基于RFID和傳感技術(shù)的冷鏈物流環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：近年來(lái)，在發(fā)改委和商務(wù)部門(mén)的推動(dòng)下，我國(guó)冷鏈物流建設(shè)進(jìn)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(shí)時(shí)環(huán)境監(jiān)測(cè)問(wèn)題，文章采用RFID技術(shù)和傳感技術(shù)相結(jié)合的方法設(shè)計(jì)了一個(gè)冷鏈物流環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)物品在儲(chǔ)藏、運(yùn)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(yùn)輸和存儲(chǔ)質(zhì)量。
關(guān)鍵字：RFID；冷鏈環(huán)境：物流監(jiān)測(cè)；傳感器

0 引言
    近年來(lái)，冷鏈物流行業(yè)在我國(guó)迅速發(fā)展。冷鏈物流是指冷藏冷凍品在生產(chǎn)、儲(chǔ)藏、運(yùn)輸、銷售，到消費(fèi)前的各個(gè)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(lǐng)域。如果在某個(gè)環(huán)節(jié)的環(huán)境指標(biāo)沒(méi)有達(dá)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(shí)響應(yīng)而給出報(bào)警信號(hào)，這一方面可能造成經(jīng)濟(jì)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(wèn)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(jìn)行存儲(chǔ)和分析的系統(tǒng)。
    本文設(shè)計(jì)了一種基于射頻識(shí)別技術(shù)(Radio Frequency Identification，RFID)及傳感技術(shù)的冷鏈物流環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)物品在儲(chǔ)藏、運(yùn)輸階段的環(huán)境參數(shù)，并通過(guò)監(jiān)控中心判斷是否符合標(biāo)準(zhǔn)，以便及時(shí)調(diào)整，減少損失。
    冷鏈物流中的溫度和時(shí)間是必須考慮的兩個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素，而又以溫度為重要，二者貫穿于儲(chǔ)藏和輸配送的整個(gè)過(guò)程中。如處理不當(dāng)，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(biāo)簽取代傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)控方法，這種標(biāo)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(biāo)簽安放在合適的位置后，傳感器將實(shí)時(shí)采集所處環(huán)境的溫度、濕度、光照信息，并將信息寫(xiě)入標(biāo)簽的芯片內(nèi)，按規(guī)定的時(shí)間間隔將信息傳輸?shù)介喿x器中。閱讀器通過(guò)有線／無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上報(bào)到監(jiān)控中心，由監(jiān)控中心存儲(chǔ)并分析收到的數(shù)據(jù)，如有異常情況，則及時(shí)報(bào)警，采取措施。

1 環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
    本系統(tǒng)由監(jiān)控中心、冷藏庫(kù)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)和冷藏車監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)組成，各子系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)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(kù)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)由RFID傳感標(biāo)簽與讀寫(xiě)器組成。根據(jù)冷藏庫(kù)的大小，可以放置多個(gè)標(biāo)簽，也可以在冷藏庫(kù)的大門(mén)處安放讀寫(xiě)器。每個(gè)標(biāo)簽與讀寫(xiě)器都有唯一的編號(hào)，在使用前，由監(jiān)控中心的發(fā)卡部門(mén)將冷藏庫(kù)的相關(guān)信息寫(xiě)入標(biāo)簽，并將讀寫(xiě)器的編號(hào)與冷藏庫(kù)的編號(hào)相關(guān)聯(lián)。傳感標(biāo)簽除了記錄溫濕度信息外，還會(huì)收集光線傳感器的變化情況，將這些信息通過(guò)讀寫(xiě)器發(fā)送到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心通過(guò)對(duì)記錄進(jìn)行分析，可判斷冷藏庫(kù)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(jì)算出冷藏庫(kù)庫(kù)門(mén)的開(kāi)啟時(shí)間點(diǎn)與持續(xù)時(shí)間，并判斷其是否屬于非法開(kāi)啟。
    冷藏車監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)由RFID傳感標(biāo)簽與車載讀寫(xiě)器組成。昕要運(yùn)輸?shù)呢浳镞M(jìn)行裝箱，并由監(jiān)控中心的發(fā)卡部門(mén)將貨物信息寫(xiě)入RFID標(biāo)簽，然后將該標(biāo)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(duì)應(yīng)關(guān)系。貨物在進(jìn)入專用的冷藏車前，讀取標(biāo)簽上的信息，記錄運(yùn)輸初始的溫濕度信息。在運(yùn)輸途中，傳感標(biāo)簽實(shí)時(shí)記錄下環(huán)境信息，并將其傳給車載讀寫(xiě)器，車載讀寫(xiě)器具有GPS定位功能，該讀寫(xiě)器將定位信息與標(biāo)簽采集到的車廂內(nèi)的環(huán)境信息一同通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)上報(bào)到監(jiān)控中心。由監(jiān)控中心對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析，繪制出溫濕度的變化曲線，并記錄下車門(mén)的開(kāi)啟情況。如果發(fā)現(xiàn)環(huán)境指標(biāo)沒(méi)有達(dá)到貨物要求，則及時(shí)與駕駛員取得聯(lián)系，采取補(bǔ)救措施。
    監(jiān)控中心負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、分析處理與報(bào)警。具體的主要功能如下：
    (1)貨物出庫(kù)溫濕度信息采集：貨物出庫(kù)裝車時(shí)，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(duì)應(yīng)關(guān)系；
    (2)環(huán)境信息接收入庫(kù)：管理中心接收車載閱讀器發(fā)送來(lái)的信息，解析入庫(kù)；
    (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(kù)：管理中心接收車載閱讀器發(fā)送來(lái)的GPS定位信息，并解析入庫(kù)；
    (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(jìn)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(dá)查詢：用戶可以查詢某批次貨物是否已到達(dá)目的地；
    (9)冷藏庫(kù)環(huán)境信息采集處理：定時(shí)采集存儲(chǔ)倉(cāng)庫(kù)的環(huán)境信息，并與倉(cāng)庫(kù)內(nèi)所存貨物批次進(jìn)行匹配；
    (10)數(shù)據(jù)備份與導(dǎo)出：可以對(duì)查詢出的數(shù)據(jù)進(jìn)行備份和導(dǎo)出。

