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RFID,对问题疫苗说NO!

作者:侯志刚 来源:RFID世界网 2018-08-06 14:12:12

摘要: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。

关键词:RFID[2300篇]  溯源[27篇]  冷链[22篇]  物联网[201篇]  

  这两天已经被疫苗事件刷屏了,就在昨天,李克强总理就疫苗事件作出批示并要求,国务院要立刻派出调查组,对所有疫苗生产、销售等全流程全链条进行彻查,尽快查清事实真相,不论涉及到哪些企业、哪些人都坚决严惩不贷、绝不姑息……

  李总理在批示中强调了“全流程全链条进行彻查”,相信过不了多久,事实真相就会大白于天下,同时也希望以后不会再出现质量问题的疫苗。

  其实保证疫苗质量还有一个重要因素就是:保证冷链的正常运转。

  冷链是指为保证疫苗从疫苗生产企业到接种单位运转过程中的质量而装备的储存、运输冷藏设施、设备。冷链设备、设施包括冷链车、疫苗运输工具、冷库、冰箱、疫苗冷藏箱、疫苗冷藏包、冰排及安置设备的房屋等。

  疫苗的运输和储存都有温度的要求,据专家介绍,除了脊髓灰质炎减毒活疫苗要求在-20℃下避光保存,运输过程可在冷藏条件下进行,其他疫苗均要求是2℃~8℃避光保存和运输。

  RFID技术起源于英国,应用于第二次世界大战中辨别敌我飞机身份,20 世纪 60 年代开始商用。美国国防部规定 2005 年 1 月 1 日以后,所有军需物资都要使用 RFID 标签;美国食品与药品管理局(FDA)建议制药商从 2006 年起利用 RFID 跟踪常造假的药品。2010 年,欧盟有 3%的公司应用RFID 技术,应用分布在身份证件和门禁控制、供应链和库存跟踪、汽车收费、防盗、生产控制、资产管理等。由此可见,在国外发达国家,运用RFID技术,已经成为趋势。

  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。

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  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。

  2.温度标签在冷链运输过程中的应用

  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。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;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。

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  图2 13.56M半有源温度标签以及读卡器

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  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:

13.56MHz RFID读写器天线匹配设计方法

  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。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。

  3.结论

  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。

  补 充

  现如今,除了RFID技术之外,NFC也在冷链领域有了一些发展。关于RFID和NFC,再做一些详细介绍:

  RFID

  非接触式射频识别(RFID)本质上也是一种无线通信技术,也是通过无线电磁波来传送数据。不过和一般的通信技术不一样的是它的用途,不是打电话,或者发短信,RFID主要用来识别和跟踪物体上绑定的标签,从而实现对物体的管理。

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  RFID技术广泛应用于仓储物流中,用于对货物进行跟踪

  RFID系统使用标签(Tag)来识别物体。除了标签,RFID系统还有一个双向无线收发机,被称为读写器(Interrogator/Reader),向标签发送信号,并读取标签的反馈。

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  RFID系统由读写器与标签组成

  RFID分为被动式RFID与主动式RFID。被动RFID一般是指不带电池的无源RFID,其完全依赖于接收电磁波来驱动电路工作,标签的可识别距离不会变化。主动RFID系统一般指有源的RFID标签,其可识别距离会随着电量的减少而降低。

  采用RFID技术的ETC系统让通行更加方便

  主动RFID一般识别距离都比较长,比如高速公路自动收费站以及自动停车场的ETC系统,一般都采用工作于2.4GHz的主动RFID。不过ETC标签中有一个电池,要是电池没电,就需要更换电池才可以工作。

  RFID标签

  RFID标签由集成电路(IC: Integrated Circuit)和天线两个部分组成:

  IC用来存储和处理数据,对RF信号进行调制和解调,另外还需要从读写器发出的信号中收集能量驱动自身工作。

  天线的作用就是发射和接收无线信号。

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  EPC码格式,EPC码可能逐渐会取代传统的UPC码,即商品条码

  RFID标签中存着什么?

  RFID标签中存储的数据格式一般是EPC(Electronic Product Code)码。EPC码可以识别世界上所有的物体。EPC码的结构由EPCglobal Tag Data Standard标准定义,这个标准是一个公开标准,可以从EPCglobalInc网站上面免费下载。

  NFC技术

  说完RFID,再来说说近场通信(NFC: Near Field Communication)。NFC是目前手机非常常见的一个通信接口。可以让智能设备通过相互靠近的方式来交换数据。NFC设备也可以与一个无源的NFC标签之间进行通信,这个通信方式就和RFID是一样的。

  NFC技术是由RFID技术演变而来,除了通信协议,NFC标准还规定了数据交换格式。在NFC单一芯片上结合了感应式读卡器、感应式卡片和点对点的功能,能在短距离内与兼容设备进行识别和数据交换。

  NFC与RFID的区别

  (1)工作频段

  NFC可以理解为RFID技术的一个子集,使用的是13.56MHz频段,而RFID还包括其他频段。

  RFID的工作频段有很多,低频段有125KHz,高频段有13.56MHz,超高频段有433.92MHz、915MHz,还有微波频段的2.45GHz等。

  (2)通信距离

  NFC被称为近场通信,通信距离确实非常近,不超过0.1m。

  RFID种类很多,可识别距离也不一样。像RFID门禁卡,识别距离和NFC差不多。但对于ETC这种应用场景,就要求识别距离比较长。长距离RFID的识别距离可达几十米甚至上百米。

  (3)应用场景

  RFID无论主动还是被动,主要工作还是用于对物体的识别,物流、运输、仓储都广泛使用了RFID技术来跟踪货物。

  NFC芯片的集成度更高,包括了读卡器与标签于一体。另外NFC的双向通信能力得到了加强。也就是说,NFC不仅可以当做标签来做识别,还可以作为一种双向通信方式用于数据交换。目前NFC最常用于支付领域。

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