基于有源RFID技術(shù)的冷鏈物流溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)管系統(tǒng)

基于有源RFID技術(shù)的冷鏈物流溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)管系統(tǒng)解決方案上海仁微電子科技有限公司ShanghaiRwEle＆TecCo.Ltd.引言文檔建設(shè)說明此方案目的是讓集成商、工程商及使用方了解物聯(lián)網(wǎng)RFID技術(shù)在冷鏈物流運(yùn)輸管理領(lǐng)域的設(shè)計(jì)理念、原則、整體規(guī)劃及如何發(fā)揮其巨大作用的并詳細(xì)闡述相關(guān)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備工作原理、安裝位置等信息，以便集成商、工程商、使用方正確認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)在冷鏈物流領(lǐng)域帶來的革命性變革，樹立物聯(lián)網(wǎng)在冷鏈物流領(lǐng)域正確的認(rèn)識(shí)。如您在閱讀過程中，遇到任何不解和困惑，請(qǐng)與方案撰寫者聯(lián)系。術(shù)語與縮寫解釋術(shù)語解釋術(shù)語解釋RFID\射頻識(shí)別一種通信技術(shù)，可通過無線電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無需識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸高精度溫濕度傳感標(biāo)簽由嵌入式處理器及其軟件、卡內(nèi)發(fā)射和接收天線、收發(fā)電路和高能電池以及用于采集溫濕度信息的高精度傳感器組成，特殊編號(hào)預(yù)存儲(chǔ)于微控制器中，標(biāo)簽可按設(shè)定的采集間隔進(jìn)行溫濕度數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集全向/定向讀寫器

由信息采集、處理、信息傳輸、嵌入式軟件組成，其主要功能是完成對(duì)標(biāo)簽主動(dòng)發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、處理和信息傳輸冷鏈物流溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)接收到讀寫器的溫濕度信息在監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行顯示，設(shè)定溫濕度范圍，超過范圍值進(jìn)行預(yù)警，供決策分析項(xiàng)目背景現(xiàn)狀分析冷鏈物流是指溫濕度敏感性產(chǎn)品在生產(chǎn)、貯藏、運(yùn)輸、銷售各個(gè)環(huán)節(jié)中，始終處于預(yù)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(xiàng)系統(tǒng)工程，一般分為冷藏(凍)加工、冷藏(凍)存儲(chǔ)、冷藏(凍)運(yùn)輸及配送、冷藏(凍)銷售四個(gè)部分，其中冷藏運(yùn)輸及配送環(huán)節(jié)是目前冷鏈物流的薄弱環(huán)節(jié)。在冷鏈物流的運(yùn)輸過程中，溫度應(yīng)該嚴(yán)格的控制在（0℃~4℃），濕度應(yīng)嚴(yán)格控制在85~90%。若利用傳統(tǒng)溫濕度監(jiān)測(cè)手段，只能監(jiān)測(cè)端到端的節(jié)點(diǎn)溫濕度，但即使節(jié)點(diǎn)測(cè)量溫濕度正常，并不能保證運(yùn)輸過程中的溫濕度始終正常，而利用RFID技術(shù)，可以了解冷鏈物流在運(yùn)輸過程中是否發(fā)生了溫濕度變化以及可能由此引起的質(zhì)量變化。RFID還是具有大規(guī)模應(yīng)用的成本優(yōu)勢(shì)。

