基于有源RFID技術的冷鏈物流溫濕度實時監管系統

　　1. 引言

　　1.1 文檔建設說明

　　此方案目的是讓集成商、工程商及使用方了解物聯網RFID技術在冷鏈物流運輸管理領域的設計理念、原則、整體規劃及如何發揮其巨大作用的并詳細闡述相關物聯網設備工作原理、安裝位置等信息，以便集成商、工程商、使用方正確認識物聯網在冷鏈物流領域帶來的革命性變革，樹立物聯網在冷鏈物流領域正確的認識。如您在閱讀過程中，遇到任何不解和困惑，請與方案撰寫者聯系。

　　術語與縮寫解釋

　　RFID\射頻識別 一種通信技術，可通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數據，而無需識別系統與特定目標之間建立機械或光學接觸

　　高精度溫濕度傳感標簽 由嵌入式處理器及其軟件、卡內發射和接收天線、收發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，特殊編號預存儲于微控制器中，標簽可按設定的采集間隔進行溫濕度數據的實時采集

　　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標簽主動發送的數據進行實時采集、處理和信息傳輸

　　冷鏈物流溫濕度監控系統 接收到讀寫器的溫濕度信息在監控系統內進行顯示，設定溫濕度范圍，超過范圍值進行預警，供決策分析

　　2. 項目背景

　　2.1 現狀分析

　　冷鏈物流是指溫濕度敏感性產品在生產、貯藏、運輸、銷售各個環節中，始終處于預先制定的低溫環境下，以保證物品質量，減少物流損耗的一項系統工程，一般 分為冷藏(凍)加工、冷藏(凍)存儲、冷藏(凍)運輸及配送、冷藏(凍)銷售四個部分，其中冷藏運輸及配送環節是目前冷鏈物流的薄弱環節。

　　在冷鏈物流的運輸過程中，溫度應該嚴格的控制在(0℃~4℃)，濕度應嚴格控制在85~90%。若利用傳統溫濕度監測手段，只能監測端到端的節點溫濕度，但即使節點測量溫濕度正常，并不能保證運輸過程中的溫濕度始終正常，而利用RFID技術，可以了解冷鏈物流在運輸過程中是否發生了溫濕度變化以及可能由此引起的質量變化。RFID還是具有大規模應用的成本優勢。

　　公司根據此需求推出了基于有源RFID技術的冷鏈物流溫濕度實時監管系統。 通過先進的有源RFID技術和無線通訊技術進行結合，對冷鏈物流運輸的產品品質進行細致地、實時地管理。

　　2.2 系統建設意義

　　1. 在產品冷鏈運輸過程中對溫濕度信息進行實時自動檢測和記錄，有效防范儲運過程中可能發生的影響產品質量安全的各類風險，確保儲存和運輸過程的產品質量。

　　2. 對產品溫濕度進行記錄，方便及時查詢數據信息，為整個冷鏈物流提供數據分析決策的依據

　　3. 建立冷鏈物流溫濕度實時監控系統，建立預警機制，設定監控溫濕度上下限，超過設定值，進行報警，規避風險。

　　3. 系統概述

　　3.1 系統設計原則

　　系統研發與建設遵循以下原則：

　　注重整體規劃

　　冷鏈物流溫濕度實時監管系統由三部分組成，第一，溫濕度實時監管系統核心硬件(包括：全向讀寫器、高精度溫濕度傳感標簽)第二，冷鏈物流溫濕度實時監管系統平臺;第三，硬件中間件(包括GPRS無線模塊、GPS模塊、工業級交換機、PC機、服務器、不間斷電源等);

　　立足自主研發

　　系統建設的核心技術采用市場通用的標準2.4G有源微波頻段，公司提供的所有核心設備都擁有完全自主知識產權，2.4G微功耗技術，對冷鏈物流運輸車輛產品進行自動識別和非接觸性溫濕度信息采集處理，把先進的信息技術、數據通信技術、電子控制技術及計算機處理技術等有效地綜合運用于冷鏈物流溫濕度實時監控管理體系，從而建立起一種大范圍、全方位發揮作用，并且實時、準確、高效的溫濕度監控管理系統。

　　著眼未來發展

　　在系統整體架構、服務設備選型、有源電子標簽功能選型、基礎數據采集等方面，均充分考慮后續功能的實現，兼顧設備的兼容性、系統的擴充性、功能的擴展性和應用的多樣性;

