈的溫度變化的監(jiān)管。下圖為一個完整的運輸過程的溫度變化示意圖：

運輸過程中由于各種可能的外在因素和冷藏（凍）設(shè)備的故障，物品溫度通常會有所變化，有源標簽內(nèi)足夠大的存儲空間可以放置足夠數(shù)量的溫度記錄（在理想情況下可以由數(shù)學工具模擬成一條連續(xù)的曲線）。如果溫度變化超出一個預先設(shè)定的范圍，比如20℃～30℃，顯然，曲線中間有一段記錄是明顯低于 20℃，此時可以根據(jù)此一時間查詢相應(yīng)的地點和外在環(huán)境，以便于探究相應(yīng)的溫度變化原因。

通常情況下，有源標簽內(nèi)會設(shè)置一個時間鐘，在每次啟用時會跟閱讀器校對時間，內(nèi)置安全算法保證只有獲得授權(quán)的用戶才能讀取標簽內(nèi)的數(shù)據(jù)并確保所有已經(jīng)存儲的溫度和時間記錄不能被非法修改。

在大規(guī)模的冷鏈物流應(yīng)用中，信息采集和發(fā)送的實時性越來越被行業(yè)所重視，某些極為貴重和重要的物品如疫苗、特種血漿、急救藥品等都要做一個實時性的全面監(jiān)控，以待任何破壞跡象一出現(xiàn)就能被有效獲取，并對相關(guān)應(yīng)急機制起到預警作用。一個不完全的冷鏈物流溫度監(jiān)控模式如下圖所示：

首先，溫度標簽會被加載到目標物品（箱）上，待裝運出發(fā)后，即持續(xù)記錄物品溫度。一般有兩種應(yīng)用模式，一種是在每個物流環(huán)節(jié)一次性上傳溫度數(shù)據(jù)，物流管理有上傳數(shù)據(jù)，分環(huán)節(jié)監(jiān)控物品質(zhì)量；另一種是在運輸車輛/船舶上設(shè)置實時傳輸機構(gòu)，等，物流管理平臺能夠不間斷對目標物品進行監(jiān)測。這兩種模式的唯一區(qū)別在于，后模式能夠起到搶救部分貴重物品的作用，而不僅僅是像前一種模式只能鑒定物品是否當然，有源標簽是標識某一個包裝箱（柜）的，同一個集裝箱內(nèi)的不同包裝單位是可多個有源標簽進行監(jiān)測的。

作為國內(nèi)有源 RFID 產(chǎn)品的首席供應(yīng)商，上海秀派公司提供了經(jīng)過大量現(xiàn)場測試的優(yōu)質(zhì)溫度傳感標簽。目前，秀派電子提供的溫度標簽有如下特點：數(shù)據(jù)存儲量大，最大可以擴展至 256KB 的用戶空間；可重復使用，使用成本低，不需人工干預，不需脫離物品；通訊距離遠，與基站式閱讀器可在 80 米大范圍通訊，與手持閱讀器也能保持30米的通訊距離；內(nèi)置高能鋰電池供電，并采用微功耗設(shè)計，使用壽命長（5年）；標簽體積小，方便安裝使用。

方案特點

大流量：極高的防沖突性，采用多種防沖突方案，可支持 200 個以上標簽的同時讀??；

支持高速度移動讀取，標識卡的移動時速可達 200 公里/小時以上。

高可靠性，工作溫度-40℃~85℃，防水，防沖擊。

高抗干擾：對現(xiàn)場各種干擾源無特殊要求，安裝方便簡單。

全球開放的ISM微波頻段，無須申請和付費。

超低功耗：對人體更安全、更健康。

可以快捷把握生鮮度管理中最重要的運輸途中的溫度狀況。

促進流通過程中的生鮮度管理的改善（改善出貨方法、選定物流路線）。

如有需要，可擴展為由企業(yè)或聯(lián)盟建立覆蓋全冷鏈流程的冷鏈監(jiān)測中心數(shù)據(jù)平臺。

可以向消費者宣傳生鮮食品的安全性，樹立品牌形象。向消費者提供“放心”服務(wù)，樹立品牌形象；提供溫度數(shù)據(jù)記錄，提升核心競爭力，滿足較高層次的“綠色食品消費”需求。

符合食品安全監(jiān)管要求。食品安全質(zhì)量控制 HACCP 要求：根據(jù)HACCP體系的要求，原料采購接受時除了檢驗食品的保質(zhì)期、外包裝、食品外觀等外，還必須對食品的內(nèi)部溫度及運輸過程中溫度的連續(xù)性進行嚴格檢查。

溫度指標可動態(tài)設(shè)定，方便使用。

產(chǎn)品介紹

1、溫度傳感標簽 SP-TST-100

識別距離          最遠80米（與SP-RFS-300，空氣中）

工作頻段          2.4－2.48G

接收靈敏度        -80 dbm ～ -90 dbm

存儲空間          可擴充最大256KB

期望電池壽命     > 5 年，電池電量過低時自動報警

掉電保存期       10年以上

ID號碼            64 bit

應(yīng)用手冊_冷鏈物流

工作溫度          -40℃ ～ +80℃

保存溫度          -60℃ ～ +85℃

抗電磁干擾       10V/m 0.1～1000MHz AM調(diào)幅電磁波

震動                10 ～ 2000Hz  15g 三個軸

自由跌落          1500mm 混凝土地面，每個面各兩次

溫度敏感度        0.5℃

2、閱讀器（刷卡器）SP-RFS-300 系列

識別速度          100 個標簽/秒 (僅限ID號)

防碰撞處理       200個標簽同時讀取

識別距離          最遠80米（與SP－TGS系列標簽，空氣中）

工作頻段          2.4－2.48G

輸出功率          ≤3 dBm（可軟件調(diào)整）

微波通訊檢錯    CRC16循環(huán)冗余校驗

天線極化          定向/全向

標準/認證         CE；FCC；ISO9001

電源                6～12V DC（MAX 30mA）

通訊接口          RS232/485/威根 波特率：4800～115200

工作溫度          -40℃ ～ +80℃

保存溫度          -60℃ ～ +80℃

抗電磁干擾       10V/m 0.1～1000MHz AM調(diào)幅電磁波

可靠性             MTBF ≥ 70000小時

3、手持閱讀器SP-RCF-100系列

識別速度          100 個標簽/秒 (僅限ID號)

防碰撞處理       200個標簽同時讀取

識別距離          最遠30米（與SP－TGS系列標簽，空氣中）

工作頻段          2.4~2.48G

輸出功率          ≤3 dBm（可軟件調(diào)整）

微波通訊檢錯    CRC16循環(huán)冗余校驗

天線極化          圓極化

標準/認證         CE；FCC；ISO9001

電源                PDA供電

通訊接口          CF 波特率：19200

工作溫度          -40℃ ～ +80℃

保存溫度          -60℃ ～ +80℃

抗電磁干擾       10V/m 0.1～1000MHz AM調(diào)幅電磁波

可靠性             MTBF ≥ 70000小時