基于有源RFID技术的冷链物流温湿度实时监管系统

　　1. 引言

　　1.1 文档建设说明

　　此方案目的是让集成商、工程商及使用方了解物联网RFID技术在冷链物流运输管理领域的设计理念、原则、整体规划及如何发挥其巨大作用的并详细阐述相关物联网设备工作原理、安装位置等信息，以便集成商、工程商、使用方正确认识物联网在冷链物流领域带来的革命性变革，树立物联网在冷链物流领域正确的认识。如您在阅读过程中，遇到任何不解和困惑，请与方案撰写者联系。

　　术语与缩写解释

　　RFID\射频识别 一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触

　　高精度温湿度传感标签 由嵌入式处理器及其软件、卡内发射和接收天线、收发电路和高能电池以及用于采集温湿度信息的高精度传感器组成，特殊编号预存储于微控制器中，标签可按设定的采集间隔进行温湿度数据的实时采集

　　全向/定向读写器 由信息采集、处理、信息传输、嵌入式软件组成，其主要功能是完成对标签主动发送的数据进行实时采集、处理和信息传输

　　冷链物流温湿度监控系统 接收到读写器的温湿度信息在监控系统内进行显示，设定温湿度范围，超过范围值进行预警，供决策分析

　　2. 项目背景

　　2.1 现状分析

　　冷链物流是指温湿度敏感性产品在生产、贮藏、运输、销售各个环节中，始终处于预先制定的低温环境下，以保证物品质量，减少物流损耗的一项系统工程，一般 分为冷藏(冻)加工、冷藏(冻)存储、冷藏(冻)运输及配送、冷藏(冻)销售四个部分，其中冷藏运输及配送环节是目前冷链物流的薄弱环节。

　　在冷链物流的运输过程中，温度应该严格的控制在(0℃~4℃)，湿度应严格控制在85~90%。若利用传统温湿度监测手段，只能监测端到端的节点温湿度，但即使节点测量温湿度正常，并不能保证运输过程中的温湿度始终正常，而利用RFID技术，可以了解冷链物流在运输过程中是否发生了温湿度变化以及可能由此引起的质量变化。RFID还是具有大规模应用的成本优势。

　　公司根据此需求推出了基于有源RFID技术的冷链物流温湿度实时监管系统。 通过先进的有源RFID技术和无线通讯技术进行结合，对冷链物流运输的产品品质进行细致地、实时地管理。

　　2.2 系统建设意义

　　1. 在产品冷链运输过程中对温湿度信息进行实时自动检测和记录，有效防范储运过程中可能发生的影响产品质量安全的各类风险，确保储存和运输过程的产品质量。

　　2. 对产品温湿度进行记录，方便及时查询数据信息，为整个冷链物流提供数据分析决策的依据

　　3. 建立冷链物流温湿度实时监控系统，建立预警机制，设定监控温湿度上下限，超过设定值，进行报警，规避风险。

　　3. 系统概述

　　3.1 系统设计原则

　　系统研发与建设遵循以下原则：

　　注重整体规划

　　冷链物流温湿度实时监管系统由三部分组成，第一，温湿度实时监管系统核心硬件(包括：全向读写器、高精度温湿度传感标签)第二，冷链物流温湿度实时监管系统平台;第三，硬件中间件(包括GPRS无线模块、GPS模块、工业级交换机、PC机、服务器、不间断电源等);

　　立足自主研发

　　系统建设的核心技术采用市场通用的标准2.4G有源微波频段，公司提供的所有核心设备都拥有完全自主知识产权，2.4G微功耗技术，对冷链物流运输车辆产品进行自动识别和非接触性温湿度信息采集处理，把先进的信息技术、数据通信技术、电子控制技术及计算机处理技术等有效地综合运用于冷链物流温湿度实时监控管理体系，从而建立起一种大范围、全方位发挥作用，并且实时、准确、高效的温湿度监控管理系统。

　　着眼未来发展

　　在系统整体架构、服务设备选型、有源电子标签功能选型、基础数据采集等方面，均充分考虑后续功能的实现，兼顾设备的兼容性、系统的扩充性、功能的扩展性和应用的多样性;

　　强化系统规范

　　系统开发和资源建设符合统一的技术规范和表征体系，注重开发工作的连续性和共享性，注意为后续系统的研发、推广留有规范的数据及控制接口。统一开发应用技术、数据存储格式、信号传输制式、互联接口模式等技术指标;

