基于RFID和傳感技術的冷鏈物流環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設計

摘要：近年來，在發(fā)改委和商務部門的推動下，我國冷鏈物流建設進入了前所未有的高潮期。為了有效解決冷鏈物流行業(yè)的實時環(huán)境監(jiān)測問題，文章采用RFID技術和傳感技術相結(jié)合的方法設計了一個冷鏈物流環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。本系統(tǒng)可實時監(jiān)測物品在儲藏、運輸階段的光線、溫度、濕度、位置等環(huán)境參數(shù)，并由監(jiān)控中心統(tǒng)一管理，從而提高冷鏈物流的運輸和存儲質(zhì)量。
關鍵字：RFID；冷鏈環(huán)境：物流監(jiān)測；傳感器

0 引言
    近年來，冷鏈物流行業(yè)在我國迅速發(fā)展。冷鏈物流是指冷藏冷凍品在生產(chǎn)、儲藏、運輸、銷售，到消費前的各個環(huán)節(jié)中始終處于低溫環(huán)境下，以保證產(chǎn)品質(zhì)量，減少物品損耗的系統(tǒng)工程，適用于果蔬、禽蛋、水產(chǎn)品、速凍食品、乳制品、花卉、藥品等領域。如果在某個環(huán)節(jié)的環(huán)境指標沒有達到要求，就很容易造成質(zhì)量事故。傳統(tǒng)的方法不能夠持續(xù)記錄環(huán)境參數(shù)，也不能夠及時響應而給出報警信號，這一方面可能造成經(jīng)濟損失，另一方面，也為事故原因的鑒定工作造成了困難。為了解決這些問題，就需要有一套能夠持續(xù)記錄物品所處環(huán)境數(shù)據(jù)，并將其發(fā)送到監(jiān)控中心進行存儲和分析的系統(tǒng)。
    本文設計了一種基于射頻識別技術(Radio Frequency Identification，RFID)及傳感技術的冷鏈物流環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。本系統(tǒng)可實時監(jiān)測物品在儲藏、運輸階段的環(huán)境參數(shù)，并通過監(jiān)控中心判斷是否符合標準，以便及時調(diào)整，減少損失。
    冷鏈物流中的溫度和時間是必須考慮的兩個風險因素，而又以溫度為重要，二者貫穿于儲藏和輸配送的整個過程中。如處理不當，就可能引起品質(zhì)降低的累積性和不可逆性，直至影響到產(chǎn)品的安全性。本文采用RFID標簽取代傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)控方法，這種標簽內(nèi)部裝有天線RFID芯片、溫度傳感器、濕度傳感器以及光線傳感器。標簽安放在合適的位置后，傳感器將實時采集所處環(huán)境的溫度、濕度、光照信息，并將信息寫入標簽的芯片內(nèi)，按規(guī)定的時間間隔將信息傳輸?shù)介喿x器中。閱讀器通過有線／無線網(wǎng)絡上報到監(jiān)控中心，由監(jiān)控中心存儲并分析收到的數(shù)據(jù)，如有異常情況，則及時報警，采取措施。

1 環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設計方案
    本系統(tǒng)由監(jiān)控中心、冷藏庫監(jiān)測子系統(tǒng)和冷藏車監(jiān)測子系統(tǒng)組成，各子系統(tǒng)通過網(wǎng)絡與監(jiān)控中心連接。其系統(tǒng)總體組成框圖如圖1所示。