公司根據(jù)此需求推出了基于有源RFID技術(shù)的冷鏈物流溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)管系統(tǒng)。通過先進(jìn)的有源RFID技術(shù)和無線通訊技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，對(duì)冷鏈物流運(yùn)輸?shù)漠a(chǎn)品品質(zhì)進(jìn)行細(xì)致地、實(shí)時(shí)地管理。系統(tǒng)建設(shè)意義在產(chǎn)品冷鏈運(yùn)輸過程中對(duì)溫濕度信息進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測(cè)和記錄，有效防范儲(chǔ)運(yùn)過程中可能發(fā)生的影響產(chǎn)品質(zhì)量安全的各類風(fēng)險(xiǎn)，確保儲(chǔ)存和運(yùn)輸過程的產(chǎn)品質(zhì)量。對(duì)產(chǎn)品溫濕度進(jìn)行記錄，方便及時(shí)查詢數(shù)據(jù)信息，為整個(gè)冷鏈物流提供數(shù)據(jù)分析決策的依據(jù)建立冷鏈物流溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，建立預(yù)警機(jī)制，設(shè)定監(jiān)控溫濕度上下限，超過設(shè)定值，進(jìn)行報(bào)警，規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。系統(tǒng)概述系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則系統(tǒng)研發(fā)與建設(shè)遵循以下原則：注重整體規(guī)劃冷鏈物流溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)管系統(tǒng)由三部分組成，第一，溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)管系統(tǒng)核心硬件（包括：全向讀寫器、高精度溫濕度傳感標(biāo)簽）第二，冷鏈物流溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)管系統(tǒng)平臺(tái)；第三，硬件中間件（包括GPRS無線模塊、GPS模塊、工業(yè)級(jí)交換機(jī)、PC機(jī)、服務(wù)器、不間斷電源等）；立足自主研發(fā)系統(tǒng)建設(shè)的核心技術(shù)采用市場(chǎng)通用的標(biāo)準(zhǔn)2.4G有源微波頻段，公司提供的所有核心設(shè)備都擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，2.4G微功耗技術(shù)，對(duì)冷鏈物流運(yùn)輸車輛產(chǎn)品進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別和非接觸性溫濕度信息采集處理，把先進(jìn)的信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、電子控制技術(shù)及計(jì)算機(jī)處理技術(shù)等有效地綜合運(yùn)用于冷鏈物流溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)控管理體系，從而建立起一種大范圍、全方位發(fā)揮作用，并且實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的溫濕度監(jiān)控管理系統(tǒng)。著眼未來發(fā)展在系統(tǒng)整體架構(gòu)、服務(wù)設(shè)備選型、有源電子標(biāo)簽功能選型、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集等方面，均充分考慮后續(xù)功能的實(shí)現(xiàn)，兼顧設(shè)備的兼容性、系統(tǒng)的擴(kuò)充性、功能的擴(kuò)展性和應(yīng)用的多樣性；強(qiáng)化系統(tǒng)規(guī)范系統(tǒng)開發(fā)和資源建設(shè)符合統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范和表征體系，注重開發(fā)工作的連續(xù)性和共享性，注意為后續(xù)系統(tǒng)的研發(fā)、推廣留有規(guī)范的數(shù)據(jù)及控制接口。統(tǒng)一開發(fā)應(yīng)用技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式、信號(hào)傳輸制式、互聯(lián)接口模式等技術(shù)指標(biāo)；發(fā)揮建設(shè)效益系統(tǒng)開發(fā)與建設(shè)要結(jié)合交通區(qū)域現(xiàn)有實(shí)際情況，在現(xiàn)有系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)一步加強(qiáng)交通的管理工作；按照統(tǒng)籌規(guī)劃、邊建邊用、逐步完善的建設(shè)思路，充分發(fā)揮建設(shè)效益；系統(tǒng)工作原理首先，高精度溫濕度傳感標(biāo)簽會(huì)被加載到集裝箱或目標(biāo)物品（箱）上，待裝運(yùn)出發(fā)后，即持續(xù)記錄物品所處環(huán)境的溫濕度。一般有兩種應(yīng)用模式，一種是在每個(gè)中間站點(diǎn)或目的地一次性上傳溫濕度曲線，物流管理平臺(tái)整合所有上傳數(shù)據(jù)，分環(huán)節(jié)監(jiān)控物品質(zhì)量；另一種是在運(yùn)輸車輛/船舶上設(shè)置GPRS實(shí)時(shí)傳輸設(shè)備，物流管理平臺(tái)能夠不間斷實(shí)時(shí)的對(duì)目標(biāo)物品進(jìn)行監(jiān)測(cè)。這兩種模式的唯一區(qū)別在于，后一種即實(shí)時(shí)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遭到損壞。當(dāng)然，有源標(biāo)簽是標(biāo)識(shí)某一個(gè)包裝箱（柜）的，同一個(gè)集裝箱內(nèi)的不同包裝單位是可以通過安裝多個(gè)有源標(biāo)簽進(jìn)行監(jiān)測(cè)的。

該監(jiān)測(cè)設(shè)備也可以配置GPS模塊，通過GPS和GIS技術(shù)，監(jiān)控中心可以對(duì)集裝箱車輛進(jìn)行地理位置定位和調(diào)度。

如果溫濕度變化超出一個(gè)預(yù)先設(shè)定的范圍，比如20℃～30℃，系統(tǒng)將自動(dòng)給出預(yù)警。如果曲線中間有一段記錄是明顯低于20℃，此時(shí)可以根據(jù)此一時(shí)間查詢相應(yīng)的地點(diǎn)和外在環(huán)境，以便于探究相應(yīng)的溫濕度變化原因。

