RFID温度标签在现代冷链运输过程中的应用

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

冷链运输是指在运输全过程中，无论是装卸搬运、变更运输方式、更换包装设备等环节，都使所运输货物始终保持一定温度的运输。冷链运输方式可以是公路运输、水路运输、铁路运输、航空运输，也可以是多种运输方式组成的综合运输方式。冷链运输是冷链物流的一个重要环节。冷链运输的对象主要有：医药品如：疫苗、血液制品；保鲜食品如：速冻食品、肉类等、冷饮，蔬菜、水果、水产品等。

RFID标签根据其能量获取方式，可以分为三类：第一类是无源标签，标签进入磁场后，接收读卡器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息，这类标签通常具有数字标识和有限的几个存储单元，属于被动标签；第二类是半有源标签，这类标签的射频电路同样借助于感应电流来提供能量，其它部分电路则是靠内置的电池提供能量，因此也属于被动标签的一种；第三类是有源标签，这类标签的内置电池为整个电路提供能量，主动将数据发送给接收设备，属于主动标签；后两类标签在除了具备数字标识外，还具有其它的关键信息，例如温度信息，并且该信息的存储量比较大。

RFID温度标签将数字标识与温度测量紧密结合在一起的一种标签，在通过数字标识完成物资身份识别的同时又对其所处的环境进行测量和记录。本文就RFID温度标签在现代冷链运输领域做了一些深入的探讨。

图1 温度标签、读写器与应用

1 冷链运输的现状介绍

美国、日本及西欧国家的食品冷链运输率达80%～90%，东欧国家约50%，而我国只有10%左右。据了解，去年我国因丢弃腐烂食品造成的浪费达到700亿元人民币，占食品生产总值的20%之多。这种浪费主要是由于缺少冷链运输体系，导致一些食品在运输过程中因无法长期保鲜被丢弃造成的。对于药品而言，温度偏离将导致药品质量的劣化，甚至发生毒性变异；多肽、蛋白类药品冻结会使效价降低，影响疗效，疫苗冻结活性丧失，甚至产生有害毒素。

对于冷链运输我们必须掌握其温度情况，传统的监控方式则是采用温度记录仪来测量并记录整个的车厢的温度，即每台运输车辆放一台或者多台温度记录仪来测量并记录运输过程中的温度，当货物达到运输目的地后，将温度记录仪与电脑通过有线连接的方式将数据导入计算机，再进行数据统计与分析，例如找出最大值、最小值以及曲线趋势等。传统的温度记录仪有价格昂贵、体积庞大、无法对单个箱体进行测温、无法自动识别产品信息以及需要有线连接和人工干预才能导出数据等缺点，无法满足现代冷链运输行业温度监控的要求。

 除了温度外，冷链运输行业还面临一个责任区分问题，有一位冷链运输的负责人曾经发出这样的感慨“我们企业的冷藏运输和冷藏库都按照食品达标温度控制，但从供应商那里接货的时候，经常发现供应商没有把货物按照相应的温度来操作，遇到这个情况，我们会把货物重新冷冻，然后运输到各个门店，但一旦在门店出现问题，客户就把责任转嫁到我们头上。”而另一方面，对于一些责任心不强的企业，为了节省费用，在客户装入货物的时候打开冷机，运输过程中觉的差不多了则就关掉制冷设备，快到目的地时再打开冷机，不能做到全程开机，当货物交付时，货物虽然表面冻的不错，实际上已经变质了。所以责任区分问题也是一个急需解决的一个问题，即当产品到达接收方出现产品质量不符合要求时，必须判断出是否是由于货物运输温度不符合要求导致的。正是出于这样的担心，目前国内一些大的医药公司，宁可花大价钱高成本来自建物流也不愿意采用第三方的冷链运输企业，显然这样做付出的成本是昂贵的。

RFID作为一种新兴的自动非接触性识别技术在国内外已经得到了迅速的发展[1],将RFID技术引入物流应用领域的研究成为热点[2]。设计开发基于RFID技术的烟草物流分拣系统，实现了烟品自动化分拣作业[3]；基于汽车制造企业物流跟踪系统的需求分析，提出了基于RFID的物流跟踪管理系统[4];等一系列应用，以上应用仅仅是把RFID作为一种标识，用来识别产品，而对于现代冷链运输行业，不但要关心其产品的标识，更关心与之相关的温度值。而温度标签因同时具备数字标识和温度信息，可以满足冷链运输温度监控的要求。