　　強化系統規范

　　系統開發和資源建設符合統一的技術規范和表征體系，注重開發工作的連續性和共享性，注意為后續系統的研發、推廣留有規范的數據及控制接口。統一開發應用技術、數據存儲格式、信號傳輸制式、互聯接口模式等技術指標;

　　發揮建設效益

　　系統開發與建設要結合交通區域現有實際情況，在現有系統基礎上進一步加強交通的管理工作;按照統籌規劃、邊建邊用、逐步完善的建設思路，充分發揮建設效益;

　　3.2 系統工作原理

　　首先，高精度溫濕度傳感標簽會被加載到集裝箱或目標物品(箱)上，待裝運出發后，即持續記錄物品所處環境的溫濕度。一般有兩種應用模式，一種是在每個中間站點或目的地一次性上傳溫濕度曲線，物流管理平臺整合所有上傳數據，分環節監控物品質量;另一種是在運輸車輛/船舶上設置GPRS實時傳輸設備，物流管理平臺能夠不間斷實時的對目標物品進行監測。這兩種模式的唯一區別在于，后一種即實時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。當然，有源標簽是標識某一個包裝箱(柜)的，同一個集裝箱內的不同包裝單位是可以通過安裝多個有源標簽進行監測的。

　　該監測設備也可以配置GPS模塊，通過GPS和GIS技術，監控中心可以對集裝箱車輛進行地理位置定位和調度。

　　如果溫濕度變化超出一個預先設定的范圍，比如20℃～30℃，系統將自動給出預警。如果曲線中間有一段記錄是明顯低于20℃，此時可以根據此一時間查詢相應的地點和外在環境，以便于探究相應的溫濕度變化原因。

　　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RFID高精度溫濕度傳感電子標簽，并通過數據線傳輸給GPS車載終端設備，同時GPS車載終端設備通過外置天線接收GPS定位衛星的定位信息。

　　在途車輛信息傳輸：GPS車載終端設備在獲得溫濕度信息和GPS定位信息通過GPRS無線網絡發送到通信數據中心。通信數據中心再通過APN專用隧道將加密數據經路由器發送到GPS通訊網關，最后傳輸到數據庫服務器。

　　3.3 系統總體設計示意圖

　　3.4 系統功能介紹

　　RFID功能。支持RFID設備在物流過程中的應用，包括車內溫濕度監控等。 GPS/GIS監控。通過GPS、GPRS和GIS的集成，對運輸車輛進行實時監控。業務流程同步。應用工作流管理理念，實現內部業務流程的高度協同。低溫設備管理。支持對低溫設備的日常管理和維護。 溫濕度濕度監控。實時監控物流過程中影響貨物品質的濕度和溫濕度，并設置預警機制。 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。為系統使用者提供提示及事件管理功能。車隊優化。提升對運輸車隊的管理和控制。 運輸計劃執行管理。全過程的管理運輸計劃的執行情況。決策支持。應用統計分析方法，實現對企業經營決策的支持。冷庫溫濕度監控

　　3.5 系統軟件介紹

　　有源RFID技術的冷鏈物流溫濕度實時監管系統實時檢測和記錄，能夠收集、處理記錄，具備報警功能 監測終端實時采集周邊環境溫濕度，能夠傳送和報警。冷鏈物流溫濕度實時監控系統自動地對產品儲存運輸過程中的溫濕度環境進行不間斷監測和記錄。系統應當至少每隔1分鐘更新一次測點溫濕度數據，儲存過程中至少每隔30分鐘自動記錄一次實時溫濕度數據，運輸過程中至少每隔5分鐘自動記錄一次實時溫度數據。當監測的溫濕度超出規定范圍時，系統應當至少每隔1分鐘記錄一次實時溫濕度數據。當監測的溫濕度數據達到設定的臨界值或者超出規定范圍，以及溫濕度傳感標簽內電池電壓低于設定值或者系統發生供電中斷等情況，可通過蜂鳴器和LED燈告警，也可同時發出無線報警信息。

　　4. 系統總體建設規劃

　　4.1 RFID冷鏈物流溫濕度實時監管系統

　　溫濕度標簽會被加載到集裝箱或目標物品(箱)上，待裝運出發后，即持續記錄物品所處環境的溫濕度。一般有兩種應用模式，一種是在每個中間站點或目的 地一次性上傳溫濕度曲線，物流管理平臺整合所有上傳數據，分環節監控物品質量;另一種是在運輸車輛/船舶上設置GPRS實時傳輸設備，物流管理平臺能夠不 間斷對目標物品進行監測。這兩種模式的唯一區別在于，后一種即實時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。當然，有源標簽是標識某一個包裝箱(柜)的，同一個集裝箱內的不同包裝單位是可以通過安裝多個有源標簽進行監測的。

