RFID技术在食品工业中的应用

　　0　前言

　　无线射频识别技术( Radio Frequency Identification RFID ) 是一种非接触式的自动识别技术， 通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，无须人工干预。与传统的条形码、磁条、磁卡、IC卡等自动识别技术相比，RFID 技术具有自动化程度高、识别距离远、储存信息量大、环境适应性强等优点，而且RFID 技术实现了无源和免接触操作，应用便利，无机械磨损，寿命长，能更好的保证器具的安全性。

　　“民以食为天， 食以安为先”食品的安全问题，越来越让人们关心将来能否“ 放心的吃”。食品的安全性关系到人民的健康， 社会的稳定， 尤其是我国加入WTO 之后，食品的安全问题更是关系到我国的对外贸易。所以，在科技高度发达的今天，如何保证食品的安全性，该问题已经成为执法、公正、研究部门、执法部门、生产流通部门等方面关注的重要课题。而无线射频识别技术是2 1 世纪的重要技术，它已逐渐成为优化食品生产、确保食品安全的重要手段，并在食品加工生产、跟踪溯源、生产过程优化、防伪等方面得到了越来越广泛的应用。

　　1 无线射频识别技术及原理

　　RFID 系统必须需要具备2种关键能力，首先是自动识别、数据读写能力；其次是能满足数据存储和数据转换的数据处理能力。一般RFID 系统的以下3个基本部件组成：

　　1. 1　电子标签

　　一般由芯片以及耦合元器件组成， 主要功能是完成与读/ 写器的通信。与条码、磁卡、IC卡等同期或早期的识别技术相比， 射频识别卡具有非接触、工作距离长、适于恶劣环境、可识别运动目标等优点。

　　按照能量供给方式的不同，RFID 标签可以分为被动标签、半主动标签和主动标签，其中半主动标签和主动标签中芯片的能量由电子标签所附的电池提供，主动标签可以主动发出射频信号。而按照工作频率的不同，RFID 标签可以分为微波、超高频( UFH) 、高频( HF ) 和低频（LF）等不同种类。不同频段的RFID 工作原理不同，微波和超高频段的RFID 一般采用电磁发射原理，高频和低频段的RFID 电子标签一般采用电磁耦合原理。

　　1. 2　读写器

　　读写器是用于读取标签信息的设备。RFID 读写器是控制射频模块向标签发射读取信号， 并接收标签的应答， 对标签的对象标识信息进行解码，将对象标识信息连带标签上其他相关信息传输到主机以供处理。

　　在多数RFID 系统中，读写器在一个区域内发射电磁波( 区域大小取决于工作频率和天线尺寸) 。卡片内有一个LC 串联谐振电路，频率与读写器发射的频率相同。当射频卡经过这个区域时，在电磁波的激励下，LC 谐振电路产生共振， 从而使电容内有了电荷。在这个电容的另一端， 接有一个单向通道的电子泵，将电容内的电荷送到另一个电容内储存。当所积累的电荷达到2V 时，此电容可作为电源为其他电路提供工作电压，将卡内数据发射出去或接取读写器的数据。读写器接收到卡的数据后，解码并进行错误校验来决定数据的有效性，然后，通过RS232 、RS422 、RS485 或无线方式将数据传送到计算机网络。简单的RFID 产品就是一种非接触的IC 卡，而复杂的RFID产品能和外部传感器接口连接来测量、记录不同的参数，甚至可与GP S 系统连接来跟踪物体。

　　1. 3　数据交换与管理系统

　　读写器发送一定频率的射频信号， 当射频卡进入发射天线工作区域时产生感应电流， 射频卡获得能量被激活，射频卡将自身编码等信息通过卡内置发送出去，系统接收天线接收到从射频卡发送来的载波信号，经调节器传送到读写器，读写器对接收的信号进行解调和解码，然后送到后台主系统进行相关处理，主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构动作。
　　无线射频识别技术是利用射频信号和空间耦合的传输特性，实现对被识别物体的自动识别。无线射频识别系统由读写器( 阅读器，读头，Reader ) 、电子标签( Tag ) 和数据交换与管理系统三个部分组成。无线射频识别技术的原理是：阅读器在可阅读的范围内产生一个能量场以激励电子标签， 当附有电子标签的食品进入这个距离范围时，阅读器将受控发射出微波查询信号， 而电子标签受到阅读器的信号后，将信号与标签中的数据信息合成一体反射回阅读器，反射回的微波合成信号，已经携带有电子标签上的数据信息，阅读器接收到标签反射回来的微波信号后，经阅读器内部微处理器处理后即可将标签内储存的信息读取出来。