　　发挥建设效益

　　系统开发与建设要结合交通区域现有实际情况，在现有系统基础上进一步加强交通的管理工作;按照统筹规划、边建边用、逐步完善的建设思路，充分发挥建设效益;

　　3.2 系统工作原理

　　首先，高精度温湿度传感标签会被加载到集装箱或目标物品(箱)上，待装运出发后，即持续记录物品所处环境的温湿度。一般有两种应用模式，一种是在每个中间站点或目的地一次性上传温湿度曲线，物流管理平台整合所有上传数据，分环节监控物品质量;另一种是在运输车辆/船舶上设置GPRS实时传输设备，物流管理平台能够不间断实时的对目标物品进行监测。这两种模式的唯一区别在于，后一种即实时模式能够起到抢救部分贵重物品的作用，而不仅仅是像前一种模式只能鉴定物品是否遭到损坏。当然，有源标签是标识某一个包装箱(柜)的，同一个集装箱内的不同包装单位是可以通过安装多个有源标签进行监测的。

　　该监测设备也可以配置GPS模块，通过GPS和GIS技术，监控中心可以对集装箱车辆进行地理位置定位和调度。

　　如果温湿度变化超出一个预先设定的范围，比如20℃～30℃，系统将自动给出预警。如果曲线中间有一段记录是明显低于20℃，此时可以根据此一时间查询相应的地点和外在环境，以便于探究相应的温湿度变化原因。

　　在途车辆信息采集：RFID读写器通过无线方式读取冷藏车厢内RFID高精度温湿度传感电子标签，并通过数据线传输给GPS车载终端设备，同时GPS车载终端设备通过外置天线接收GPS定位卫星的定位信息。

　　在途车辆信息传输：GPS车载终端设备在获得温湿度信息和GPS定位信息通过GPRS无线网络发送到通信数据中心。通信数据中心再通过APN专用隧道将加密数据经路由器发送到GPS通讯网关，最后传输到数据库服务器。

　　3.3 系统总体设计示意图

　　3.4 系统功能介绍

　　RFID功能。支持RFID设备在物流过程中的应用，包括车内温湿度监控等。 GPS/GIS监控。通过GPS、GPRS和GIS的集成，对运输车辆进行实时监控。业务流程同步。应用工作流管理理念，实现内部业务流程的高度协同。低温设备管理。支持对低温设备的日常管理和维护。 温湿度湿度监控。实时监控物流过程中影响货物品质的湿度和温湿度，并设置预警机制。 快速入库功能。为特殊货物提供快速入库功能。提示及事件管理。为系统使用者提供提示及事件管理功能。车队优化。提升对运输车队的管理和控制。 运输计划执行管理。全过程的管理运输计划的执行情况。决策支持。应用统计分析方法，实现对企业经营决策的支持。冷库温湿度监控

　　3.5 系统软件介绍

　　有源RFID技术的冷链物流温湿度实时监管系统实时检测和记录，能够收集、处理记录，具备报警功能 监测终端实时采集周边环境温湿度，能够传送和报警。冷链物流温湿度实时监控系统自动地对产品储存运输过程中的温湿度环境进行不间断监测和记录。系统应当至少每隔1分钟更新一次测点温湿度数据，储存过程中至少每隔30分钟自动记录一次实时温湿度数据，运输过程中至少每隔5分钟自动记录一次实时温度数据。当监测的温湿度超出规定范围时，系统应当至少每隔1分钟记录一次实时温湿度数据。当监测的温湿度数据达到设定的临界值或者超出规定范围，以及温湿度传感标签内电池电压低于设定值或者系统发生供电中断等情况，可通过蜂鸣器和LED灯告警，也可同时发出无线报警信息。

　　4. 系统总体建设规划

　　4.1 RFID冷链物流温湿度实时监管系统

　　温湿度标签会被加载到集装箱或目标物品(箱)上，待装运出发后，即持续记录物品所处环境的温湿度。一般有两种应用模式，一种是在每个中间站点或目的 地一次性上传温湿度曲线，物流管理平台整合所有上传数据，分环节监控物品质量;另一种是在运输车辆/船舶上设置GPRS实时传输设备，物流管理平台能够不 间断对目标物品进行监测。这两种模式的唯一区别在于，后一种即实时模式能够起到抢救部分贵重物品的作用，而不仅仅是像前一种模式只能鉴定物品是否遭到损 坏。当然，有源标签是标识某一个包装箱(柜)的，同一个集装箱内的不同包装单位是可以通过安装多个有源标签进行监测的。