　　4.1.1硬件組成

　　1) RFID基站式全向讀寫器，安裝在冷鏈物流車輛上，讀取車內加載在產品上的溫濕度傳感標簽的溫濕度信息，通過GPRS無線網絡實時發送數據到后臺監獄系統

　　2) 高精度溫濕度傳感電子標簽，安裝在需要實時采集溫濕度信息的產品上

　　3) GPRS無線模塊，GPRS模塊把數據通過無線網絡發送給后臺

　　4.1.2硬件安裝注意事項

　　1) 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簽的數據，需要放置到冷鏈物流的廂體內

　　2) 高精度溫濕度傳感標簽加裝到產品上，安裝方式可以采用3M膠進行粘貼或者螺絲進行固定

　　3) GPRS無線模塊為了更好的把數據發送出去，GRPS天線要安裝到廂體外;

　　5. 硬件設備介紹

　　5.1 RW-R801基站式全向讀寫器

　　產品技術特性

　　識別距離 ： 0 ～ 100米半徑

　　識別速度 ： 200 公里 / 小時

　　識別能力 ： 同時識別500張以上的標簽

　　識別角度 ： 全向

　　極化方式 ： 垂直極化或雙極化

　　增 益 ： 5dBi 接收32級可調、發射4級可調

　　工作頻段 ： 2.4 GHz ～ 2.4835 GHz

　　功耗標準 ： 工作功率為毫瓦級

　　通信機制 ： 基于 HDLC 時分多址和同步通信機制

　　抗干擾性 ： 頻道隔離技術，多個設備互不干擾

　　安 全 性 ： 加密計算與安全認證，防止鏈路偵測

　　接口標準 ： RS232、RS485、Wiegand26、RJ45、TTL、WiFi等可選

　　擴展I/O ： 開關量信號輸入與輸出各2路(可選)

　　電源標準 ： DC 7.5～12V 500～1000mA

　　封裝特性 ： 鋁合金外殼封裝

　　可 靠 性 ： 防雷防水防沖擊，滿足工業環境要求

　　尺 寸 ： 180×135×60 mm(不含天線)

　　重 量 ： 0.58kg

　　安裝方式 ： U型、L型專用金屬安裝套件

　　5.2 RW-T601型高精度溫濕度傳感標簽

　　產品技術特性

　　發射距離 ： 0～ 100米

　　采集間隔 ： 1s～1800s /次，可設定

　　工作方式 ： RFID或藍牙模式，全向收發

　　工作頻段 ： 2.4 GHz ～ 2.4835GHz

　　通訊速率 ： 250Kb/s、1Mb/s、2Mb/s

　　識讀能力 ： 工作于RFID模式下時具備100張/秒的被識讀防沖突性能

　　傳 感 器 ： 采用瑞士進口全新一代數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

　　測溫精度 ： ± 0.3 ℃，測溫分辨率0.01 ℃

　　濕度精度 ： ± 2 %，測濕度分辨率0.04 %RH

　　用戶內存 ： 標配4K，可按需擴充

　　實時時鐘 ： RTC實時時鐘芯片

　　記錄容量 ： 可按需擴展32M存儲芯片，最大可存儲300萬組帶時間的溫濕度記錄

　　防拆功能 ： 可按需增加防拆裝置

　　抗干擾性 ： 頻道可遷移，多個設備互不干擾

　　功耗標準 ： 平均工作功率為微瓦級

　　電池配置 ： 可配置1~4節3V柱式鋰電池，4節電池最大容量可達3800mAh

　　使用壽命 ： 1~5 年，電壓低時可無線提示更換電池

　　封裝特性 ： ABS+PC工程塑料

　　可 靠 性 ： 防浸泡、防沖擊，滿足工業環境要求

　　外 形 ： 圓餅型，可提供OEM定制服務

　　尺 寸 ： Φ84 mm，厚度25 mm

　　靜 重 ： 112g

　　安裝方式 ：粘貼、磁扣吸附、螺絲緊固

　　6. 項目實施

　　6.1 項目實施流程

　　項目實施流程

　　6.2 項目售后服務

　　銷售所及，服務必至

　　7χ24小時專業化保障;

　　4小時內迅速到達維護現場。