　　2　无线射频识别技术在食品中的应用

　　随着人民食品安全意识的增强，政府部门对食品安全的重视，新闻媒体对安全事故的曝光，使食品安全问题变的日趋严峻。食品直接关系着人们的身体健康，除建立一系列国家标准和行业标准用以规范食品生产加工和销售过程外，还需要采用高科技手段对食品安全进行管理。将RFID 技术应用于食品行业可以有效地确保信息采集的实时性和准确性，提高食品安全和监控管理的水平，协调食品链的各个环节，增加了人们对食品了解的透明度，确保了食品的安全行。RFID 技术在食品行业中的应用主要有一下几个方面：

　　2. 1　RFID技术在食品防伪方面的应用

　　由于目前我国法制的不健全，市场不规范，国内外一些不法分子为牟取暴利，专门仿冒名优产品，以次充好，以假乱真，形成了一定的假冒伪劣商品市场，严重扰乱了社会市场经济秩序，伪劣食品中以名酒、保健品、名优特产居多。利用RFID射频识别技术防伪，与其他防伪技术如数字防伪、激光防伪等技术相比，RFID 的优点在于：每个标签都有一个全球唯一的ID 号码，且无法修改和仿造；无机械磨损，防磁性、防污损和防水；RFID的读写器具有不直接对最终用户开放的物理接口，保证其自身的安全性；读写器与标签之间存在相互认证的过程；且RFID能耐高温，使用寿命长，存储量也比较大；标签容易集成进各种商品里，可大大提高伪造者造假的难度和成本。

　　在美国加州，Sea Smoke Cellars 葡萄酒厂把RFID 的标签贴在酒桶上然后追寻酒的信息，防止窜货等。

　　中国科学院自动化研究所RFID 研究中心研制出了针对酒类的RFID 防伪系统，该系统由特殊设计的瓶盖和瓶体、通信网络、RFID 读写器和防伪数据库服务器组成。

　　2. 2　RFID技术用于食品的跟踪和溯源

　　欧盟《通用食品法》界定的可溯源性概念为：在所有生产、加工和销售阶段溯源和跟踪预期加进食品或饲料的食品、饲料、食品动物或物质的能力。食品安全追溯系统就是利用现代信息标识技术， 过对食品供应链全过程的每一个节点进行有效的标识，供应链中食品原料、加工、包装、贮藏、运输、销售等环节进行全程的质量控制和跟踪与溯源，信息流与实物流系统地结合起来，一旦发现危害健康问题，根据生产和销售全过程各个环节所必须记载的信息，追踪流向，采取食品召回或撤销上市等食品安全应急反应措施。

　　食品的跟踪和溯源是RFID 技术在食品行业中的主要应用方面。应用RFID 系统可确保食品供应链的高质量数据交流，彻底实施“源头” 食品追踪方案和在食品供应链中提供完全透明度的能力。RFID 系统可提供食品链中食品与来源之间的联系，确保食品源的清晰， 以追踪到具体的动物或植物及农场，从而实现“从农田到餐桌”的质量监控和追溯。

　　近年来，世界上相继发生的诸多危及人身健康的畜禽及其产品的食品安全事件， 如英国的“疯牛病事件”，比利时“二恶英事件”，日本的“O157暴发流行事件”、“ 口蹄疫事件”以及2003 年的“SARS 事件”和2004 年波及多个国家和地区的“禽流感事件”等。一系列大的肉与肉制品安全性事件，产生的损失相当巨大，造成的后果也十分严重。

　　美国政府规定食用牛必须配带电子标签。采用RFID 技术对畜禽进行跟踪，获得食品供应链中肉类食品与其动物来源之间的联系， 可以追查到肉类食品的来源，达到为人们提供放心食品的目的。