2.1可用于事后追溯的半有源RFID温度标签

半有源温度标签通过内置电池为温度采集和存储提供能量，可独立完成温度的采集和存储，当进入到读卡器的有效识别范围内，通过读卡器的激励来获取能量从而完成数据交换，这种温度标签具有极低的消耗电流。

半有源的温度标签主要有两种类型分别是符合ISO/IEC 15693标准的高频温度标签【如图2所示】和符合 ISO/IEC 18000标准的超高频温度标签。二者主要的区别体现在穿透力和识别距离上，高频温度标签的穿透力较强，适用于范围比较广泛，可同时适用于液态货物(如血液制品)和固态货物(如速冻食品)的运输，其缺点是识别距离比较短，即便是借助于大功率的读卡器其有效识别的距离也通常保持在1米范围之内，【如图3所示】而对于超高频的标签来说，其识别的距离大大增加，但其穿透性又弱于高频标签。

图2 13.56M 半有源温度标签以及读卡器

图3 13.56M半有源大功率读卡器

半有源温度标签的使用流程如下：在产品出库时，根据货物运输的需要，将温度标签设置好温度标签的启动时间和采集间隔周期，将温度标签放到货物运输箱内交付货运方；货物出库完毕，温度标签在达到的指定的时间后，会自动启动温度记录功能，以预设的采集周期不间断的记录环境温度值；在货物中转过程中，通过手持终端读取货箱RFID标签的信息和温度，以保证货物的有效性；在产品的入库，可由手持终端或者大功率固定式读卡器根据RFID标签信息方便、快速、准确的分拣货物的同时验证其温度是否符合其存储温度，直接拒收不合格产品，满足存储温度要求的货物在入库的同时，会把温度数据同步导入数据库，整个物流过程中实现了全程的温度记录，确保了产品品质。

应用流程如图4所示：

图4 应用流程图

2.2 可用于大量货物实时温度采集的有源RFID温度标签

半有源温度标签具有温度记录的功能，类似于黑匣子，主要用于事后责任认定，对于运输过程中的实时温度报警，则可采用有源温度标签【如图5所示】。有源温度标签可以实时测量环境温度值，并将数据主动发送给接收设备，因此对于异常的情况能快速做出反应，以提醒司机采取措施，避免损失。读取设备【如图6所示】可实现大量温度标签的实时温度同时读取，通过读卡器内置的SD卡实现数据记录功能，通过GSM模块实现短信实时温度报警，此外接收设备本身具备网关功能还可以实现远程监控，通过联网功能将数据直接存储到数据中心，终端客户也可以通过Web网页及时查看产品温度信息，有源温度标签须和读取设备配套使用，因此局限于冷链运输过程中对于车厢货物温度的监控，以实现货物温度的实时监控。

有源温度标签的工作频段主要有四种：433MHz、915MHz、2.4GHz和5.8GHz。这四种频段并无明显的差别，仅在在穿透力上433频段略胜一筹，最主要的还是成本的差异。由于有源温度标签属于主动发送数据，因此除了功耗、有效识别距离之外，数据的防碰撞能力和识别标签的最大数量也是一个重要的性能指标。

                           图5 有源温度标签                        图6 有源温度标签读卡器

半有源温度标签和有源温度标签是两款互补性很强的两款产品，半有源温度标签可以采集并记录运输货物环境温度值，可脱离于读卡器独立运行，可用于记录货物在生产、贮藏运输、销售，到消费前的各个环节的环境温度，实现全程的温度溯源，因此可以有效区分事故责任问题，可同时适用于货物的运输方和委托方；有源温度标签由于其实时性、大量标签同时读取以及良好扩展性等特点较适合于冷链车辆温度监控，对于货物的运输方则倾向于选择此类产品。通过二者相结合，我们希望能有效提高冷链运输的质量，进而保证货物的品质。

[1] 罗春彬,彭龙,易彬.RFID技术发展与应用综述[J].通信技术.2009,42(12):112-114

[2] 王俊宇，闵昊，面向物流的RFID应用系统研究[J].计算机工程与应用，2007,43(13):23-25

[3] 田景贺，范玉顺，朱云龙，胡琨元.基于RFID的烟草物流分拣系统设计[J].仪器仪表学报.2006,27(6):1875-1877,1878