在途車輛信息采集：RFID讀寫器通過無線方式讀取冷藏車廂內(nèi)RFID高精度溫濕度傳感電子標(biāo)簽，并通過數(shù)據(jù)線傳輸給GPS車載終端設(shè)備，同時(shí)GPS車載終端設(shè)備通過外置天線接收GPS定位衛(wèi)星的定位信息。

在途車輛信息傳輸：GPS車載終端設(shè)備在獲得溫濕度信息和GPS定位信息通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到通信數(shù)據(jù)中心。通信數(shù)據(jù)中心再通過APN專用隧道將加密數(shù)據(jù)經(jīng)路由器發(fā)送到GPS通訊網(wǎng)關(guān)，最后傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫服務(wù)器。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)示意圖系統(tǒng)功能介紹RFID功能。支持RFID設(shè)備在物流過程中的應(yīng)用，包括車內(nèi)溫濕度監(jiān)控等。GPS/GIS監(jiān)控。通過GPS、GPRS和GIS的集成，對(duì)運(yùn)輸車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。業(yè)務(wù)流程同步。應(yīng)用工作流管理理念，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部業(yè)務(wù)流程的高度協(xié)同。低溫設(shè)備管理。支持對(duì)低溫設(shè)備的日常管理和維護(hù)。

溫濕度濕度監(jiān)控。實(shí)時(shí)監(jiān)控物流過程中影響貨物品質(zhì)的濕度和溫濕度，并設(shè)置預(yù)警機(jī)制。

快速入庫功能。為特殊貨物提供快速入庫功能。提示及事件管理。為系統(tǒng)使用者提供提示及事件管理功能。車隊(duì)優(yōu)化。提升對(duì)運(yùn)輸車隊(duì)的管理和控制。