　　北京市食品安全监督协调办公室2006 年提出在重点养殖基地通过对动物产品佩带耳标、脚标，在屠宰、生产和流通个环节运用RFID 技术、以实现畜产品养殖、收购、屠宰、分割、运输、销售的信息进行记录， 形成追朔档案，以便跟踪。

　　上海市建立了基于RFID 技术的猪肉监控系统，在猪耳上打上电子射频耳标记录生猪的饲料、病历、喂药、转群、检疫等信息。在进入主要市境道口和屠宰场使用RFID卡进行“点对点”监管，确保生猪进入指定的屠宰场。在批发市场， 通过电子标签，记录进场交易的猪肉的来源地、交易时间、食用农产品安全检测结果。

　　2. 3　RFID技术用于食品品质监控

　　在食品的加工和储藏中，温、湿度、时间等因素对食品品质影响很大，记录分析这些因素就显得十分重要。将RFID 技术与传感器技术相结合，可以感知周围物品和环境的温度、湿度和光照等状态信息， 可利用无线通信技术方便地把这些状态信息及其变化传递出来。

　　Fresh Alert 公司则将温度传感器和定时器内置于RFID 标签中，从而能够在食品腐烂无法食用时发出信号。

　　北美最大的食品服务营销和分配组织SYSCO公司已经完成低温储运系统的无线射频和传感系统测试，表明RFID 技术在食品运输过程中具有监控温度和环境条件的能力。

　　日本NTT 公司开展了使用RFID 技术保持酒质新鲜的试验， 通过监控运输过程中的温度变化来掌握米酒的品质变化。

　　2. 4　RFID技术用于食品的物流管理

　　为了保证食品在运输流通中不会被误送或丢失，或者为了降低物流成本，提高运输的效率，需要对整个物流过程进行监控和管理。将RFID 技术应用到食品的物流管理系统中，可以充分发挥它远距离识别、多标签同时处理的特点，大大的提高食品的分拣能力、处理速度以及准确性， 降低因误送或丢失而引起的巨额损失。此外，在进行重要物资或危险品跟踪， 或者在许多物品中查找某件定物品时，应用RFID 技术也可以大大的提高工作的效率。运输企业和销售企业还可以通过无限射频识别技术掌握货物的最新位置， 并可防止盗窃、调包等问题。

　　加拿大阿特拉斯冷冻仓储集团在其食品物流冷链在低温环境中广泛使用RFID 系统，不仅降低了工人的劳动强度，而且大幅度提高了效率，促进了食品冷库和冷链经营管理的一体化。

　　澳大利亚Moraitis 公司已采用RFID系统替代条形码管理其溶液培养番茄的运输销售，该系统能够为公司提供精确的数据，包括包装的时间、地点、包装日期以及品质、类别及大小等

　　5年上海五丰上市公司投入运行了RFID屠宰实施上产监控管理系统，对生猪进行标识和相关数据的加载，实现屠宰上产全过程的数据采集和信息管理， 让生产管理者及时掌握与了解产品的生产及质量状况。

　　2. 5 　RFID技术在其他方面的应用

　　此外，RFID 技术可用于加工对象和加工工位的控制，保证产品的精确配方精细控制，提高产品质量；RFID 技术还可以快速查明产品不合格的原因，及时改进产品质量；RFID 技术还可以用在饲养业上，可以用来标识动物、记录和控制瘟疫等，主要有项圈电子标签、钮扣式电子耳标、耳部注射式电子标签以及通过食道放置的瘤胃电子标签等方式来记录动物的信息。

　　3　RFID技术前景展望

　　RFID技术在国内外发展迅速，它可以应用到食品领域中的多个环节中，可确保的食品的安全， 有效控制食源性疾病的爆发，排除我国食品进出口一些法律法规的限制，为食品品行业的发展提供了技术保障。RFID是一项蓬勃发展的技术，有着巨大的市场潜力。我国射频识别技术及应用还处于初级发展阶段，但随着技术提高，成本和价格下降，其发展潜力是巨大的，前景也是非常诱人的。