　　4.1.1硬件组成

　　1) RFID基站式全向读写器，安装在冷链物流车辆上，读取车内加载在产品上的温湿度传感标签的温湿度信息，通过GPRS无线网络实时发送数据到后台监狱系统

　　2) 高精度温湿度传感电子标签，安装在需要实时采集温湿度信息的产品上

　　3) GPRS无线模块，GPRS模块把数据通过无线网络发送给后台

　　4.1.2硬件安装注意事项

　　1) RFID基站式全向读写器，需注意安装位置，高度，全向读写器的2.4G天线为了更好的接收温湿度传感标签的数据，需要放置到冷链物流的厢体内

　　2) 高精度温湿度传感标签加装到产品上，安装方式可以采用3M胶进行粘贴或者螺丝进行固定

　　3) GPRS无线模块为了更好的把数据发送出去，GRPS天线要安装到厢体外;

　　5. 硬件设备介绍

　　5.1 RW-R801基站式全向读写器

　　产品技术特性

　　识别距离 ： 0 ～ 100米半径

　　识别速度 ： 200 公里 / 小时

　　识别能力 ： 同时识别500张以上的标签

　　识别角度 ： 全向

　　极化方式 ： 垂直极化或双极化

　　增 益 ： 5dBi 接收32级可调、发射4级可调

　　工作频段 ： 2.4 GHz ～ 2.4835 GHz

　　功耗标准 ： 工作功率为毫瓦级

　　通信机制 ： 基于 HDLC 时分多址和同步通信机制

　　抗干扰性 ： 频道隔离技术，多个设备互不干扰

　　安 全 性 ： 加密计算与安全认证，防止链路侦测

　　接口标准 ： RS232、RS485、Wiegand26、RJ45、TTL、WiFi等可选

　　扩展I/O ： 开关量信号输入与输出各2路(可选)

　　电源标准 ： DC 7.5～12V 500～1000mA

　　封装特性 ： 铝合金外壳封装

　　可 靠 性 ： 防雷防水防冲击，满足工业环境要求

　　尺 寸 ： 180×135×60 mm(不含天线)

　　重 量 ： 0.58kg

　　安装方式 ： U型、L型专用金属安装套件

　　5.2 RW-T601型高精度温湿度传感标签

　　产品技术特性

　　发射距离 ： 0～ 100米

　　采集间隔 ： 1s～1800s /次，可设定

　　工作方式 ： RFID或蓝牙模式，全向收发

　　工作频段 ： 2.4 GHz ～ 2.4835GHz

　　通讯速率 ： 250Kb/s、1Mb/s、2Mb/s

　　识读能力 ： 工作于RFID模式下时具备100张/秒的被识读防冲突性能

　　传 感 器 ： 采用瑞士进口全新一代数字式高精度温湿度传感器SHT21或SHT20型，功耗更低、可靠性更高

　　采集范围 ： 温度-40～+85 ℃，湿度0～100%RH

　　测温精度 ： ± 0.3 ℃，测温分辨率0.01 ℃

　　湿度精度 ： ± 2 %，测湿度分辨率0.04 %RH

　　用户内存 ： 标配4K，可按需扩充

　　实时时钟 ： RTC实时时钟芯片

　　记录容量 ： 可按需扩展32M存储芯片，最大可存储300万组带时间的温湿度记录

　　防拆功能 ： 可按需增加防拆装置

　　抗干扰性 ： 频道可迁移，多个设备互不干扰

　　功耗标准 ： 平均工作功率为微瓦级

　　电池配置 ： 可配置1~4节3V柱式锂电池，4节电池最大容量可达3800mAh

　　使用寿命 ： 1~5 年，电压低时可无线提示更换电池

　　封装特性 ： ABS+PC工程塑料

　　可 靠 性 ： 防浸泡、防冲击，满足工业环境要求

　　外 形 ： 圆饼型，可提供OEM定制服务

　　尺 寸 ： Φ84 mm，厚度25 mm

　　静 重 ： 112g

　　安装方式 ：粘贴、磁扣吸附、螺丝紧固

　　6. 项目实施

　　6.1 项目实施流程

　　项目实施流程

　　6.2 项目售后服务

　　销售所及，服务必至

　　7χ24小时专业化保障;

　　4小时内迅速到达维护现场。