2 系統(tǒng)核心設(shè)備
    本文所設(shè)計(jì)的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)區(qū)別于傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的兩個(gè)核心設(shè)備是RFID傳感標(biāo)簽和RFID讀寫(xiě)器。這兩類設(shè)備的性能也就成為了影響整個(gè)系統(tǒng)性能的關(guān)鍵。日前，RFID系統(tǒng)應(yīng)用比較普遍的幾個(gè)頻段包括低頻、高頻、超高頻以及微波，各頻段的識(shí)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(shí)際應(yīng)用，本系統(tǒng)采用支持空中接口2．40～2．48 GHz微波頻段的標(biāo)簽和讀寫(xiě)器，該頻段識(shí)別距離較長(zhǎng)，受金屬的影響小。另外，RFID標(biāo)簽根據(jù)內(nèi)部是否帶有電源又分為有源標(biāo)簽和無(wú)源標(biāo)簽，無(wú)源標(biāo)簽要依靠讀寫(xiě)器的能量來(lái)喚醒工作，識(shí)別距離較短，因此，本系統(tǒng)選用有源標(biāo)簽。標(biāo)簽具備電池電壓檢測(cè)功能，能夠讀取電池電量：標(biāo)簽天線采用圓極化，對(duì)方向選擇性較弱，以應(yīng)對(duì)標(biāo)簽在車內(nèi)隨機(jī)擺放的情況：標(biāo)簽的測(cè)量溫度范圍為-20～+50℃，測(cè)量濕度范圍為0％～100％。讀寫(xiě)器要求可存儲(chǔ)一定數(shù)量的溫濕度信息，并且具有GPS定位功能與GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸功能。

3 結(jié)語(yǔ)
    本文設(shè)計(jì)的冷鏈物流環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)，整合了先進(jìn)的RFID技術(shù)、傳感技術(shù)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸以及GPS定位功能。本系統(tǒng)可以有效地解決冷藏庫(kù)中環(huán)境信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。當(dāng)溫濕度超過(guò)物品容忍程度時(shí)就會(huì)報(bào)警，以提示進(jìn)行及時(shí)控制。本系統(tǒng)解決了冷鏈運(yùn)輸中環(huán)境信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)問(wèn)題。系統(tǒng)可通過(guò)傳感器感知貨物的溫濕度信息，并通過(guò)讀寫(xiě)器設(shè)備上報(bào)到后臺(tái)應(yīng)用系統(tǒng)。此外，本系統(tǒng)還解決了冷鏈運(yùn)輸中的非法開(kāi)箱監(jiān)測(cè)問(wèn)題。冷鏈運(yùn)輸是一個(gè)密閉的系統(tǒng)，在運(yùn)輸途中，如果發(fā)生非法開(kāi)箱動(dòng)作，光線的變化會(huì)使得系統(tǒng)可以將該動(dòng)作監(jiān)測(cè)到并上報(bào)。系統(tǒng)通過(guò)GPS實(shí)時(shí)捕獲位置信息，并通過(guò)無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)將位置信息上報(bào)，從而解決冷鏈運(yùn)輸中路線監(jiān)測(cè)的問(wèn)題。綜上所述，本系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)實(shí)地地解決冷鏈物流存儲(chǔ)、運(yùn)輸中的溫度、濕度、光線變化等關(guān)鍵環(huán)境信息，實(shí)現(xiàn)冷鏈物流系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和追溯。