運(yùn)輸計(jì)劃執(zhí)行管理。全過程的管理運(yùn)輸計(jì)劃的執(zhí)行情況。決策支持。應(yīng)用統(tǒng)計(jì)分析方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)企業(yè)經(jīng)營(yíng)決策的支持。冷庫溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)軟件介紹有源RFID技術(shù)的冷鏈物流溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)管系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)和記錄，能夠收集、處理記錄，具備報(bào)警功能監(jiān)測(cè)終端實(shí)時(shí)采集周邊環(huán)境溫濕度，能夠傳送和報(bào)警。冷鏈物流溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)地對(duì)產(chǎn)品儲(chǔ)存運(yùn)輸過程中的溫濕度環(huán)境進(jìn)行不間斷監(jiān)測(cè)和記錄。系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)至少每隔1分鐘更新一次測(cè)點(diǎn)溫濕度數(shù)據(jù)，儲(chǔ)存過程中至少每隔30分鐘自動(dòng)記錄一次實(shí)時(shí)溫濕度數(shù)據(jù)，運(yùn)輸過程中至少每隔5分鐘自動(dòng)記錄一次實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)。當(dāng)監(jiān)測(cè)的溫濕度超出規(guī)定范圍時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)至少每隔1分鐘記錄一次實(shí)時(shí)溫濕度數(shù)據(jù)。當(dāng)監(jiān)測(cè)的溫濕度數(shù)據(jù)達(dá)到設(shè)定的臨界值或者超出規(guī)定范圍，以及溫濕度傳感標(biāo)簽內(nèi)電池電壓低于設(shè)定值或者系統(tǒng)發(fā)生供電中斷等情況，可通過蜂鳴器和LED燈告警，也可同時(shí)發(fā)出無線報(bào)警信息。系統(tǒng)總體建設(shè)規(guī)劃RFID冷鏈物流溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)管系統(tǒng)溫濕度標(biāo)簽會(huì)被加載到集裝箱或目標(biāo)物品（箱）上，待裝運(yùn)出發(fā)后，即持續(xù)記錄物品所處環(huán)境的溫濕度。一般有兩種應(yīng)用模式，一種是在每個(gè)中間站點(diǎn)或目的地一次性上傳溫濕度曲線，物流管理平臺(tái)整合所有上傳數(shù)據(jù)，分環(huán)節(jié)監(jiān)控物品質(zhì)量；另一種是在運(yùn)輸車輛/船舶上設(shè)置GPRS實(shí)時(shí)傳輸設(shè)備，物流管理平臺(tái)能夠不間斷對(duì)目標(biāo)物品進(jìn)行監(jiān)測(cè)。這兩種模式的唯一區(qū)別在于，后一種即實(shí)時(shí)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遭到損壞。當(dāng)然，有源標(biāo)簽是標(biāo)識(shí)某一個(gè)包裝箱（柜）的，同一個(gè)集裝箱內(nèi)的不同包裝單位是可以通過安裝多個(gè)有源標(biāo)簽進(jìn)行監(jiān)測(cè)的。4.1.1硬件組成RFID基站式全向讀寫器，安裝在冷鏈物流車輛上，讀取車內(nèi)加載在產(chǎn)品上的溫濕度傳感標(biāo)簽的溫濕度信息，通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)到后臺(tái)監(jiān)獄系統(tǒng)高精度溫濕度傳感電子標(biāo)簽，安裝在需要實(shí)時(shí)采集溫濕度信息的產(chǎn)品上GPRS無線模塊，GPRS模塊把數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給后臺(tái)4.1.2硬件安裝注意事項(xiàng)RFID基站式全向讀寫器，需注意安裝位置，高度，全向讀寫器的2.4G天線為了更好的接收溫濕度傳感標(biāo)簽的數(shù)據(jù)，需要放置到冷鏈物流的廂體內(nèi)高精度溫濕度傳感標(biāo)簽加裝到產(chǎn)品上，安裝方式可以采用3M膠進(jìn)行粘貼或者螺絲進(jìn)行固定GPRS無線模塊為了更好的把數(shù)據(jù)發(fā)送出去，GRPS天線要安裝到廂體外；硬件設(shè)備介紹RW-R801基站式全向讀寫器產(chǎn)品技術(shù)特性識(shí)別距離：0～100米半徑識(shí)別速度：200公里/小時(shí)識(shí)別能力：同時(shí)識(shí)別500張以上的標(biāo)簽識(shí)別角度：全向極化方式：垂直極化或雙極化增益：5dBi接收32級(jí)可調(diào)、發(fā)射4級(jí)可調(diào)工作頻段：2.4GHz～2.4835GHz功耗標(biāo)準(zhǔn)：工作功率為毫瓦級(jí)通信機(jī)制：基于HDLC時(shí)分多址和同步通信機(jī)制抗干擾性：頻道隔離技術(shù)，多個(gè)設(shè)備互不干擾安全性：加密計(jì)算與安全認(rèn)證，防止鏈路偵測(cè)接口標(biāo)準(zhǔn)：RS232、RS485、Wiegand26、RJ45、TTL、WiFi等可選擴(kuò)展I/O：開關(guān)量信號(hào)輸入與輸出各2路(可選)電源標(biāo)準(zhǔn)：DC7.5～12V500～1000mA封裝特性：鋁合金外殼封裝可靠性：防雷防水防沖擊，滿足工業(yè)環(huán)境要求尺寸：180×135×60重量：0.58安裝方式：U型、L型專用金屬安裝套件RW-T601型高精度溫濕度傳感標(biāo)簽產(chǎn)品技術(shù)特性發(fā)射距離：0～100米采集間隔：1s～1800s/次，可設(shè)定工作方式：RFID或藍(lán)牙模式，全向收發(fā)工作頻段：2.4GHz～2.4835GHz通訊速率：250Kb/s、1Mb/s、2Mb/s識(shí)讀能力：工作于RFID模式下時(shí)具備100張/秒的被識(shí)讀防沖突性能傳感器：采用瑞士進(jìn)口全新一代數(shù)字式高精度溫濕度傳感器SHT21或SHT20型，功耗更低、可靠性更高采集范圍：溫度-40～+85℃，濕度0～100%RH測(cè)溫精度：±0.3℃，測(cè)溫分辨率0.01℃濕度精度：±2%，測(cè)濕度分辨率0.04%RH用戶內(nèi)存：標(biāo)配4K，可按需擴(kuò)充實(shí)時(shí)時(shí)鐘：RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片記錄容量：可按需擴(kuò)展32M存儲(chǔ)芯片，最大可存儲(chǔ)300萬組帶時(shí)間的溫濕度記錄防拆功能：可按需增加防拆裝置抗干擾性：頻道可遷移，多個(gè)設(shè)備互不干擾功耗標(biāo)準(zhǔn)：平均工作功率為微瓦級(jí)電池配置：可配置1~4節(jié)3V柱式鋰電池，4節(jié)電池最