    冷藏庫監(jiān)測子系統(tǒng)由RFID傳感標簽與讀寫器組成。根據(jù)冷藏庫的大小，可以放置多個標簽，也可以在冷藏庫的大門處安放讀寫器。每個標簽與讀寫器都有唯一的編號，在使用前，由監(jiān)控中心的發(fā)卡部門將冷藏庫的相關信息寫入標簽，并將讀寫器的編號與冷藏庫的編號相關聯(lián)。傳感標簽除了記錄溫濕度信息外，還會收集光線傳感器的變化情況，將這些信息通過讀寫器發(fā)送到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心通過對記錄進行分析，可判斷冷藏庫中溫濕度是否滿足要求，并根據(jù)光線傳感器的數(shù)據(jù)計算出冷藏庫庫門的開啟時間點與持續(xù)時間，并判斷其是否屬于非法開啟。
    冷藏車監(jiān)測子系統(tǒng)由RFID傳感標簽與車載讀寫器組成。昕要運輸?shù)呢浳镞M行裝箱，并由監(jiān)控中心的發(fā)卡部門將貨物信息寫入RFID標簽，然后將該標簽貼于貨物上，建立車載閱讀器與貨物信息以及駕駛員信息的對應關系。貨物在進入專用的冷藏車前，讀取標簽上的信息，記錄運輸初始的溫濕度信息。在運輸途中，傳感標簽實時記錄下環(huán)境信息，并將其傳給車載讀寫器，車載讀寫器具有GPS定位功能，該讀寫器將定位信息與標簽采集到的車廂內(nèi)的環(huán)境信息一同通過GPRS網(wǎng)絡上報到監(jiān)控中心。由監(jiān)控中心對收到的數(shù)據(jù)進行存儲、分析，繪制出溫濕度的變化曲線，并記錄下車門的開啟情況。如果發(fā)現(xiàn)環(huán)境指標沒有達到貨物要求，則及時與駕駛員取得聯(lián)系，采取補救措施。
    監(jiān)控中心負責數(shù)據(jù)的存儲、分析處理與報警。具體的主要功能如下：
    (1)貨物出庫溫濕度信息采集：貨物出庫裝車時，采集貨物的溫濕度初始信息，建立貨物批次與車載閱讀器ID的對應關系；
    (2)環(huán)境信息接收入庫：管理中心接收車載閱讀器發(fā)送來的信息，解析入庫；
    (3)環(huán)境信息匹配：將接收到的溫濕度信息與貨物批次相匹配；
    (4)GPS信息接收入庫：管理中心接收車載閱讀器發(fā)送來的GPS定位信息，并解析入庫；
    (5)GPS信息匹配：將接收到的GPS定位信息與貨物批次(車輛)相匹配；
    (6)貨物在途溫濕度曲線展示：用戶查詢某批次貨物在途溫濕度信息，以折線圖的方式進行展示；
    (7)貨物所在位置查詢：用戶可以查詢某批次貨物目前所在的物理位置；
    (8)貨物是否到達查詢：用戶可以查詢某批次貨物是否已到達目的地；
    (9)冷藏庫環(huán)境信息采集處理：定時采集存儲倉庫的環(huán)境信息，并與倉庫內(nèi)所存貨物批次進行匹配；
    (10)數(shù)據(jù)備份與導出：可以對查詢出的數(shù)據(jù)進行備份和導出。

2 系統(tǒng)核心設備
    本文所設計的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)區(qū)別于傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)的兩個核心設備是RFID傳感標簽和RFID讀寫器。這兩類設備的性能也就成為了影響整個系統(tǒng)性能的關鍵。日前，RFID系統(tǒng)應用比較普遍的幾個頻段包括低頻、高頻、超高頻以及微波，各頻段的識別距離、傳輸速度以及環(huán)境敏感度等特性都有區(qū)別。考慮到實際應用，本系統(tǒng)采用支持空中接口2．40～2．48 GHz微波頻段的標簽和讀寫器，該頻段識別距離較長，受金屬的影響小。另外，RFID標簽根據(jù)內(nèi)部是否帶有電源又分為有源標簽和無源標簽，無源標簽要依靠讀寫器的能量來喚醒工作，識別距離較短，因此，本系統(tǒng)選用有源標簽。標簽具備電池電壓檢測功能，能夠讀取電池電量：標簽天線采用圓極化，對方向選擇性較弱，以應對標簽在車內(nèi)隨機擺放的情況：標簽的測量溫度范圍為-20～+50℃，測量濕度范圍為0％～100％。讀寫器要求可存儲一定數(shù)量的溫濕度信息，并且具有GPS定位功能與GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸功能。

3 結(jié)語
    本文設計的冷鏈物流環(huán)境檢測系統(tǒng)，整合了先進的RFID技術、傳感技術、無線網(wǎng)絡傳輸以及GPS定位功能。本系統(tǒng)可以有效地解決冷藏庫中環(huán)境信息的實時監(jiān)測。當溫濕度超過物品容忍程度時就會報警，以提示進行及時控制。本系統(tǒng)解決了冷鏈運輸中環(huán)境信息的實時監(jiān)測問題。系統(tǒng)可通過傳感器感知貨物的溫濕度信息，并通過讀寫器設備上報到后臺應用系統(tǒng)。此外，本系統(tǒng)還解決了冷鏈運輸中的非法開箱監(jiān)測問題。冷鏈運輸是一個密閉的系統(tǒng)，在運輸途中，如果發(fā)生非法開箱動作，光線的變化會使得系統(tǒng)可以將該動作監(jiān)測到并上報。系統(tǒng)通過GPS實時捕獲位置信息，并通過無線傳輸網(wǎng)絡將位置信息上報，從而解決冷鏈運輸中路線監(jiān)測的問題。綜上所述，本系統(tǒng)可以實時實地地解決冷鏈物流存儲、運輸中的溫度、濕度、光線變化等關鍵環(huán)境信息，實現(xiàn)冷鏈物流系統(tǒng)的實時監(jiān)控和追溯。